[go: up one dir, main page]

RU2836971C1 - Method for chemical processing of blast-furnace slag - Google Patents

Method for chemical processing of blast-furnace slag Download PDF

Info

Publication number
RU2836971C1
RU2836971C1 RU2024124060A RU2024124060A RU2836971C1 RU 2836971 C1 RU2836971 C1 RU 2836971C1 RU 2024124060 A RU2024124060 A RU 2024124060A RU 2024124060 A RU2024124060 A RU 2024124060A RU 2836971 C1 RU2836971 C1 RU 2836971C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
calcium
solution
pulp
furnace slag
nitric acid
Prior art date
Application number
RU2024124060A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Максим Алексеевич Иванов
Андрей Анатольевич Форшев
Евгений Александрович Сидоров
Александр Алексеевич Серебренников
Original Assignee
Акционерное общество "ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат" (АО "ЕВРАЗ НТМК")
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат" (АО "ЕВРАЗ НТМК") filed Critical Акционерное общество "ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат" (АО "ЕВРАЗ НТМК")
Application granted granted Critical
Publication of RU2836971C1 publication Critical patent/RU2836971C1/en

Links

Abstract

FIELD: processing of industrial wastes.
SUBSTANCE: invention relates to processing of industrial wastes, namely to processing of blast-furnace slags into fertilizers, and can be used for production of liquid nitrogen fertilizers based on calcium-magnesium nitrate. Blast-furnace slag is finely ground to fineness corresponding to specific surface area of not less than 4500 cm2/g, leaching of blast-furnace slag in non-concentrated up to 15% nitric acid solution to obtain pulp. Additional nitric acid is gradually added to the pulp, after which the pulp is dehydrated to obtain a solution of calcium-magnesium saltpetre and a solid finely dispersed silica product.
EFFECT: fertilizer in the form of a solution of calcium-magnesium nitrate and silica nanopowder based on the process of processing secondary raw material in the form of blast-furnace slag in a non-waste technology.
6 cl, 1 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к области переработки промышленных отходов, а именно к способам переработки доменных шлаков на удобрения и может быть использовано для получения жидких азотных удобрений на основе кальциево-магниевой селитры.The invention relates to the field of industrial waste processing, namely to methods for processing blast furnace slag into fertilizers and can be used to produce liquid nitrogen fertilizers based on calcium-magnesium nitrate.

В настоящий момент в черной металлургии в РФ существует проблема накопления доменных шлаков, которую не удается решить с помощью технологий производства щебня и гранулированного шлака, для данных видов продукции также характерна низкая маржинальность. Всё более актуальным становится производство продуктов из доменного шлака по малоотходным или безотходным технологиям, к которым бизнес предъявляет требования в части экономической эффективности.Currently, the ferrous metallurgy in the Russian Federation faces the problem of accumulation of blast furnace slag, which cannot be solved using crushed stone and granulated slag production technologies; these types of products are also characterized by low marginality. The production of blast furnace slag products using low-waste or waste-free technologies is becoming increasingly relevant, to which business places demands in terms of economic efficiency.

Данная проблема частично решается за счет химической переработки доменного шлака путем выщелачивания тонкомолотого доменного шлака в азотной кислоте с получением раствора сельскохозяйственного удобрения (кальций-магниевая селитра) и дешевого кремнеземистого нанопорошка для применения в строительной отрасли.This problem is partially solved by chemical processing of blast furnace slag by leaching finely ground blast furnace slag in nitric acid to produce a solution of agricultural fertilizer (calcium magnesium nitrate) and cheap silica nanopowder for use in the construction industry.

Известен способ переработки доменного шлака авторское свидетельство SU №631504 С1 МПК2 C05D 3/04, опубликованного 05.11.1978, бюл.1 [1], включающий растворение в расплаве шлака кремнеземистых щелочесодержащих добавок, предварительное расщепление струи обогащенного расплава на частицы с последующим измельчением и охлаждением частиц расплава струей газообразного энергоносителя, при этом подают добавку в расплав с интенсивностью 3-5 кг на тонну расплава в минуту с интервалом между подачами 1,5-2,5 ч.A method for processing blast furnace slag is known, Author's Certificate SU No. 631504 C1 IPC 2 C05D 3/04, published on 05.11.1978, Bulletin 1 [1], which includes dissolving siliceous alkali-containing additives in the slag melt, preliminary splitting of the enriched melt stream into particles, followed by grinding and cooling of the melt particles with a stream of gaseous energy carrier, while the additive is fed into the melt at a rate of 3-5 kg per ton of melt per minute with an interval between feeds of 1.5-2.5 hours.

Недостатком этого способа является то, что процесс предполагает высокие энергозатраты на поддержание шлака в жидком состоянии в процессе добавления кремнеземистого щелочесодержащего компонента, техническая сложность оборудования, необходимого для реализации процесса, полученный продукт по химическому составу мало отличается от исходного шлака и не содержит остаток азотной кислоты, что уменьшает его ценность в качестве сельскохозяйственного удобрения.The disadvantage of this method is that the process requires high energy consumption to maintain the slag in a liquid state during the addition of the siliceous alkali-containing component, the technical complexity of the equipment required to implement the process, the resulting product differs little in chemical composition from the original slag and does not contain residual nitric acid, which reduces its value as an agricultural fertilizer.

