известь в металлургии для чего
Флюсовый известняк: основные свойства и применение
Флюсовый известняк – неотъемлемая часть технологического процесса металлургического производства, в т.ч. выплавка меди, стали, чугуна и ферросплавов для легирования стальных и других сплавов.
Химический состав и свойства
Основная масса флюсового известняка – карбонат кальция в разных его формах. Это минеральное вещество одно из самых распространенных на Земле. Толщина его залежей в земной коре исчисляется сотнями метров. Это осадочная порода, ввиду чего ее структура слоистая.
В химически чистом флюсовом известняке содержится до 56% оксида кальция. Остальное – соединенный с оксидом углекислый газ. Карбонат кальция крайне медленно растворяется в воде, из-за чего в его залежах часто образовываются карстовые пустоты, медленно вымываемые в течение столетий подземными водами.
Под действием тепла известняк может разлагаться на две составляющие с образованием чистого оксида кальция и выделением углекислого газа. Термальные источники тепловой энергии разлагают карбонат на две его составляющие, ввиду чего подземные воды становятся естественным образом газированными.
В чистом виде известняк имеет белый цвет. В зависимости от наличия в нем примесей меняется его оттенок, химические свойства и название породы. Если в его состав входит до 17% окиси магния, такой карбонат называют доломитизированным. Если же в нем содержится от 25 до 50% глины, его называют мергелем.
Сферы применения
Флюс для металлургии
Флюс необходим для облегчения выплавки металла из руды. В черной металлургии и при выплавке меди в качестве флюсового компонента используют известняк. Флюсовый компонент помогает снижать теплопотери при выплавке металлов и сплавов. Снижение температуры плавления позволяет контролировать процесс производства металла и снизить энергозатраты, снизив тем самым и себестоимость готовой продукции.
В отличие от силикатных минеральных добавок, карбонатные породы значительно лучше очищают руду и ускоряют извлечение металла из рудного сырья. Флюсовые известняки и доломиты используют в металлургии кусками, окатышами или в виде агломерата. В зависимости от технологического процесса выплавки металла используют один из двух видов карбоната.
Порошковые известняковые флюсы используют для безобжигового производства футеровочных материалов и изделий, необходимых для огнеупорной облицовки кислородного конвертера.
Для производства одной тонны чугуна или черной стали необходимо около 50 кг флюсового известняка. Он необходим для образования шлака, очищающего рудное сырье.
Месторождения флюсового известняка
Карбонаты, как осадочная порода, распространены по всей планете, кроме австралийского континента. В России запасы флюсового известняка сосредоточены на Урале и Кавказе, в Сибири и в центрально-европейской части страны. Каждый год российская металлургия и другие отрасли промышленности потребляют более 500 миллионов тонн известняков. Потребности отечественной металлургии покрывают 62 месторождения на территории Российской Федерации.
Самое большое количество флюсового известняка сконцентрировано в Сибирском федеральном округе (31,4%). Здесь добывают свыше четверти от всего производимого в РФ известняка. Второе место по добыче карбонатов занимает Уральский, а третье – Северо-Западный ФО. В Норильском промышленном районе ведут добычу карбонатов для производства строительной извести и цемента, Кайерканское месторождение – флюсовые известняки для металлургии.
Разрабатывают месторождения открытым карьерным способом. Для каждого карьера существуют свои разработанные технические требования к добыче, измельчению и транспортировки добытого известняка. Документ содержит всю необходимую для дальнейшего производственного процесса информацию:
Потребитель может ознакомиться с технической документацией, химическим составом и свойствами добытых и поставляемых карбонатов. Известняк не имеет срока годности и может быть транспортирован в открытых железнодорожных вагонах.
Известь в металлургии для чего
Известь – материал, применяемый в большинстве существующих отраслей, будь то промышленность или пищевая сфера. Незаменим известняк и в металлургии. В этой отрасли он используется как очищающий компонент, удаляющий лишнюю влагу и ненужные вещества из сплава, чтобы качество стали было еще более высоким.
Производство металлов
В металлургической промышленности, как правило, применяется известь негашеная, чтобы очистить металл от фосфорных, серных или кремниевых примесей, образующихся при введении кислорода в расплавленный чугун или сталь. Введение в процесс производства происходит в три этапа: во-первых для производства окатышей (полуфабрикаты железа, которые и загружаются в плавильную печь), во-вторых, очищают материал от серы перед плавкой, и в-третьих: после того, как к плавленому материалу примешивается кислород, известь в твердом или измельченном состоянии добавляют в печи, чтобы образовались жесткие шлаки, которые легко можно удалить на данном этапе. Подобное использование делает сталь сверхчистой: именно в таком виде она больше всего ценится на рынке.
Металлическая продукция
Активно применяют известь и для производства металлической продукции: в создании проволоки или формовых элементов она незаменима в качестве своего рода «смазки». В первом случае проволока без проблем протягивается сквозь матрицу, а готовое изделие без труда отходит от посыпанной «мелом» формы.
