Технологическое моделирование совместного выщелачивания замасленной прокатной окалины и красного шлама

Из анализа данных в области полезного использования красного шлама и замасленной прокатной окалины сформулировано новое направление утилизации: совместная переработка этих отходов с получением ликвидной продукции. На укрупненной лабораторной установке выполнено технологическое моделирование стадии совместной водной обработки смеси красного шлама и замасленной прокатной окалины. Определены выходы и составы продуктов. Партия промытого осадка направлена для исследований по получению железосодержащего сырья для последующей пирометаллургической переработки. При соотношении компонентов, равном 1:1, отношении твердого к жидкому, равном 4, температуре 95 °С и продолжительности 2 ч, переработано 6,3 кг смеси, получено 6,58 кг промытого осадка с влажностью 21,3 % и 12,6 дм3 конечного раствора. Определен удельный объем испарения воды, равный 31,3 дм3/ч на 1 м2 поверхности пульпы. На основании анализов содержания железа в осадке и концентрации железа в конечном растворе показано, что железо практически полностью аккумулировано в осадке. Определены концентрации в продуктах обработки примесей: кремния, алюминия, фосфора, серы, оксида натрия и органики. По результатам разработана технологическая схема совместной переработки красного шлама и замасленной прокатной окалины и намечены пути использования продуктов процесса: осадка – на получение железа, фильтрата – на промышленную очистку, испаренной и промывочной воды – в оборот на выщелачивание. На примере кооперации предприятий Каменск-Уральского промышленного узла рассмотрена аппаратурная схема процесса. Полученные данные целесообразно использовать для реализации технологии, в частности, для разработки технологического регламента на проектирование пилотной установки.

1. Корнеев В.И., Сусс А.Г., Цеховой А.И. Красные шламы, свойства, складирование, применение. – М.: Металлургия, 1991. – 242 с.

2. Zhaobo L., Hongxu L. Metallurgical process for valuable elements recovery from red mud – A review // Hydrometallurgy. 2015. Vol. 155. P. 29 – 43.

3. Kaussen F., Friedrich B. Reductive smelting of red mud for iron recovery // ChemieIngenieur. Technik. 2015. Vol. 87. No. 11. P. 1535 – 1542.

4. Power G., Grafe M., Klauber C. Bauxite residue issues: I. Current management, disposal and storage practices // Hydrometallurgy. 2011. Vol. 108. No. 1 – 2. P. 33 – 45.

5. Klauber C., Grafe M., Power G. Bauxite residue issues: II. Options for residue utilization // Hydrometallurgy. 2011. Vol. 108. No. 1 – 2. P. 11 – 32.

6. Grafe M., Power G., Klauber C. Bauxite residue issues: III. Alkalinity and associated chemistry // Hydrometallurgy. 2011. Vol. 108. No. 1 – 2. P. 60 – 79.

7. Grafe M., Klauber C. Bauxite residue issues: IV. Old obstacles and new pathways for in situ residue bioremediation // Hydrometallurgy. 2011. Vol. 108. No. 1 – 2. P. 46 – 59.

8. Liu Y., Naidu R., Ming H. Red mud as an amendment for pollutants in solid and liquid phases // Geoderma. 2011. Vol. 163. No. 1 – 2. P. 1 – 12.

9. Liu Y., Naidu R. Hidden values in bauxite residue (red mud): Recovery of metals // Waste Management. 2014. Vol. 34. No. 12. P. 2662 – 2673.

10. Яценко С.П., Сабирзянов Н.А., Пасечник Л.А. и др. Гидрометаллургическая переработка шламов глиноземного производства // Экология и промышленность России. 2012. № 11. С. 10 – 13.

11. Roach G.I.D., Jamieson E., Pearson N., Yu A.B. Effect of particle characteristics on the solids density of Bayer mud slurries. – In book: Light Metals. – Minerals, Metals & Materials Society, 2001. P. 51 – 58.

12. Zhang P.X., Zhou X.L, Shangguan C.C. Recovering iron from red mud with high gradient magnetic separator // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 644 – 650. P. 5447 – 5450.

13. Fofana M., Kmet S., Jakabsky S. Treatment of red mud from alumina production by high- intensity magnetic separation // Magnetic and Electrical Separation. 1995. Vol. 6. No. 4. P. 243 – 251.