Известен способ получения нитратов кальция и магния из доломитов, авторское свидетельство SU №43644 А1 МПК2 C01D 5/38, C01F 11/36, опубликованного 31.07.1935 [2], включающий то, что доломит, совместно с эквимолекулярным окиси кальция количеством нитрата аммония обрабатывают жидким аммиаком при температуре +20 +40°С, после перехода окиси кальция в раствор последний отделяют от осадка, к которому прибавляют эквимолекулярное окиси магния количество нитрата аммония и вновь обрабатывают жидким аммиаком при температуре около -40°С, нерастворенные твердые частицы отделяют от раствора нитрата магния, который так же как и ранее полученный раствор нитрата кальция освобождают от аммиака нагреванием.A method for obtaining calcium and magnesium nitrates from dolomites is known, author's certificate SU No. 43644 A1 IPC 2 C01D 5/38, C01F 11/36, published on 31.07.1935 [2], which includes the fact that dolomite, together with an equimolecular amount of ammonium nitrate to calcium oxide, is treated with liquid ammonia at a temperature of +20 to +40°C, after the calcium oxide has passed into solution, the latter is separated from the precipitate, to which an equimolecular amount of ammonium nitrate is added and again treated with liquid ammonia at a temperature of about -40°C, undissolved solid particles are separated from the magnesium nitrate solution, which, like the previously obtained calcium nitrate solution, is freed from ammonia by heating.

Недостатком этого способа является то, что, кроме сложного аппаратного оформления, процесс подразумевает перевод аммиачной селитры в кальциевую селитру, причем оба вещества являются полноценными нитратными удобрениями, причем с потерей половины азота в виде аммиака, что делает целесообразность реализации данного способа весьма ограниченной.The disadvantage of this method is that, in addition to the complex hardware design, the process involves converting ammonium nitrate into calcium nitrate, both substances being full-fledged nitrate fertilizers, with the loss of half of the nitrogen in the form of ammonia, which makes the feasibility of implementing this method very limited.

Наиболее близким (прототипом) по технической сущности к заявленному устройству, по количеству сходных признаков, является патент RU2259979 C1 МПК(2000.01) C05G1/08; C05G1/02 опубликованного 10.09.2005, бюл.25 [3], включающий нейтрализацию азотной кислоты аммиаком, введение кальциевой селитры, упаривание раствора и грануляцию плава, причем кальциевую селитру вводят до стадии нейтрализации путем растворения в азотной кислоте карбоната или оксида кальция при поддержании концентрации раствора кальциевой селитры в азотной кислоте в пределах 5-20 мас.% с последующей нейтрализацией полученного раствора.The closest (prototype) in technical essence to the claimed device, in terms of the number of similar features, is patent RU2259979 C1 IPC (2000.01) C05G1/08; C05G1/02 published 10.09.2005, Bulletin 25 [3], comprising neutralising nitric acid with ammonia, introducing calcium nitrate, evaporating the solution and granulating the melt, wherein calcium nitrate is introduced before the neutralisation stage by dissolving calcium carbonate or oxide in nitric acid while maintaining the concentration of the calcium nitrate solution in nitric acid within the range of 5-20 wt.%, followed by neutralisation of the resulting solution.

Недостатками этого способа является то, что: способ подразумевает использование карбонатного сырья, что приводит к выбросу большого количества углекислого газа; выщелачивание в избытке концентрированной азотной кислоты приводит к загрязнению раствора примесями, не позволяет извлекать оксид кальция из сырья селективно; способ подразумевает нейтрализацию значительного количества азотной кислоты аммиаком, что приводит к получению смеси кальциевой и аммиачной селитры вместо концентрированного нитрата щелочноземельного металла; использование карбонатного сырья приводит к затруднениям в связи с необходимостью очистки полученного раствора от взвешенных частиц, которые переходят в отходы производства вместе с частью ценного продукта.The disadvantages of this method are that: the method involves the use of carbonate raw materials, which leads to the emission of a large amount of carbon dioxide; leaching in excess concentrated nitric acid leads to contamination of the solution with impurities, does not allow the selective extraction of calcium oxide from the raw material; the method involves the neutralization of a significant amount of nitric acid with ammonia, which leads to the production of a mixture of calcium and ammonium nitrate instead of concentrated alkaline earth metal nitrate; the use of carbonate raw materials leads to difficulties due to the need to purify the resulting solution from suspended particles, which pass into production waste along with part of the valuable product.

Технический результат, на достижение которого направлено предполагаемое изобретение является: получение удобрений в виде раствора кальциево-магниевой селитры и кремнеземистого нанопорошка на основе процесса переработки вторичного сырья в виде доменного шлака в безотходной технологии.The technical result, which the proposed invention is aimed at achieving, is: obtaining fertilizers in the form of a solution of calcium-magnesium nitrate and silica nanopowder based on the process of processing secondary raw materials in the form of blast furnace slag in a waste-free technology.

Технический результат достигается тем, что в способе химической переработки доменных шлаков, включающем тонкий помол доменного шлака, согласно изобретению, тонкомолотый доменный шлак выщелачивают в неконцентрированном до 15% растворе азотной кислоты с получением пульпы, причем в пульпу постепенно вводят дополнительную азотную кислоту, после чего пульпу обезвоживают до получения раствора кальциево-магниевой селитры и твердого тонкодисперсного кремнеземистого продукта.The technical result is achieved in that in the method of chemical processing of blast furnace slags, including fine grinding of blast furnace slag, according to the invention, finely ground blast furnace slag is leached in a non-concentrated solution of nitric acid up to 15% to obtain pulp, wherein additional nitric acid is gradually introduced into the pulp, after which the pulp is dehydrated to obtain a solution of calcium-magnesium nitrate and a solid finely dispersed siliceous product.