Драгоценные материалы
Освоено и использование негашеной извести в производстве цветмета: выплавка драгметаллов без нее не обходится. Известно, что золотую и серебряную руду на определенном этапе измельчают, смешивают с раствором цианида и известью. Последняя обеспечивает необходимый кислотный баланс, который препятствует испарению вредных веществ в атмосферу.
Не менее известные нам медь или свинец также производятся не без участия этого универсального материала. Вред от опасных испарений сокращается, когда они пропускаются через так называемое «известковое молоко» (водный раствор).
Почему мы – лучшие?
Высоко ценится огнеупорность, универсальность и выгода в использовании как гашеной, так и негашеной извести. Однако ее производство и добыча – важный и трудоемкий процесс, в первую очередь влияющий на качество добываемого материала. Quality гарантирует не только ответственное отношение к столь важному этапу, но и предлагает широкий выбор состава в зависимости от размера гранул, осуществляет индивидуальный подход к каждому покупателю и целям, которые он реализует, в сотрудничестве с нами возможна гибкая система оплаты продукции. Также мы гарантируем своевременную доставку высококачественного продукта со стабильными гранулометрическими показателями и высоким содержанием кальция. С Quality – качество гарантировано.
Свойства и потребление извести
СВОЙСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЕ ИЗВЕСТИ.
ОГЛАВЛЕНИЕ:
2. Свойства извести 3
3. Использование извести 4
3.1 Металлургическая промышленность 4
3.2 Химическая промышленность 6
3.3 Пищевая промышленность 9
3.4 Строительная индустрия 9
3.5 Защита окружающей среды, условий труда и жилья 11
3.6 Производство потребительских товаров и материалов для их изготовления 13
ВВЕДЕНИЕ
Известь представляет собой продукт обжига известняка или мела при температуре 900…12000С. В процессе обжига происходит реакция термической диссоциации с затратой тепла по уравнению:
1 кг известняка (СаСО3) + 1780 кДж тепла (0,0607 кг усл. топлива) = 560 г извести (СаО) + 224 л СО2.
Теоретический расход тепла на 1 кг извести составляет 3178,6 кДж. В промышленных агрегатах в силу неизбежных потерь расход тепла существенно выше (от 3500 до 10000 кДж/кг, или от 120 до 340 кг усл. топлива на 1 т извести) в зависимости от теплового совершенства агрегата. Остаточное содержание СО2 (показатель ПМПП – потери массы при прокаливании) в готовой извести 1-ого сорта должно быть около 5 %.
Побочным продуктом обжига известняка является углекислый газ (СО2). Поэтому, в некоторых случаях продукцией обжиговых печей с использованием твердого топлива (кокса, антрацита, тощих углей) являются известь и углекислый газ.
Известь – общий термин, которым обычно обозначают свежеобожженную (негашеную) известь. В зависимости от химического состава известь может быть следующих видов:
а) кальциевая, или просто «известь» (основной компонент СаО, массовая доля МgО не более 5%); кальциевую известь, полученную из мела, называют меловой;
б) доломитизированная (МgО от 5 до 20%);
в) доломитовая (МgО от 20 до 40%);
г) гидравлическая (содержит более 5% кремнезема, глинозема, окислов железа химически связанных с СаО).
В извести 1-ого сорта (кроме гидравлической) содержание примесей не должно превышать 3%.
Кроме свежеобожженной извести в промышленности находит применение также гашеная известь, получаемая путем взаимодействия кальциевой извести (в т. ч. меловой) с водой по реакции
СаО + Н2О = Са(ОН)2 + 1140,5 кДж/кг исходной извести.
В зависимости от количества добавленной воды различают:
а) гидратную известь – сухой тонкодисперсный порошок Са(ОН)2 практически без свободной влаги;
б) известковое тесто (30…40% свободной воды);
в) известковое молоко (около 80% воды).
Требования к качеству металлургической извести определяются рядом технических условий и стандартов: ОСТ 5 «Известь для сталеплавильного и ферросплавного производств», ОСТ «Известь для агломерационного производства» и др.
2. СВОЙСТВА ИЗВЕСТИ
Известь из обжиговых печей выходит в виде кусков различной крупности: от 5-10мм (печи кипящего слоя) до 200 мм (крупные шахтные печи). Свежеобожженную известь называют негашеной. Негашеная кальциевая известь отличается белым цветом, причем степень белизны зависит от содержания примесей: чем их меньше, тем «белее» известь. Другие виды извести имеют различные оттенки. Доломитовая и гидравлическая известь имеют серый оттенок.
Известь имеет кристаллическое строение: чистая СаО кристаллизуется в кубической системе с параметром решетки 4,797А. В зависимости от температуры и длительности обжига различают известь твердообожженную, среднеобожженную и мягкообожженную. Последняя (наиболее распространенная) имеет следующие отличия (по сравнению с твердообожженной):
а) меньший размер зерна (1…5 мкм против 20…50 мкм);
б) более развитую внутреннюю удельную поверхность (5…8 м2/г против 0,5…1,0 м2/г);
в) при более высокой общей пористости (35…48%) меньший размер пор (1000…5000 А против более 10000 А);
г) меньшую удельную плотность (1,3…1,6 г/см3 против более 2г/см3);
д) меньшую продолжительность гашения водой (0,5…3 мин против более 10 мин).
