СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА. ЧАСТЬ 1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИ Й АНАЛИЗ

Задача использования отвальных шлаков сталеплавильного производства как техногенного источника металлургического сырья до сих пор не имеет рационального решения и требует новых идей и подходов. В последние годы показано, что утилизация шлака может быть организована так, чтобы в результате получать не только стройматериалы, но и металл, пригодный для дальнейшей переработки и использования. Целью настоящей работы стало теоретическое изучение возможности и целесообразности восстановительной обработки сталеплавильных шлаков с целью получения металлической и оксидной фаз, которые могут быть использованы в металлургической промышленности и индустрии строительных материалов. Объектом исследования стал шлак со шлаковых отвалов Златоустовского металлургического завода. Для термодинамического моделирования процессов, протекающих в ходе восстановления вещества шлаковых отвалов, использован программный комплекс FactSage (версия 6.4). Моделировалось восстановление шлака трех разных составов, отличающихся содержанием FeO (15, 10 и 5 % (по массе)). Моделирование выполнено для интервала температур 750 – 1650 °С с шагом в 5 °С при давлении газовой фазы, равном 0,1 МПа. При моделировании принималось, что в систему в качестве восстановителя введено заведомо избыточное количество углерода. Основные результаты проведенных расчетов для удобства анализа представлены в виде зависимостей различных характеристик от температуры. Результаты моделирования показывают, в частности, что при температурах выше 1340 °С железо восстанавливается и переходит в состав расплава практически полностью. Аналогично ведут себя никель и медь. В то же время установлено, что на полное извлечение марганца в состав металлического расплава в ходе восстановления углеродом рассчитывать не приходится. Даже при максимальном извлечении марганца в металл, в составе шлака и газа остаются заметные его количества. Проведена оценка объемов газообразных веществ, образующихся в процессе восстановления при различных температурах. Результаты моделирования определенно указывают на то, что в составе газовой фазы во всем рассматриваемом интервале температур будет преобладать угарный газ. Получена также информация об изменении энтальпии системы в зависимости от температуры, которая позволяет оценить затраты тепловой энергии, необходимые для приведения системы в состояние, при котором интересующие процессы восстановления становятся возможны.

термодинамический анализ, сталеплавильные шлаки, высокотемпературное восстановление, расплав

1. Пыриков А.Н., Вильданов С.К., Лиходиевский А.В., Мартынов Н.Н. Пути решения экологических проблем в черной металлургии // Сталь. 2008. № 5. С. 99 – 103.

2. Грищенко С.Г., Белокуров Д.Э. Комплекс инновационных ресурсосберегающих технологий и оборудования для рециклинга и экологически безопасной утилизации отходов металлургии и смежных отраслей // Сталь. 2010. № 8. С. 86.

3. Гельманова З.С., Филатов А.В. Проекты эффективного применения отходов промышленных предприятий, снижающие нагрузку на окружающую среду // Металлург. 2015. № 9. С. 16 – 19.

4. Косырев К.Л., Фоменко А.П., Паршин В.М. и др. Предпосылки и концепция создания энергометаллургических комплексов для переработки техногенных отходов // Экология и промышленность России. 2013. № 7. С. 2 – 11.

5. Смирнов Л.А., Грабеклис А.А., Демин Б.Л. Современное состояние переработки шлаков ферросплавного производства // Сталь. 2009. № 1. С. 86 – 88.

6. Топоров В.А., Осетров В.Д., Мурзин А.В. и др. Изготовление железосодержащей добавки для производства цемента из отходов сталеплавильного производства // Металлург. 2014. № 7. С. 32 – 33.

7. Черноусов П.И. Рециклинг. Технология переработки и утилизации техногенных образований и отходов в черной металлургии. – М.: Изд. Дом МИСиС, 2011. – 428 с.

8. Коростелев А.Б. Рециклинг, переработка отходов и чистые технологии // Металлург. 2007. № 1. С.72 – 74.

9. Федосеева Е.Н., Занозина В.Ф., Зорин А.Д., Самсонова Л.Е. Получение железооксидного пигмента из пыли металлургического производства для использования в строительстве // Металлург. 2015. № 5. С. 31 – 35.