Кроме того, тонкий помол доменного шлака имеет тонину помола, соответствующую удельной поверхности не менее 4500 см2/г.In addition, fine grinding of blast furnace slag has a grinding fineness corresponding to a specific surface area of at least 4500 cm2/g.

Кроме того, выщелачивание выполняют с одновременным перемешиванием в месте налива дополнительной азотной кислоты. In addition, leaching is carried out with simultaneous mixing at the point of pouring additional nitric acid.

Кроме того, после обезвоживания пульпы твердый тонкодисперсный кремнеземистый продукт промывают водой путем перемешивания, после чего дополнительно обезвоживают, причем промывочную воду, содержащую отмытые нитраты кальция и магния, возвращают в начало процесса.In addition, after dehydration of the pulp, the solid finely dispersed silica product is washed with water by stirring, after which it is further dehydrated, and the wash water containing the washed calcium and magnesium nitrates is returned to the beginning of the process.

Кроме того, полученный раствор кальциево-магниевой селитры дополнительно обрабатывают с помощью поверхностно-активных веществ (флокулянтов, коагулянтов) для очистки от взвешенных частиц.In addition, the resulting calcium-magnesium nitrate solution is additionally treated with surfactants (flocculants, coagulants) to remove suspended particles.

Кроме того, полученный в результате обезвоживания пульпы раствор кальциево-магниевой селитры дополнительно нейтрализуют тонкодисперсной известью, или аммиаком, или аммиачной селитрой, или их растворами.In addition, the calcium-magnesium nitrate solution obtained as a result of pulp dehydration is additionally neutralized with finely dispersed lime, or ammonia, or ammonium nitrate, or their solutions.

Использование предлагаемого способа химической переработки доменных шлаков с указанной совокупностью признаков обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в следующем:The use of the proposed method of chemical processing of blast furnace slags with the specified set of features ensures the achievement of a technical result consisting of the following:

- улучшение экологии ликвидацией отвалов и комплексной утилизацией доменных шлаков по безотходному процессу;- improving the environment by eliminating waste dumps and comprehensive utilization of blast furnace slag using a waste-free process;

- получение ценных минеральных удобрений в виде раствора кальциево-магниевой селитры для использования в сельском хозяйстве и твердого тонкодисперсного кремнеземистого продукта для использования в строительной отрасли или в качестве сырья для дальнейшего извлечения ценных компонентов в гидро- или пирометаллургических переделах;- obtaining valuable mineral fertilizers in the form of a calcium-magnesium nitrate solution for use in agriculture and a solid finely dispersed silica product for use in the construction industry or as a raw material for further extraction of valuable components in hydro- or pyrometallurgical processes;

-снижение негативного воздействия на окружающую среду. -reducing the negative impact on the environment.

По результатам проведенных на АО «ЕВРАЗ НТМК» опытных исследований выявлена необходимость помола доменного шлака до тонины помола, соответствующую удельной поверхности 4500 см2/г., для повышения его химической активности.Based on the results of experimental studies conducted at JSC EVRAZ NTMK, it was revealed that it is necessary to grind blast furnace slag to a grinding fineness corresponding to a specific surface area of 4500 cm2/g in order to increase its chemical activity.

Подача доменного шлака при выщелачивании (Фиг. 1, п. 2) в неконцентрированный до 15 % раствор азотной кислоты обеспечивает селективное извлечение оксидов кальция и магния в раствор. The feeding of blast furnace slag during leaching (Fig. 1, item 2) into a non-concentrated nitric acid solution of up to 15% ensures the selective extraction of calcium and magnesium oxides into the solution.

Увеличение содержания неконцентрированной азотной кислоты более 15%, нецелесообразно, т. к. приводит к значительному выходу примесей в раствор кальциево-магниевой селитры, ухудшая качество продукта, и приводит к необходимости его дополнительной очистки, также приводит к увеличению температуры раствора и необходимости сложного аппаратного оформления процесса. Increasing the content of non-concentrated nitric acid to more than 15% is impractical, since it leads to a significant release of impurities into the calcium-magnesium nitrate solution, worsening the quality of the product, and leads to the need for its additional purification, and also leads to an increase in the temperature of the solution and the need for complex hardware design of the process.

Добавление концентрированной азотной кислоты в пульпу, выполненное с одновременным перемешиванием в месте налива дополнительной азотной кислоты, обеспечивает минимизацию эффекта локального понижения водородного показателя (рН) в объеме раствора. Такое исполнение исключает перегрев и вскипание раствора в результате экзотермических реакций, исключает выход в раствор посторонних веществ. В процессе выщелачивания протекает реакция:Addition of concentrated nitric acid to the pulp, performed with simultaneous mixing at the point of pouring additional nitric acid, ensures minimization of the effect of local decrease in the hydrogen index (pH) in the volume of the solution. This design eliminates overheating and boiling of the solution as a result of exothermic reactions, eliminates the release of foreign substances into the solution. During the leaching process, the following reaction occurs:

СаО + МgО + 4HNO3=Са(NO3)2 + Мg(NO3)2 + 2H2OCaO + MgO + 4HNO 3 =Ca(NO 3 ) 2 + Mg(NO 3 ) 2 + 2H 2 O

При этом, в результате реакции воды с сульфидом кальция, при выщелачивании доменного шлака в газовую фазу выделяется сероводород, а в процессе выщелачивания выделяются и пары азотной кислоты, с целью их улавливания в предлагаемом способе предусмотрена система газоочистки (Фиг. 1, п. 2в).In this case, as a result of the reaction of water with calcium sulfide, hydrogen sulfide is released into the gas phase during the leaching of blast furnace slag, and nitric acid vapors are also released during the leaching process. In order to capture them, a gas purification system is provided in the proposed method (Fig. 1, item 2c).