Объемный насыпной вес свежеобожженной извести 1-ого сорта колеблется в пределах 800…1100 кг/м3 (нижнее значение относится к меловой извести).
Твердость извести зависит от свойств сырья и режима обжига: для мягкообожженной она составляет 2…3, и для твердообожженной – 3…4 по шкале Мооса.
Удельная теплоемкость (Сизв) извести (кальциевой) зависит от температуры (Т, 0К) по уравнению:
Сизв = 886,704 + 80,745.10-3.Т – 1,241.107.Т-2Дж/кг
При нормальных условиях (200С) теплоемкость извести Сизв= 765,806 Дж/кг. С увеличением температуры теплоемкость возрастает.
Коэффициент теплопроводности мягкообожженной кальциевой извести при нормальных условиях составляет: обычной – 1,3 Вт/м. град, меловой – 0,9 Вт/м. град. С повышением температуры он снижается.
3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИЗВЕСТИ
Известь находит применение во многих отраслях: металлургии, химии, пищевой промышленности, сельском и лесном хозяйстве, стабилизации грунтов, очистке водоемов, морском промысле и др. Ниже описаны требования к извести, а также особенности и объемы ее использования в различных отраслях.
В черной металлургии известь используется при выплавке стали, в агломерационном производстве, в производстве ферросплавов. Черная металлургия является крупнейшим производителем и потребителем извести: около 11,4 млн. т в начале 90-х годов (т. е. в бывшем СССР), что составляло около 38% от ее валового производства.
Известь, виды, производство и применение
Известь, виды, производство и применение.
Известь – материал, получаемый обжигом карбонатных горных пород (известняков, мела), состоящий в основном из СаО и MgO.
Краткая характеристика извести:
Известь — распространенный вяжущий материал, широко применяемый во многих промышленных отраслях. Большая часть ее состава формируется свободными оксидами кальция (CaO) и магния (MgO) с преобладанием первых. Получают вещество в процессе воздействия повышенных температур на карбонатные породы, которые в этих целях обжигают, не допуская их расплавления.
Известь в переводе с греч. ἄσβεστος означает «неугасимый».
Виды извести. Классификация:
Существуют различные виды извести.
В соответствии со сферой применения выделяют технологический и строительный виды.
Воздушный вид извести разделяется по количеству содержащихся окислов на кальциевую, магнезиальную и доломитовую известь. В первом случае (кальциевая известь) доля оксида кальция в продукте составляет до 95 %, а содержание оксида магния не превышает 5 %. Второй подвид (магнезиальная известь) содержит от 5 до 20 % оксида магния, остальное приходится на оксид кальция. Третий (доломитовая известь) – от 20 до 40 % оксида магния и от 60 до 80 % оксида кальция.
Помимо этого, известь классифицируется по скорости гашения, которая бывает медленной, средней или быстрой. При медленной скорости процесс занимает как минимум 25 минут, при средней – не более 25 минут, а при быстрой реакция продолжается не более 8 минут.
В зависимости от фракции зерна известь можно подразделить на комовую и порошкообразную.
Критерием классификации служит и способ обработки — конечный продукт бывает свежеобожженным, гашеным, негашеным.
Гашеная известь:
Гашеная известь также носит название едкой извести и представляет собой гидроксид кальция Ca(OH)2. Имеет вид белого порошка, для которого характерна низкая растворимость. Образуется при гашении окисла кальция (его реакции с водой ).
Известковым молоком называется раствор, образующийся в результате смешения избытков гашеной извести и воды. По своему виду он напоминает молоко. При его фильтрации образуется прозрачная жидкость, носящая название известковой воды.
Получение гашеной извести происходит при реакции оксида кальция с водой. При последней выделяется 16 килокалорий на 1 моль.
Гашеную известь используют в ремонтных работах в качестве побелки, на ее основе изготавливают силикатный бетон. В строительстве она применяется с давних пор и в прошлом являлась популярным компонентом для изготовления строительного раствора, однако сегодня его практически полностью заменил цемент, превосходящий его по своим качествам. Минусом строительного раствора на основе гидроксида кальция является то, что он способствует поддержанию высокой влажности в построенных помещениях.
Силикатный бетон, изготавливаемый на основе гидроксида кальция, имеет схожий состав с известковым строительным раствором. Однако, в отличие от последнего, на его затвердевание требуется намного меньше времени, поскольку технология его изготовления предусматривает не добавление воды, а обработку паром (для этой процедуры используется автоклав и выдерживается давление от 9 до 15 атмосфер).
Негашеная известь:
Негашеная известь представляет собой окись кальция CaO и обладает кристаллической структурой. При взаимодействии с водой он образует гашеную известь. Наряду с последней, он обрел популярность в строительстве.