14. Li Y., Chen H., Wang J. Research on red mud treatment by a circulating superconducting magnetic separator // Environmental Technology. 2014. Vol. 35. No. 10. P. 243 – 249.

15. Chun T.J., Zhu D.Q., Pan J. Preparation of metallic iron powder from red mud by sodium salt roasting and magnetic separation // Canadian Metallurgical Quarterly. 2014. Vol. 53. No. 2. P. 183 – 189.

16. Li G.H., Liu M.X., Rao M.J. Stepwise extraction of valuable components from red mud based on reductive roasting with sodium salts // Journal of Hazardous Materials. 2014. Vol. 280. P. 774 – 780.

17. Liu W.C., Yang J.K., Xiao B. Application of Bayer red mud for iron recovery and building material production from alumosilicate residues // Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 161. No. 1. P. 474 – 478.

18. Liu W.C., Yang J.K., Xiao B. Recovering iron and preparing building material with residues from Bayer red mud // The Chinese Journal of Nonferrous Metals. 2008. Vol. 18. No. 1. P. 187 – 192.

19. Liu Y.J., Zuo K.S., Yang G. Recovery of ferric oxide from Bayer red mud by reduction roasting-magnetic separation process // Journal of Wuhan University of Technology Material Science Edition. 2016. Vol. 31. No. 2. P. 404 – 407.

20. Li X.B., Xiao W., Liu W. Recovery of alumina and ferric oxide from Bayer red mud rich in iron by reduction sintering // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2009. Vol. 19. No. 5. P. 1342 – 1347.

21. Liu W., Zhang L. Experimental and simulative study on phase transformation in Bayer red mud soda-lime roasting system and recovery of Al, Na and Fe // Minerals Engineering. 2012. Vol. 39. P. 213 – 218.

22. Иванов А.И., Кожевников Г.Н., Ситдиков Ф.Г., Иванова Л.П. Комплексная переработка бокситов. – Екатеринбург: УрО РАН, 2003. – 180 с.

23. Леонтьев Л.И. Комплексная переработка железоглиноземистого сырья // Ресурсы. Технологии. Экономика. 2005. № 7. С. 10 – 14.

24. Зиновеев Д.В., Грудинский П.И., Дюбанов В.Г. и др. Пирометаллургические способы переработки красных шламов. Часть 1 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 11. С. 843 – 858.

25. Li L.Y., Rutherford G.K. Effect of bauxite properties on the settling of red mud // Int. Journal of Mineral Processing. 1996. Vol. 48. No. 3 – 4. P. 169 – 182.

26. Грудинский П.И., Дюбанов В.Г., Зиновеев Д.В., Железный М.В. Исследование процессов твердофазного восстановления и роста зерен железа в красном шламе в присутствии солей щелочных металлов // Металлы. 2018. № 6. C. 1 – 8.

27. Ning G., Zhang B., Liu C. Large-scale consumption and zero waste recycling method of red mud in steel making process // Minerals. 2018. Vol. 8. No. 102. P. 1 – 16.

28. Чесноков Ю.А., Леонтьев Л.И., Шешуков О.Ю. и др. Пирометаллургическая переработка отходов алюминиевого производства // Вестник Магнитогорского государственного технического университета. 2013. № 3 (43). С. 19 – 22.

29. Леонтьев Л.И., Шешуков О.Ю., Кожевников Г.Н. и др. Пирометаллургическая схема комплексной переработки красных шламов с получением сырья для черной металлургии // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2013. № 7 (1363). С. 71 – 73.

30. Panagiotis M. Angelopoulos, Balomenos E., Taxiarchou M. Thinlayer modeling and determination of effective moisture diffusivity and activation energy for drying of red mud from filter presses // Journal of Sustainable Metallurgy. 2016. Vol. 2. No. 4. P. 344 – 352.

31. Kaussen F., Sofras I.A., Friedrich B. Carbothermic reduction of red mud in an EAF and subsequent recovery of aluminium from the slag by pressure leaching in caustic solution // Bauxite Residue Valorisation and Best Practices, 5 – 7 October, Leven, Belgium, 2015. P. 185 – 190.