Использование подготовленной воды (Фиг. 1, п. 6а и 6) после обезвоживания пульпы для промывки тонкодисперсного кремнеземистого продукта в виде нанопорошка обеспечивает увеличение выхода кальциево-магниевой селитры (сокращение потерь с твердым осадком) (Фиг. 1, п. 6, п. 6а, п.7) путем возврата промывочной воды, содержащей отмытые нитраты кальция и магния (Фиг.1, п.6б), в начало процесса для приготовления раствора неконцентрированной азотной кислоты (Фиг.1, п.2а), тем самым сокращая потери реагента и продукта.The use of prepared water (Fig. 1, items 6a and 6) after pulp dehydration for washing the finely dispersed silica product in the form of nanopowder ensures an increase in the yield of calcium-magnesium nitrate (reduction in losses with solid sediment) (Fig. 1, item 6, item 6a, item 7) by returning the washing water containing washed calcium and magnesium nitrates (Fig. 1, item 6b) to the beginning of the process for the preparation of a solution of non-concentrated nitric acid (Fig. 1, item 2a), thereby reducing the losses of the reagent and product.

Использование поверхностно-активных веществ (флокулянтов, коагулянтов) в процессах декантации или для дополнительной обработки раствора кальциево-магниевой селитры способствует ускорению обезвоживания и получению качественного товарного продукта, удовлетворяющего требованиям потребителей.The use of surfactants (flocculants, coagulants) in decantation processes or for additional processing of calcium-magnesium nitrate solution helps to accelerate dehydration and obtain a high-quality commercial product that meets consumer requirements.

Дополнительное использование тонкодисперсной извести, или аммиака, или аммиачной селитры, или их растворов – обеспечивает нейтрализацию полученного в результате обезвоживания пульпы раствора кальциево-магниевой селитры для получения качественного товарного продукта, удовлетворяющего требованиям потребителей.The additional use of finely dispersed lime, or ammonia, or ammonium nitrate, or their solutions ensures the neutralization of the calcium-magnesium nitrate solution obtained as a result of pulp dehydration to obtain a high-quality commercial product that meets consumer requirements.

Необходимо отметить, что нитрат кальция сам по себе является универсальным физиологически щелочным удобрением, пригодным для всех почв. Важное значение нитрат кальция имеет как удобрение для посевов льна, конопли, ячменя, картофеля и других культур [4] (Технология минеральных солей. М.Е.Позин, Л.: Химия, 1974, т.2, стр.1210). Поэтому использование нитрата кальция в гомогенной смеси с аммиачной селитрой особенно целесообразно.It should be noted that calcium nitrate itself is a universal physiologically alkaline fertilizer suitable for all soils. Calcium nitrate is of great importance as a fertilizer for flax, hemp, barley, potatoes and other crops [4] (Technology of mineral salts. M.E. Pozin, L.: Chemistry, 1974, v.2, p.1210). Therefore, the use of calcium nitrate in a homogeneous mixture with ammonium nitrate is especially advisable.

Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

Выщелачивание в слабом растворе кислоты позволяет селективно извлекать оксиды кальция и магния из доменного шлака, насыщение раствора соответствующими нитратами препятствует выходу вредных веществ в раствор. Операционная технологическая схема осуществления способа представлена на Фиг. 1.Leaching in a weak acid solution allows selective extraction of calcium and magnesium oxides from blast furnace slag, saturation of the solution with the corresponding nitrates prevents the release of harmful substances into the solution. The operational flow chart for implementing the method is shown in Fig. 1.

Заявленный способ химической переработки доменных шлаков осуществляли в лабораторных условиях Центральной лаборатории комбината (ЦЛК) АО «ЕВРАЗ НТМК». Для опыта использовали побочный продукт доменного цеха в виде доменного шлака.The declared method of chemical processing of blast furnace slags was carried out in laboratory conditions of the Central Laboratory of the Plant (CLP) of JSC EVRAZ NTMK. For the experiment, a by-product of the blast furnace shop in the form of blast furnace slag was used.

Доменный шлак дробится, например в щековой дробилке, и затем измельчается, например в шаровой мельнице, до тонины помола, соответствующей удельной поверхности 4500 см2/г (Фиг 1, п.1). The blast furnace slag is crushed, for example, in a jaw crusher, and then ground, for example in a ball mill, to a grinding fineness corresponding to a specific surface area of 4500 cm2/g (Fig. 1, item 1).

В отдельной емкости готовят неконцентрированный раствор с содержанием до 15 % азотной кислоты (Фиг. 1 2а). Затем постепенно засыпают порцию тонкомолотого доменного шлака в неконцентрированный раствор азотной кислоты с содержанием азотной кислоты до 15 % и перемешивают ее в течение 15 минут (Фиг.1, п.2), после чего продолжают процесс выщелачивания (Фиг. 1 п. 2) с добавлением концентрированной 56-58% азотной кислоты в подготовленную пульпу (Фиг.1, п.2б) при этом одновременно выполняют перемешивание в месте налива дополнительной концентрированной 56-58% азотной кислоты в течение 15 минут (Фиг. 1, п. 2). In a separate container, prepare a non-concentrated solution containing up to 15% nitric acid (Fig. 1 2a). Then gradually pour a portion of finely ground blast furnace slag into the non-concentrated nitric acid solution containing up to 15% nitric acid and stir it for 15 minutes (Fig. 1, item 2), after which continue the leaching process (Fig. 1, item 2) with the addition of concentrated 56-58% nitric acid to the prepared pulp (Fig. 1, item 2b), while simultaneously stirring is performed at the pouring point with additional concentrated 56-58% nitric acid for 15 minutes (Fig. 1, item 2).