Продукт входит в группу основных оксидов. При его взаимодействии с водой происходит энергичная реакция, в ходе которой выделяется тепло и образуется гидроксид кальция. Насыщенный раствор последнего выступает сильным основанием. Реакция является обратимой, если температура, при которой она происходит, превышает 580 о С.
Являясь основным оксидом, негашеная известь вступает в реакцию с кислотами и кислотными оксидами (при этом образуются соли). При ее нагреве и одновременном взаимодействии с углеродом образуется карбид кальция (для проведения этой процедуры используется высокотемпературная печь либо электрическая дуга). Получаемый продукт может применяться для изготовления ацетилена, однако в промышленности принято использовать более эффективные методы. Невзирая на это, данная реакция все же находит применение — в частности, к ней прибегают в производстве аппаратов для сварки и лабораторной практике.
Современное строительство почти полностью отошло от использования окиси кальция ввиду ее недостатка — она активно поглощает воду и способствует сохранению высокого уровня влажности в помещении, создавая благоприятную среду для образования плесени.
Хлорная известь:
Натровая известь:
Натровая известь ранее называлась натристой известью. Обладает пористой структурой, цвет – белый. Содержит в своем составе гашеную известь Ca(OH)2 и едкий натр NaOH. Обладает водопоглощающими свойствами – впитывает содержащуюся в воздухе влагу, а также углекислый газ, при этом осуществляется его переход в смесь натрия и кальция.
Продукт получают путем гашения оксида кальция, для чего используется концентрированный раствор чистого едкого натра. Соотношение этих веществ составляет 2:1. Процесс его производства включает в себя несколько этапов — выпаривание образованной массы, прокаливание, затем разбитие на части, просеивание и сортировку по фракции зерна.
Вещество используют для удаления кислых газов. Сфера его применения включает в себя такое снаряжение, как противогазы и оборудование для водолазов. В последнем случае оно уменьшает расход дыхательной смеси, а также удаляет пузырьки, образующиеся при выдохе. Кроме того, продукт используется в медицинской промышленности, в частности, в аппаратах для наркоза, позволяя расходовать ингаляционные анестетики в меньшем объеме.
Хранение вещества осуществляется в плотно закрытой таре для предотвращения впитывания им влаги и углекислого газа, что ухудшает его свойства.
Производство извести:
Изготовление извести считается опасным видом производства. Производственный процесс должен согласовываться с требованиями ГОСТ и действующего техрегламента. Вещество изготавливается из карбонатных пород и минеральных шлаков, параметры которых регулируются нормативной документацией. Наиболее часто оно производится из плотных известняков.
Процесс изготовления включает в себя несколько стадий:
– помещение сырья (размер зерен от 0 до 300 мм) в специальный бункер, направляющий его на дробление,
– сортировка сырья по размеру зерен и отбор крупной фракции (от 5 мм, более мелкая служит для изготовления известковой муки),
– взвешивание отобранной фракции, ее подогрев и обжигание в печи.
Применение извести:
Технологическая известь активно используется в черной металлургии, химической отрасли, сфере защиты окружающей среды (с ее помощью нейтрализуют сточные воды и содержащиеся в дыме газы). Помимо этого, она служит компонентом при производстве различного рода химических продуктов.
Строительная известь, как говорит ее название, применяется в сфере строительства, где ее используют для побелки и изготовления строительных смесей.
Известь в металлургии для чего
Актуальность темы. Донбасс является одним из основных промышленных регионов Украины и, как следствие, одним из крупнейших загрязнителей окружающей среды.
Особую проблему экологической безопасности при производстве черных металлов представляет добыча и подготовка сырьевых материалов. Одним из важных компонентов шихты агломерационного, доменного, сталеплавильного производства является основные флюсы – известняк и продукт его обжига – известь, производится как на металлургических, так и на флюсодобуваючих предприятиях.
Добыча и подготовка этих материалов к металлургическому переделу значительной степени влияют на окружающую среду. При этом особую проблему представляют нарушения земной поверхности карьерной выемками, отвалами отходов обогащения и продуктов газоочистки.
Отходы, содержащие в составе известь, не находят полного применения в смежных отраслях промышленности, и поэтому часто вывозятся в отвалы. Поэтому решение проблемы подготовки и внедрение технологий подготовки и утилизации указанных отходов в агломерационном производстве является актуальной и позволит не только улучшить экологическую ситуацию, но и сэкономить первичные шихтовые материалы и уменьшить необходимость в их добычи.
Цель и задачи исследований. Разработка мероприятий по уменьшению техногенной нагрузки на окружающую среду процессов добычи и обогащения флюсов, производства и использования извести, а также утилизации продуктов газоочистки.
Для этого были поставлены и решены следующие задачи исследования:
Объект исследований – процесс добычи флюсов, производства извести и использования отходов производства.
Предмет исследований – контроль экологической безопасности и рационального природопользования при использовании отходов в металлургии.