10. Леонтьев Л.И., Шешуков О.Ю., Михеенков М.А. и др. Технологические особенности переработки шлаков ДСП и АКП в строительные материалы и опыт утилизации рафинировочного шлака в ОАО СТЗ // Сталь. 2014. № 6. С. 106 – 109.

11. Смирнов Л.А., Сорокин Ю.В., Демин Б.Л. и др. Разработка технологии комплексной переработки отвальных шлаков ферросплавного производства // Сталь. 2008. № 6. С. 90 – 93.

12. Леонтьев Л.И., Рытвин В.М., Гильварг С.И. и др. Комплексная переработка ферросплавных алюминотермических шлаков // Сталь. 2009. № 4. С. 72 – 76.

13. Зоря В.Н., Коровушкин В.В., Пермяков А.А., Волынкина Е.П. Исследование минерального состава и кристаллической структуры железосодержащих компонентов техногенных отходов металлургического комплекса // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. Т. 58(5). С. 359 – 366.

14. Das B., Prakash S., Reddy P.S.R., Misra V.N. An overview of uti li zation of slag and sludge from steel industries // Resources, Conservation and Recycling. 2007. Vol. 50 (1). P. 40 – 57.

15. Серегин А.Н., Ермолов В.М., Степанян А.С., Арсентьев В.А. Технология и комплексы оборудования для переработки металлосодержащих отходов с выделением товарной продукции // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2010. № 1. С. 35 – 40.

16. Ma N., Houser J.B. Recycling of steelmaking slag fi nes by weak magnetic separation coupled with selective particle size screening // Journal of Cleaner Production. 2014. Vol. 82. P. 221 – 231.

17. Чижевский В.Б., Шавакулева О.П., Дегодя Е.Ю., Мудрых Н.А. Глубокая переработка сталеплавильных шлаков // Сталь. 2014. № 4. С. 124 – 126.

18. Веселовский А.А. Извлечение никеля из отвального печного шлака шахтной плавки комбината «Южуралникель» // Металлург. 2015. № 6. С. 26 – 28.

19. Шакуров А.Г., Журавлев В.В., Паршин В.М. и др. Комплексная переработка жидких сталеплавильных шлаков с восстановлением железа и получением качественной товарной продукции // Сталь. 2014. № 2. С. 75 – 81.

20. Сорокин Ю.В., Демин Б.Л., Смирнов Л.А. и др. Переработка шлаков ЭСПЦ в опытной установке барабанного типа с шаровой насадкой // Сталь. 2012. № 3. С. 70 – 72.

21. Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Рыбенко И.А., Ходосов И.Е. Разработка основ энергоэффективных процессов металлизации с использованием термодинамического моделирования // Изв. вуз. Черная металлургия. 2016. Т. 59(4). С. 237 – 244.

22. ShakurovA.G., ZhuravlevV.V., ParshinV.M. etc. Processing of liquid steelmaking slags to obtain commercial products // Steel in Translation. 2014. Vol. 44 (2). P. 166 – 172.

23. Bale C.W., Chartrand P., Degterov S.A. etc. FactSage thermoche mi cal software and databases // Calphad. 2002. Vol. 26 (2). P. 189 – 228.

24. Bale C.W., Bélisle E., Chartrand P. etc. FactSage thermochemical software and databases – recent developments // Calphad. 2009. Vol. 33 (2). P. 295 – 311.

25. Yildirim I.Z., Prezzi M. Chemical, mineralogical and morphological properties of steel slag // Advances in Civil Engineering. 2011, Article ID 463638. – 13 p.

26. Дильдин А.Н., Чуманов В.И., Бендера Т.А. Утилизация шлаков сталеплавильного производства // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2007. № 13 (85). С. 15 – 16.

27. Дильдин А.Н., Чуманов В.И., Чуманов И.В., Еремяшев В.Е. Твердофазное восстановление отходов сталеплавильного произ водства // Металлург. 2012. № 2. С. 36 – 40.