32. Kaben F.M., Friedrich B. Phase characterization and thermochemical simulation of (landfilled) bauxite residue («red mud») in different alkaline processes optimized for aluminum recovery // Hydrometallurgy. 2018. Vol. 176. P. 49 – 61.

33. Ercag E., Apak R. Furnace smelting and extractive metallurgy of red mud: Recovery of TiO2 , Al2O3 and pig iron // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 1997. Vol. 70. No. 3. P. 241 – 246.

34. Mukhejee P.S., Bhoi B., Mishra C.R. etc. Production of pig iron from NALCO red mud by application of plasma smelting technology. – In book: Light Metals. TMS. 2012. P. 99 – 103.

35. Singh М., Bjorkman В. Swelling behaviour of cement-bonded briquettes // 3rd Int. Conference on Science and Technology of Ironmaking, 16 – 20 June, Dusseldorf, Germany, 2003. P. 359 – 364.

36. Zhou X., Nassaralla C.L. New process for recycling iron and zinc units from BOP dust // Ironmaking Conference Proceedings, 6 – 9 March, Pennsylvania, Pittsburgh, USA, 2000. P. 233 – 240.

37. Peters M., Schmole P. Oxygen cupola for recycling waste oxides from an integrated steel plant // 3rd Int.Conference on Science and Technology of Ironmaking, 16 – 20 June, Dusseldorf, Germany, 2003. P. 349 – 352.

38. Hansmann T., Frieden R., Monai J. New process for recycling steelmaking wastes and pre-reduction of iron // MILLENNIUM STEEL. The leading review of advanced process technology world-wide. London. UK, 2001. P. 105 – 110.

39. Cartwright D., Clayton G. Recycling oily millscale and dust by injection into the EAF // Steel Times Int. 2000. Vol. 24. No. 2. P. 42 – 43.

40. Киряков С.И., Краснопольский С.Г., Маланичев Ю.А. и др. Создание установки утилизации мелкой замасленной окалины и очистки отработанного масла // Тр. Свердл. НИИ хим. машиностр. 1999. № 6. С. 70 – 76.

41. Добровольский И.П., Рымарев П.Н. Перспективная технология переработки шламов конвертерного производства стали и замасленной окалины // Вестник Челябинского ГУ. 2010. Вып. 4. С. 40 – 45.

42. Хайдуков В.П., Карпенко Е.В., Карпенко Р.А., Морозова Т.Г. К вопросу рециклинга замасленной окалины прокатных цехов // Вестн. ЛГТУ – ЛЭГИ. 2005. № 1. С. 6 – 10.

43. Корнеев В.П., Борзенков И.А., Дюбанов В.Г., Леонтьев Л.И. Рециклинг замасленной окалины с использованием микробной субстанции // Металлы. 2015. № 1. С. 8 – 13.

44. Гаврилова Т.О. Анализ методов переработки замасленных железосодержащих шламов // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых. – М.: ИПКОН РАН, 2008. С. 257 – 260.

45. Курунов И.Ф., Петелин А.Л., Тихонов Д.Н., Ерохин С.Ф. Вдувание комбинированного топлива из маслоотходов и замасленной окалины в доменную печь // Металлург. 2004. № 7. С. 33 – 35.

46. Сомова Ю.В., Валеев В.Х. Переработка замасленных шламов донных отложений металлургического производства // Сталь. 2009. № 3. С. 86 – 87.

47. Remus M.A., Aguado M., Roudier L.D.S. Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Iron and Steel Production. – Luxemburg: Publications office of the European Union, 2013. – 627 p.

48. Танутров И.Н., Свиридова М.Н. Направления совершенствования способов переработки техногенных отходов Уральского региона // Экология и промышленность России. 2015. Т. 19. № 8. С. 31 – 35.

49. Танутров И.Н., Свиридова М.Н., Савеня А.Н. Новая технология совместной переработки техногенных отходов // Изв. вуз. Цветная металлургия. 2013. №. 1. С. 21 – 26.

50. Sviridova M.N., Tanutrov I.N., Lyamkin S.A. etc. Research to develop a promising technology for the joint disposal of man-made wastes // TECHNOGEN-2019: IV Congress “Fundamental Research and Applied Developing of Recycling and Utilization Processes of Technogenic Formations”. KnE Social Sciences, 2020. P. 1 – 8.