Методы исследований – аналитический анализ литературных источников по проблеме воздействия на окружающую среду процессов добычи флюсов, производства и использования извести и отходов. В лабораторных условиях кафедры РТП ДонНТУ проведены исследования по обжигу извести из известняка Докучаевского флюсодоломитного комбината. Выполнены также исследования по определению реакционной способности пылей и отходов этого комбината на оборудованные кафедры.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем: разработаны меры по уменьшению негативного влияния Докучаевского флюсодоломитного комбината на окружающую среду. Обоснована технология, составлена программа и выполнены расчеты необходимого количества отходов извести для обезвоживания конвертерных шламов. Выполненные расчеты экономии первичных ресурсов при использовании смеси в агломерационной шихте.
В металлургии известняки нашли широкое применение как в сыром виде, так и для производства извести.
Известняком называется осадочная карбонатная горная порода, состоящая в основном из минерала кальцита (СаСО3).
На вид известняк – порода белого цвета или светло-серого цвета, часто с желтым или бурым оттенком, довольно жесткая и плотная. При наличии минеральных и органических примесей известняки приобретают темно-серое, черное, коричневое, бурое, зеленое окрашивание. Наиболее чаще встречающийся примесями в известняках являются: доломит, сидерит, родохрозит, опал, халцедон, кварц, минералы типа глин, оксиды и гидроксиды железа и марганца, пирит, марказит, глауконит и фосфаты, гипс, органическое вещество, вулканогенный материал и др.
В зависимости от состава минеральных примесей и в случае значительного их количества, известняки получают наименование: доломитизированные, железистые, мергелистых, песчаные, фосфатизированные, битуминозные, углистые и др.
В зависимости от требований промышленности карбонатная сырье делится на: известняки, доломитизированные известняки и доломиты. К известняков относятся породы, состоящие, в основном, из кальцита, содержание МgO не более 5%.
К доломитизированным известнякам – известняки с содержанием МgO от 5 до 17%.
К доломитов – карбонатные породы с содержанием МgO более 17%.
В доменных печах известняк используется в качестве флюсовой добавки. Флюс в доменной плавке необходим для снижения температуры плавления шихты, для ошлакования пустой породы шихты и золы кокса, для связывания серы и перевода ее в шлак.
Для доменных печей используется известняк фракции 25–60 мм. Готовая продукция известняка поступает на рудный двор доменного цеха и в бункеры, а затем загружается в доменную печь согласно расчету шихты. В нижней части шахты доменной печи при температуре 900–1000 °С образуется известь, которую взаимодействует с пустой породой шихты. На процесс диссоциации известняка затрачивается дорогой металлургический кокс.
Флюс в доменную печь можно подать и с агломератом или окатышами. Эти материалы с повышенным содержанием извести называют флюсованимы.
В агломерации используется известняк фракцией 0–3 мм. Для этого фракцию известняка менее 10 мм, поставляемой флюсодобувнимы предприятиями на аглофабрику, измельчают на молотковых дробилках. Дробилки оборудовании аспирационными установками для улавлення неорганизованных выбросов.
Теоретический расход тепла на 1 кг извести составляет 3178,6 кДж. В промышленных агрегатах через неизбежные потери расход тепла существенно выше (от 3500 до 10000 кДж / кг, или от 120 до 340 кг условий. Топлива на 1 т извести) в зависимости от тепловой совершенства агрегата. Остаточное содержание СО2 в готовом извести 1-го сорта не должно превышать 5%. Основные стадии процесса производства извести представлены на рис. 2.1.
1 — бункер кускового известняка; 2 — тарельчатый дозатор; 3 — шаровая мельница; 4 — циклоны-уловители известняка; 5 — электрофильтр; 6 — дымосос; 7 — дымовая труба; 8 — бункер молотого известняка; 9 — дозатор молотого известняка; 10 — известь;
Побочным продуктом обжига известняка в металлургии является углекислый газ. Поэтому, в некоторых случаях продукцией обжиговых печей с использованием твердого топлива (кокса, антрацита, худого угля) является известь и углекислый газ.
2.1 Виды извести
Известь – общий термин, которым обычно обозначают свежеобожженную (негашеную) известь (СаО). В зависимости от химического состава известь может быть следующих видов:
а) кальциевая, или просто «известь» (основной компонент СаО, массовая доля МgO не более 5%) кальциевая известь, получены из мела, называют меловая;
б) доломитизированная (МgO от 5 до 20%);
в) доломитовая (МgO от 20 до 40%);
г) гидравлическая (содержит более 5% кремнезема, глинозема, окислов железа химически связанных с СаО).
В извести 1-го сорта (кроме гидравлической) содержание примесей не должно превышать 3%. Кроме свежеобоженной извести в промышленности находит применение также гашеная известь, получаемая путем взаимодействия кальциевой извести с водой по реакции СаО + Н2О = Са(ОН)2 + 1140,5 кДж / кг исходного извести.
В зависимости от количества добавленной воды различают:
а) Са(ОН)2 – сухой тонкодисперсный порошок практически без свободной влаги;
б) известковое тесто (30 – 40% свободной воды);
в) известковое молоко (около 80% воды).