Количество неконцентрированного раствора с содержанием до 15% м.д. азотной кислоты и количество концентрированной 56-58% м.д. азотной кислоты дозируется с учетом воды в этих растворах с таким расчетом, чтобы на выходе по завершении всего процесса выщелачивания (Фиг.1 п.3) в результате фильтрации (Фиг.1 п.5) получался водный раствор кальциево-магниевой селитры с общим содержанием нитратов кальция и магния не менее 25% м.д.The amount of non-concentrated solution with a content of up to 15% ppm nitric acid and the amount of concentrated 56-58% ppm nitric acid are dosed taking into account the water in these solutions in such a way that at the outlet, upon completion of the entire leaching process (Fig. 1, item 3), as a result of filtration (Fig. 1, item 5), an aqueous solution of calcium-magnesium nitrate with a total content of calcium and magnesium nitrates of at least 25% ppm is obtained.

В результате выщелачивания получают пульпу (Фиг. 1, п. 3). Затем пульпу декантируют, например в декантере (Фиг. 1, п. 4), и фильтруют, например в фильтр-прессе, (Фиг. 1, п. 5) с выходом раствора нитратов кальция и магния (Фиг. 1, п. 5а) и твердого тонкодисперсного кремнеземистого продукта в виде влажной пасты нанопорошка.As a result of leaching, a pulp is obtained (Fig. 1, item 3). The pulp is then decanted, for example in a decanter (Fig. 1, item 4), and filtered, for example in a filter press (Fig. 1, item 5) with the release of a solution of calcium and magnesium nitrates (Fig. 1, item 5a) and a solid finely dispersed siliceous product in the form of a wet paste of nanopowder.

Полученные декантат и фильтрат в виде водного раствора нитрата кальция и нитрата магния собирают в отдельную технологическую емкость (Фиг.1, п.5а), а осадок твердого тонкодисперсного кремнеземистого продукта в виде влажной пасты нанопорошка собирают в репульпатор (Фиг. 1, п. 5). The resulting decantation and filtrate in the form of an aqueous solution of calcium nitrate and magnesium nitrate are collected in a separate process container (Fig. 1, item 5a), and the sediment of the solid finely dispersed siliceous product in the form of a wet paste of nanopowder is collected in a repulpator (Fig. 1, item 5).

Полученный раствор нитратов кальция и магния (Фиг. 1, п. 5а) может являться товарным продуктом в качестве жидкого удобрения или полупродуктом для получения кристаллических форм селитры по хорошо известным процессам. Например, для получения кристаллической селитры, фильтрат в виде водного раствора нитратов кальция и магния (Фиг. 1, п. 5а) упаривают до плотности 1500г/л, затем нейтрализуют аммиаком либо аммиачной селитрой, после чего подают на барабан - кристаллизатор для получения кристаллической кальциево-магниевой селитры 4-х водной. Кристаллическую кальциево-магниевую селитру рафинируют путем осушения ее на вакуум-фильтре до прекращения отделения влаги и добавлением, например, до 2% м.д. негашеной извести. После чего кристаллическую кальциево-магниевую селитру фасуют, направляют на склад для хранения в герметичных емкостях или мешках МКР без доступа атмосферной влаги, после производят отгрузку кристаллической кальциево-магниевой селитры потребителям. (На Фиг. 1 после 5а не показано).The obtained solution of calcium and magnesium nitrates (Fig. 1, item 5a) can be a commercial product as a liquid fertilizer or a semi-finished product for obtaining crystalline forms of nitrate using well-known processes. For example, to obtain crystalline nitrate, the filtrate in the form of an aqueous solution of calcium and magnesium nitrates (Fig. 1, item 5a) is evaporated to a density of 1500 g/l, then neutralized with ammonia or ammonium nitrate, after which it is fed to a drum crystallizer to obtain crystalline calcium-magnesium nitrate 4-aqueous. Crystalline calcium-magnesium nitrate is refined by drying it on a vacuum filter until moisture separation ceases and adding, for example, up to 2% ppm of quicklime. After which the crystalline calcium-magnesium nitrate is packaged, sent to a warehouse for storage in sealed containers or large-capacity bags without access to atmospheric moisture, after which the crystalline calcium-magnesium nitrate is shipped to consumers. (Not shown after 5a in Fig. 1).

Для увеличения выхода кальциево-магниевой селитры (Фиг. 1, п. 6, п. 6б, п.2а) и сокращения примесей в твердом тонкодисперсном кремнеземистый продукте, его в виде влажной пасты нанопорошка, полученной после фильтрации (Фиг.1, п.5) промывают водой. Для этого в репульпатор с осадком твердого тонкодисперсного кремнеземистого продукта в виде влажной пасты нанопорошка добавляют подготовленную воду из системы подпитки (Фиг. 1, п. 6а), перемешивают до гомогенизации пульпы, после этого декантируют (Фиг. 1 п. 6) и фильтруют (Фиг. 1, п. 7). To increase the yield of calcium-magnesium nitrate (Fig. 1, item 6, item 6b, item 2a) and reduce impurities in the solid finely dispersed siliceous product, it is washed with water in the form of a wet nanopowder paste obtained after filtration (Fig. 1, item 5). For this purpose, prepared water from the feed system is added to the repulpator with the sediment of the solid finely dispersed siliceous product in the form of a wet nanopowder paste (Fig. 1, item 6a), mixed until the pulp is homogenized, then decanted (Fig. 1, item 6) and filtered (Fig. 1, item 7).