Требования к качеству металлургической извести определяются рядом технических условий и стандартов: ОСТ 14-16-165-85 «Известь для сталеплавильного и ферросплавного производств», ОСТ 14-35-78 «Известь для агломерационного производства» и др.
2.2 Свойства извести
Известь с обжиговых печей выходит в виде кусков различной крупности: от порошка (печи кипящего слоя) до 200 мм (большие шахтные печи). Свежеобоженную известь называют негашеной. Негашеная кальциевая известь отличается белым цветом, причем степень белья зависит от содержания примесей: чем их меньше, тем «белее» известь. Другие виды имеют различные оттенки. Доломитовая и гидравлическая известь имеют серый оттенок. Известь имеет кристаллическое строение: чистый СаО кристаллизуется в кубической системе с параметром решетки 4,797 А. В зависимости от температуры и продолжительности обжига различают известь твердообоженную, среднеобоженную и мягкообоженную. Последняя (наиболее распространенная) имеет следующие отличия по сравнению с твердообоженной:
При нормальных условиях (20 ° С) теплоемкость извести С = 765,806 Дж / кг. С увеличением температуры теплоемкость возрастает.
Коэффициент теплопроводности мягкообоженной кальциевой извести при нормальных условиях составляет: обычного – 1,3 Вт / м.град, мелового – 0,9 Вт / м.град. С повышением температуры он снижается.
2.3 Агрегаты для производства извести
В промышленности используются различные типы известково-обжиговых агрегатов. Тип агрегата выбирается в зависимости от ряда факторов:
Наиболее распространенным и традиционным агрегатом для производства извести является шахтная печь. В зависимости от направления движения потоков обжигаемого материала и печных газов (теплоносителя) шахтные печи подразделяются на противоточные; прямоточно-противоточные, с поперечным током.
Еще одним видом агрегатов вращающиеся печи, является универсальным обжиговых агрегатом, приспособленным ко всем видам топлива, способных делать известь различного назначения и степени обжига с практически любого сырья крупностью до 60 мм. К настоящему времени вращающиеся печи, имели широкое распространение для производства высококачественной металлургической извести, а также для обжига и спекания огнеупорных материалов (магнезита, доломита, шамота, глинозема и др.).
Наряду с традиционными печами обжига извести в шахтных печах, в которых обжигается крупнокусковой известняк, существуют печи, которые работают по принципу кипящего слоя, а также вращаются.
Известь находит применение во многих отраслях: металлургии, химии, пищевой и цветной промышленности, строительстве, сельском и лесном хозяйстве,для стабилизации грунтов, очистки водоемов, морской промышленности и др.
В черной металлургии известь используется при выплавке стали и чугуна, в агломерационном производстве, в производстве ферросплавов. Черная металлургия является крупнейшим производителем и потребителем извести: около 11,4 млн.т в начале 90-х годов (т.е. в СССР), что составляло около 38% от ее валового производства.
Главный потребитель извести в черной металлургии – конверторное производство стали (4,4 млн. т). В конвертерном процессе известь служит для наведения высокоосновной шлака СаО/SiO2 или (СаO + MgO) / SiO2> 3, благодаря которому осуществляется рафинирование жидкой стали (удаление серы, фосфора, неметаллических включений, кислорода и др.). В связи с этим к извести предъявляются жесткие требования: высокая степень обжига (СаО + МgO> 92%; ВПВ
Удельный расход извести на аглофабриках колеблется в широких пределах: от 12 кг / т (ОАО «Северсталь») до 89 кг / т (МК «Запорожсталь»). На многих предприятиях ощущается острый дефицит агломерационной извести.
Конечной стадией обработки поверхности некоторых видов металлопродукции перед оцинковкой является травление поверхности. Остатки кислоты, используемой при пищеварении, смывают водой. Для нейтрализации отработанных промывных вод используют известковое молоко. Расход гидрата извести составляет до 3 кг / т проката.
Известь имеет высокую огнеупорность (температура плавления СаО составляет 2570 °С). Однако СаО не имеет устойчивой в атмосфере воздуха модификации подобной периклаза (МgO), в связи с чем она в обычном виде не может служить огнеупором. Однако, плавленая известь имеет свойства огнеупоров. Сталь, выплавленная в известковых тиглях, обладает низкой окисленностью и небольшим содержанием неметаллических включений, серы и фосфора. Такие футеровки в наибольшей мере соответствует требованиям вакуумной обработки стали.
Известь в виде известкового молока используется в производстве динасовых огнеупоров для связи зерен кварцита. Требования к качеству извести очень высокие: показатель ВПВ не более 2%, время гашения не более 10 мин. Расход извести 2,0% от массы кварцита.
Особо следует отметить использование извести в получении золота и серебра из хвостов, образовавшихся после первичной добычи путем промывки золотоносных руд, а также бедных руд.
Технология основана на растворимости их в кислородвместительном растворе цианистого калия. В зависимости от вида и количества примесей в раствор необходимо периодически вводить свежеобоженную известь для поддержки раствора в рабочем состоянии. Концентрация СаО в растворе составляет около 0,02%. В Южной Африке ежегодно используют около 300 тыс.т извести для извлечения урана из хвостов золотодобывающей промышленности. Известь гидратная используется также для извлечения кобальта, цинка и меди из растворов.
В результате производственной деятельности на различных этапах производства продукции образуются различные виды отходов. В процессе переработки известняков и доломитов на обогатительных фабриках образуются отходы в виде известняка крупностью 0–10 мм и доломита крупноcтью 0–10 мм.
В процессе обжига доломита в печах, основным видом отходов является пыль, которая образуется в процессе обжига. Известь обжигают в печах двух типов – вращающихся и шахтных. Дисперсный состав пыли определили в пробах, взятых на Докучаевском флюсо-доломитном комбинате с циклона и из газового потока после циклона.
Топливом для печей, вращающихся служат в основном природный газ и мазут. Удельный расход топлива (в пересчете на условное) составляет примерно 230–250 кг / т обожженной извести. При обжиге известняка выделяется большое количество углекислого газа, поэтому при определении состава продуктов сгорания следует учитывать реакции диссоциации.
Следует отметить, что потери при обжиге (ВПО) пыли меньше, чем известняка. Следовательно, можно предположить, что пыль выносится главным образом, из высокотемпературной части печи. Химический состав пыли и извести представлен в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Химический состав компонентов
Данные о выходе и состав продуктов сгорания от печей, вращающихся приведены ниже:
Выход продуктов сгорания из печи, на т обожженной извести – 3300–3500 м.
Состав сухих продуктов сгорания,% объемные:
На рис. 4.1 приведена схема газоочистной установки машины ПОР.
Для повышения эффективности очистки газов от пыли в дополнение к мультициклонов 3 установлен степень предварительной очистки. Перед мультициклонов каждой обжиговой печи устанавливается циклон 2 диаметром 3 м типа ЦН 15В.
Эффективность очистки газа составляет 88%, конечная концентрация пыли в газах не превышает 60-80 г / м. Газоочистные установки оснащены приборами контроля температуры и разрежении по газовому тракту.
Данные о фракционный состав пыли, содержащейся в газах, приведены в табл. 4.2.
Таблица 4.2 – Фракционный состав пыли, содержащейся в газах известково-обжиговых печей
Химический состав пыли известково-обжиговых печей приведен в табл. 4.3.
Таблица 4.3 – Химический состав пыли
4.1 Обобщение экологической ситуации на ОАО «Докучаевский флюсо-доломитный комбинат»
На Докучаевском флюсо-доломитном комбинате, как и на любом другом предприятии флюсодбывающей области, существуют проблемы, связанные с обеспечением экологической безопасности производственных процессов. Эти проблемы обусловлены несовершенством применяемых технологий пылеподавления, обогащения полезных ископаемых, и утилизации отходов, образующихся. Не предоставляется достаточное внимание внедрению мероприятий по предотвращению пыления при выгрузке пылеуловителей и при транспортировке уловленной пыли. И как следствие – высокая запыленность воздуха производственных помещений обогатительных фабрик.
Снизить влияние предприятия на земную поверхность возможно за счет утилизации отходов, образующихся. На данный момент проблему представляет то, что отсутствует потребитель в побочном продукте, производимом из отходов, и огромное количество таких отходов складируется в отвалах, нанося вред окружающей среде
Анализ ситуации, сложившейся на Докучаевском флюсо-доломитном комбинате, показывает, что одной из причин экологических проблем при добыче, обогащении и обжига известняка является несовершенство технологий утилизации отходов, образующихся. В связи с этим, ценные отходы производства флюса остаются невостребованными и зачастую просто складируются. Поэтому основным направлением улучшения состояния окружающей среды территорий, прилегающих к Докучаевскому флюсо-доломитному комбинату, является совершенствование технологии производства флюсов за счет внедрения мероприятий по утилизации отходов, образующихся в смежных отраслях промышленности.
4.2 Технологические мероприятия по снижению выхода отходов
Экологические проблемы не ограничиваются стадиями добычи и обогащения известняков, они возникают на последующих этапах их переработки, на флюсовых предприятиях. Особая сложность при этом – сбор и подготовка к утилизации вапновмисних отходов, которые образуются на участках обжига известняка. Как известно, одной из причин образования значительного количества отходов является несовершенство технологических агрегатов, не является исключением и при обжиге известняка и доломита. Внедрение некоторых технологических мероприятий позволит сократить объем образования отходов.
Обжиг мелкофракционных известьсодержащих материалов в печах ЦВД, вращающихся приводит к образованию колец в печи, что нарушает режим обжига, а значит и качество готовой продукции. Поэтому, для того, чтобы снизить в шихте содержание мелких фракций, материал перед подачей в печах предлагается классифицировать.