Отработанную промывочную воду в виде декантата и фильтрата собирают в общую емкость для возврата воды (Фиг.1, п.6б) и подают в начало процесса (Фиг. 1, п. 2а) для приготовления неконцентрированного до 15 % раствора азотной кислоты, тем самым сокращая потери реагента и продукта.The spent wash water in the form of decantation and filtrate is collected in a common container for returning water (Fig. 1, item 6b) and fed to the beginning of the process (Fig. 1, item 2a) for the preparation of a non-concentrated nitric acid solution of up to 15%, thereby reducing the loss of reagent and product.

Осадок твердого тонкодисперсного кремнеземистого продукта после декантации в виде густой пульпы нанопорошка фильтруют, например в фильтр-прессе (Фиг. 1, п. 7), высушивают в сушильном аппарате, например в ленточной сушилке (Фиг.1 п.8), при необходимости подвергают дезагрегации (истиранию) до состояния пудры (Фиг. 1, п. 9), что является формой товарного продукта (Фиг. 1, п. 10). После чего подготовленный тонкодисперсный кремнеземистый продукт в виде нанопорошка задувают в силос для промежуточного хранения, откуда его фасуют (Фиг. 1 п. 10), например в мешки с разным объемом, и после производят отгрузку тонкодисперсного кремнеземистого продукта в виде нанопорошка потребителям (Фиг. 1 п. 11). Возможно окускование продукта для сокращения расходов на транспортировку до потребителя. К тонкодисперсному кремнеземистому продукту в виде нанопорошка рынок предъявляет требования по низкой стоимости для применения в цементах и бетонах, в связи с чем этот продукт не генерирует значительную прибыль и может рассматриваться как побочный. The sediment of the solid finely dispersed siliceous product after decantation in the form of a thick pulp of nanopowder is filtered, for example, in a filter press (Fig. 1, item 7), dried in a drying apparatus, for example, in a belt dryer (Fig. 1, item 8), if necessary, subjected to disaggregation (attrition) to a powder state (Fig. 1, item 9), which is the form of a commercial product (Fig. 1, item 10). After which the prepared finely dispersed siliceous product in the form of nanopowder is blown into a silo for intermediate storage, from where it is packaged (Fig. 1, item 10), for example, in bags of different volumes, and then the finely dispersed siliceous product in the form of nanopowder is shipped to consumers (Fig. 1, item 11). It is possible to agglomerate the product to reduce transportation costs to the consumer. The market demands low cost for finely dispersed silica product in the form of nanopowder for use in cements and concretes, therefore this product does not generate significant profit and can be considered as a by-product.

Ниже представлены примеры режимов выщелачивания тонкомолотого шлака доменного в укрупненном лабораторном процессе ЦЛК АО «ЕВРАЗ НТМК», во всех примерах использовали эквивалентное суммарному содержанию оксидов кальция и магния суммарное количество азотной кислоты по чистому веществу: Below are examples of leaching modes for finely ground blast furnace slag in a large-scale laboratory process at the Central Leaching Complex of JSC EVRAZ NTMK. In all examples, a total amount of nitric acid equivalent to the total content of calcium and magnesium oxides was used in pure substance:

Пример 1Example 1

2 кг навески тонкомолотого доменного шлака растворили в 5,6 л 8,5%-го подготовленного раствора азотной кислоты (HNO3), добавили 56%-й раствор концентрированной азотной кислоты. Декантировали и фильтровали пульпу.2 kg of finely ground blast furnace slag were dissolved in 5.6 l of 8.5% prepared nitric acid solution ( HNO3 ), 56% concentrated nitric acid solution was added. The pulp was decanted and filtered.

Полученный раствор кальциево-магниевой селитры имеет следующий состав: содержание нитратов кальция 22,2% м.д., нитратов магния 8,2% м.д., общая массовая доля нитратов 30,4% м.д., содержание примесей и нефтепродуктов составляет менее 0,01% и 0,0003% м.д. соответственно; токсичных элементов (мышьяк, кадмий, свинец, ртуть и др.) ниже предела обнаружения. Водородный показатель (рН) 2,9 требует нейтрализации известью, аммиаком, или аммиачной селитрой, или их растворами перед дальнейшим использованием. Раствор содержит небольшое количество взвешенных частиц (проскок нанопорошка через фильтр), перед дальнейшим использованием целесообразно очистить с применением ПАВ (флокулянтов, коагулянтов).The obtained calcium-magnesium nitrate solution has the following composition: calcium nitrate content 22.2% ppm, magnesium nitrate 8.2% ppm, total mass fraction of nitrates 30.4% ppm, impurity and oil product content is less than 0.01% and 0.0003% ppm, respectively; toxic elements (arsenic, cadmium, lead, mercury, etc.) are below the detection limit. Hydrogen index (pH) 2.9 requires neutralization with lime, ammonia, or ammonium nitrate, or their solutions before further use. The solution contains a small amount of suspended particles (nanopowder slip through the filter), before further use it is advisable to clean it using surfactants (flocculants, coagulants).