Кроме того, как мероприятие, которое позволит снизить образование известково-известнякового пыли, за счет уменьшения истирания материала, предлагается в обжиговые печи устроить огнеупорные пороги.
Таким образом, предлагаемые меры по совершенствованию технологии обжига флюсов позволят не только повысить качество готовой продукции, но и снизить образование отходов.
Предлагается несколько вариантов утилизации известьсодержащих отходов:
Наиболее рационально, с точки зрения экономии природных ресурсов, известь содержащие отходы утилизировать в металлургическом производстве, а в частности при агломерации железных руд.
Отсев извести (0–12 мм) на аглофабриках целесообразно добавлять в штабель железорудных материалов. Такой способ подачи позволяет снизить влажность концентратов дальнейшем положительно скажется на показателях процесса спекания.
Известковая пыль (0–3 мм) должен подаваться непосредственно в поток шихты перед смешиванием. При этом обеспечивается равномерное распределение известковой пыли в общем объеме агломерационной шихты.
Для утилизации мелкой фракции извести рациональным является приобретение брикеточного пресса фирмы «КЕППБЕРН» (Германия), что позволит увеличить тем самым количество годного извести за счет известковых брикетов.
Использование отходов данной крупности позволяет резко повысить эффективность применения извести, уменьшить на 10–20% и более его расходов, и снизить общую потребность в твердом топливе на агломерацию в основном путем високослойного спекания шихты.
В настоящее время, перспективным является использование известковой пыли для того, чтобы подсушить влажные пастообразные шламы, с последующим использованием шламоизвестковой смеси в аглопроизводстве, а также производство железофлюса для конвертерного производства. Такие варианты дают возможность не только утилизировать известь, но и повысить эффективность утилизации железосодержащих отходов металлургического производства, в частности шламов.
Таким образом, утилизация известковой пыли в металлургическом производстве требует предварительной их подготовки. Операции подготовки пыли к утилизации сопровождаются вторичным пылеобразования. Поэтому с целью повышения экологической безопасности предприятий черной металлургии необходимо разработать беспыльную технологию сбора, подготовки и утилизации известковых отходов.
4.3 Шламоизвестковая смесь
В металлургическом производстве, как и в других отраслях промышленности широко применяются различные схемы уборки, подготовки технологического и аспирационного пыли, уловленной в мокрых и сухих газоочистных устройствах. Самым распространенным на предприятиях черной металлургии Украины является мокрое очистки газов, после которого образуются ценные по химическому составу железосодержащие шламы, технология подготовки которых достаточно сложна. Полному использованию их препятствует высокая влажность (30–50%) и отсутствие на предприятиях специальных участков подготовки.
Шламы, образующиеся из-за отсутствия простых и экономически выгодных технологий подготовки их к утилизации, остаются невостребованными и сбрасываются в золошламонакопители. В большинстве эти шламы содержат 30–70% Fe и других ценных компонентов (кальций, магний и т.д.), которые могли бы стать дополнительным источником железорудного сырья для сквозного металлургического передела. Наиболее распространенная за рубежом схема обезвоживания предполагает сгущение шламовой пульпы в радиальных сгустителях, фильтрование на вакуум-фильтрах и сушку в сушильных барабанах. Однако разработанные способы отличаются повышенной энерго-и металлоемкостью при обезвоживании больших объемов шлама.
Одним из путей повышения эффективности подготовки шлама к утилизации является использование синергетического эффекта, т.е. одно временного применения явлений химического обезвоживания и самотвердиння при обработке шламовой пульпы активными обезвоживающих компонентами из числа отходов смежных производств. Наиболее простым является способ химического обезвоживания, что предполагает использование кальций- и магнийсодержащих материалов. В мировой практике этот способ нашел применение и входит в единный технологический процесс подготовки шламов к утилизации.
Эта схема внедрена и на металлургическом комбинате им. Дзержинского. Здесь смешивания пастообразных шламов происходит с сухими известковыми отходами, что позволило исключить сушку шламов в сушильных барабанах.
Свойства самотвердение шламов при их обработке обезвоживающих материалами на основе отходов производства может быть реализована также для захоронения опасных шламовых отходов, например в заброшенных шахтах. Это позволит исключить попадание загрязненных вод в водоемы.При этом отпадет необходимость в дополнительном строительстве и обслуживании золошламонакопителей без опасности прорывов дамб и затопления прилегающих пахотных земель. Золошламовые отходы, обезвоженные по предлагаемой технологии смогут быть использованы для ландшафтных работ, а также в индустрии производства различных строительных материалов.
4.4 Расчет баланса с использованием в технологическом потоке пыли и шлама
где Z – содержание взвешенных веществ в чистой воде, г / л.
Содержание твердой фазы в весовых процентах рассчитываем по формуле:
В таблице 4.4 приведены значения плотности шлама при разной концентрации твердой фазы (плотность твердой фазы принята равной 4 г/см 3 ).
Таблица 4.4 – Плотность шлама зависимости от содержания в нем твердой фазы (при ρт = 4 г/см 3 )