Твердый тонкодисперсный кремнеземный продукт имеет следующий состав: содержание SiO2 42,3%, доля растворимого компонента около 30% м.д. Кремнеземистый нанопорошок после фильтрации имел вид пасты с влажностью 67%. Насыпная плотность высушенного дезагрегированного продукта составляла около 250 кг/м3. Продукт содержит значительное количество нитратов, пуццоланическая активность порошка по ГОСТ Р 56593-2015 составила 105 мг/г, что эквивалентно активности микрокремнезема. Кроме того, тонкомолотый шлак доменный АО «ЕВРАЗ НТМК» обогащен по оксиду титана до 18% в результате выщелачивания, что представляет интерес для дальнейшего извлечения из него титана.The solid finely dispersed silica product has the following composition: SiO 2 content 42.3%, proportion of soluble component about 30% ppm. Silica nanopowder after filtration had the form of a paste with a moisture content of 67%. The bulk density of the dried disaggregated product was about 250 kg/m 3 . The product contains a significant amount of nitrates, the pozzolanic activity of the powder according to GOST R 56593-2015 was 105 mg/g, which is equivalent to the activity of microsilica. In addition, finely ground blast furnace slag of JSC EVRAZ NTMK is enriched in titanium oxide up to 18% as a result of leaching, which is of interest for further extraction of titanium from it.

Пример 2Example 2

2 кг навески тонкомолотого доменного шлака растворили в 5,6 л 15,0%-го раствора подготовленной азотной кислоты (HNO3), добавили 56%-й раствор концентрированной азотной кислоты. Декантировали и фильтровали пульпу. Полученный раствор кальциево-магниевой селитры имел состав, аналогичный представленному в Примере 1, с тем отличием, что зафиксировали выход алюминия, железа, ванадия и марганца в раствор, из-за чего в данном виде этот продукт не применим в качестве удобрения. Твердый тонкодисперсный кремнеземный продукт аналогичен представленному в Примере 1.2 kg of finely ground blast furnace slag were dissolved in 5.6 l of 15.0% solution of prepared nitric acid (HNO 3 ), 56% solution of concentrated nitric acid was added. The pulp was decanted and filtered. The resulting calcium-magnesium nitrate solution had a composition similar to that presented in Example 1, with the difference that aluminum, iron, vanadium and manganese were recorded in the solution, which is why this product in this form is not applicable as a fertilizer. The solid finely dispersed silica product is similar to that presented in Example 1.

Результат, полученный в Примере 1, является оптимальным, т.к. все полученные продукты соответствуют требованиям потребителей. The result obtained in Example 1 is optimal, since all the products obtained meet consumer requirements.

Практические данные показали, что освоение способа позволит улучшить экологию за счет утилизации доменных шлаков, получить дорогостоящие удобрения в виде раствора кальциево-магниевой селитры, дешевый кремнеземистый продукт в виде нанопорошка в результате переработки вторичного сырья (доменного шлака) в безотходной технологии. Practical data have shown that the development of the method will improve the environment by utilizing blast furnace slag, obtain expensive fertilizers in the form of a calcium-magnesium nitrate solution, and a cheap silica product in the form of nanopowder as a result of processing secondary raw materials (blast furnace slag) in a waste-free technology.

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию «новизна».Thus, this technical solution meets the criterion of “novelty”.

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».The analysis of patents and scientific and technical information did not reveal the use of new essential features used in the proposed solution. Consequently, the proposed invention meets the criterion of "inventive step".

Источники информации:Sources of information:

[1] авторское свидетельство SU №631504 С1 МПК2 C05D 3/04, [1] Author's certificate SU No. 631504 C1 IPC 2 C05D 3/04,

опубликованного 05.11.1978, бюл.1;published 05.11.1978, bulletin 1;

[2] авторское свидетельство SU №43644 А1 МПК2 C01D 5/38, C01F 11/36,[2] Author's certificate SU No. 43644 A1 IPC 2 C01D 5/38, C01F 11/36,

опубликованного 31.07.1935;published 31.07.1935;

[3] патент RU2259979 C1 МПК(2000.01) C05G1/08; C05G1/02 опубликованного 10.09.2005, бюл.25;[3] patent RU2259979 C1 IPC (2000.01) C05G1/08; C05G1/02 published 10.09.2005, Bulletin 25;

[4] Технология минеральных солей. М.Е.Позин, Л.: Химия, 1974, т.2, стр.1210.[4] Technology of mineral salts. M.E.Pozin, L.: Chemistry, 1974, v.2, p.1210.

Claims (6)

1. Способ химической переработки доменных шлаков, включающий тонкий помол доменного шлака, отличающийся тем, что тонкомолотый доменный шлак выщелачивают в неконцентрированном до 15% растворе азотной кислоты с получением пульпы, причем в пульпу постепенно вводят дополнительную азотную кислоту, после чего пульпу обезвоживают до получения раствора кальциево-магниевой селитры и твердого тонкодисперсного кремнеземистого продукта. 1. A method for chemically processing blast furnace slags, including fine grinding of blast furnace slag, characterized in that the finely ground blast furnace slag is leached in a non-concentrated nitric acid solution of up to 15% to obtain a pulp, whereby additional nitric acid is gradually introduced into the pulp, after which the pulp is dehydrated to obtain a solution of calcium-magnesium nitrate and a solid finely dispersed siliceous product. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тонкий помол доменного шлака имеет тонину помола, соответствующую удельной поверхности не менее 4500 см2/г.2. The method according to paragraph 1, characterized in that the fine grinding of blast furnace slag has a grinding fineness corresponding to a specific surface area of at least 4500 cm2 /g. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выщелачивание выполняют с одновременным перемешиванием в месте налива дополнительной азотной кислоты. 3. The method according to paragraph 1, characterized in that leaching is performed with simultaneous mixing at the point of pouring additional nitric acid. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после обезвоживания пульпы твердый тонкодисперсный кремнеземистый продукт промывают водой путем перемешивания, после чего дополнительно обезвоживают, причем промывочную воду, содержащую отмытые нитраты кальция и магния, возвращают в начало процесса.4. The method according to paragraph 1, characterized in that after dehydration of the pulp, the solid finely dispersed siliceous product is washed with water by stirring, after which it is further dehydrated, and the wash water containing the washed calcium and magnesium nitrates is returned to the beginning of the process. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раствор кальциево-магниевой селитры дополнительно обрабатывают с помощью поверхностно-активных веществ. 5. The method according to paragraph 1, characterized in that the calcium-magnesium nitrate solution is additionally treated with surfactants. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученный в результате обезвоживания пульпы раствор кальциево-магниевой селитры дополнительно нейтрализуют тонкодисперсной известью или аммиаком или аммиачной селитрой.6. The method according to paragraph 1, characterized in that the calcium-magnesium nitrate solution obtained as a result of pulp dehydration is additionally neutralized with finely dispersed lime or ammonia or ammonium nitrate.
RU2024124060A 2024-08-20 Method for chemical processing of blast-furnace slag RU2836971C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2836971C1 true RU2836971C1 (en) 2025-03-24

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU631504A1 (en) * 1977-05-28 1978-11-05 Уральский научно-исследовательский институт черных металлов Method of reprocessing blast-furnace slag
RU2088669C1 (en) * 1995-05-05 1997-08-27 Акционерное общество закрытого типа "Эконтех" Method of metallurgic slag granulation
RU2259979C1 (en) * 2004-08-26 2005-09-10 Открытое акционерное общество "Азот" Method for preparing ammonium-calcium nitrate
CN102951933A (en) * 2011-08-19 2013-03-06 交城县三喜化工有限公司 Production method of granulated calcium ammonium nitrate
CN104725098B (en) * 2015-03-20 2017-08-29 路永宽 The method of steel band granulation production full water-soluble ammonium nitrate calcium and magnesium

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU631504A1 (en) * 1977-05-28 1978-11-05 Уральский научно-исследовательский институт черных металлов Method of reprocessing blast-furnace slag
RU2088669C1 (en) * 1995-05-05 1997-08-27 Акционерное общество закрытого типа "Эконтех" Method of metallurgic slag granulation
RU2259979C1 (en) * 2004-08-26 2005-09-10 Открытое акционерное общество "Азот" Method for preparing ammonium-calcium nitrate
CN102951933A (en) * 2011-08-19 2013-03-06 交城县三喜化工有限公司 Production method of granulated calcium ammonium nitrate
CN104725098B (en) * 2015-03-20 2017-08-29 路永宽 The method of steel band granulation production full water-soluble ammonium nitrate calcium and magnesium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2019390253B2 (en) Production of lithium chemicals and metallic lithium
US11912582B2 (en) Systems and methods to recover value-added materials from gypsum
CN114737066B (en) Method for extracting lithium from leaching residues of lithium ores
CN109047285A (en) Containing sodium, the method for transformation of fluorochemical and system in a kind of waste cathode of aluminum electrolytic cell carbon block
CN114804177B (en) Mineralized CO of industrial solid waste electrolytic manganese slag 2 Resource utilization method
CN113651342A (en) Method for producing lithium product by processing lepidolite through nitric acid atmospheric pressure method
CN115432724B (en) Recycling treatment method of magnesium ammonium waste salt
CN107814370A (en) Prepare environment-friendly cycle process of phosphorus concentrate and products thereof and application
CN113735081A (en) Method for pretreating phosphorite
KR101602926B1 (en) Method for Manufacturing Synthetic Zeolites using Gangue
CN104818395B (en) A kind of method for processing wolframite or Scheelite-Wolframite Mixed Mine
Shu et al. Cooperative removal of Mn2+, NH4+− N, PO43−− P and F− from electrolytic manganese residue leachate and phosphogypsum leachate
CN110255591A (en) The method of phosphorus ore de-magging co-production magnesium carbonate and calcium carbonate
RU2836971C1 (en) Method for chemical processing of blast-furnace slag
CN113072089A (en) Method for recovering cryolite by combined treatment of aluminum electrolysis overhaul slag and aluminum ash
CN111732115A (en) Preparation method and application of metallurgical precipitation grade magnesium oxide
CN112704956B (en) Method for strengthening separation of acid-insoluble substances in phosphorite decomposed by nitric acid and application of acid-insoluble substances
AU2024230147A1 (en) Lithium recovery from sedimentary silicates
US3669641A (en) Production of complex nitrophosphate fertilisers
CN119656831A (en) Method and system for absorbing and solidifying carbon dioxide by utilizing waste brine and ammonia water in metallurgical industry
CN102092748A (en) Method for preparing magnesium carbonate and co-producing calcium carbonate and ammonium sulfate with soda ash waste residue
CN116463510A (en) Lithium extraction method and equipment
CN102092757A (en) Method for producing fine and light calcium carbonate, ammonium chloride and carbon powder with combined alkali waste liquid and calcium carbide slag
RU2793681C2 (en) Method for extracting vanadium from vanadium slag by roasting with a composite based on calcium and manganese
US3802861A (en) Production of calcined phospate fertilizers