SK32011U1 - Spôsob výroby a úpravy kovonosnej vstupnej vsádzky a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu - Google Patents

Abstract

Opísaný je spôsob výroby a úpravy kovonosnej vstupnej vsádzky (5) a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu, určeného najmä na spracovanie a recykláciu odpadu z výroby ocele alebo surového železa. Kovonosný výstupný materiál (6) obsahuje úlet (61), ktorý sa upraví chloračným činidlom (8) za vzniku CO (9) a CO2 (10).

Description

Spôsob výroby a úpravy kovonosnej vstupnej vsádzky a zariadenia na vykonávanie tohto spôsobu.

*

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka spôsobu výroby a úpravy kovonosnej vstupnej vsádzky a zariadenia na vykonávanie tohto spôsobu, určeného najmä na spracovanie a recykláciu kovonosného odpadu vzniknutého pri výrobe ocele, surového železa a iných kovov s obsahom železa .

Doterajší stav techniky

Jedným z hlavných problémov hutníckej výroby je recyklácia alebo spracovanie druhotných surovín ako sú priemyselné kovové odpady, kaly a prachy z výroby ocele, surového železa a iných železných kovov, ktoré obsahujú vysokým obsah železa. Nevýhodou ich priemyselného spracovania je hlavne nevhodné granulometrické zloženie a je obmedzené aj z dôvodu zvýšeného obsahu ťažkých neželezných kovov.

Do dnešného dňa sa využívajú rôzne technológie na spracovanie neželezných kovov, nachádzajúcich sa v druhotných surovinách, ako sú zinok, olovo, kadmium, antimón, ale aj alkálie a ktoré vznikajú v rámci rôznych metalurgických procesov. Ich nevýhodou je však nedostatočná technológia spracovania kovových odpadov a chýbajúca dôsledná a riadená rafinácia.

Ďalším známym technickým riešením je technologických procesov, ktorého podstata je v spracovaní oceliarenských trosiek s cieľom vyredukovať ľahko redukovateľné oxidy železa, mangánu a ďalej v prípade odpadov z výroby nerezových ocelí ako aj chrómu, niklu a molybdénu a upraviť zloženie trosky tak, aby bola vhodná ako hydraulické spojivo. Nevýhodou tohto technického riešenia sú technické problémy so životnosťou injektážnych trubíc, riadenie tekutosti trosiek a zložitý tvar a konštrukcia pece.

Ďalším známym technickým riešením je technologický proces, ktorého podstatou je spracovanie odpraškov a valciarenských okují v prehrabovacej viacposchodovej peci, kde sa materiál nepretržite podáva do stredu plošiny na najvyššom poschodí pece a hrable ho postupne prehrabujú a dopravujú na obvod, kde prepadá na spodné poschodie a pec je po výške rozdelená do niekoľkých sekcií v ktorých podľa teploty prebiehajú príslušné chemické reakcie, pričom v hornej časti pece dochádza k sušeniu,

-2v strednej časti k predohrevu, odpareniu olejov a kalcinácii a v spodnej časti pece s najvyššou teplotou k redukcii a odparovaniu zinku a olova, potom sú tieto kovy následne dospálené a odchádzajú z procesu vo forme prachu. Nevýhodou tohto technického riešenia je rekalcinácia oxidov železa v oblasti, kde je ukončená destilácia olejov a tekutých zložiek uhlia a tým dochádza k technologickým problémom a konštrukčná zložitost celého zariadenia má negatívny vplyv na ekonomickú efektivitu a návratnosť vložených investícií.

Ďalším známym technickým riešením je proces tavenia a redukcie v šachtovej peci, kde je zdrojom tepla komunálny odpad, kde v šachtovej peci dochádza k taveniu a vitrifikácii odpadov a celý proces je napojený na využitie odchádzajúcich plynov s vysokým obsahom chemického tepla. Nevýhodou tohto riešenia je jeho nepoužiteľnosť v hutníckom procese.

Ďalším známym technickým riešením je technologický proces, ktorý slúži na spekanie a sušenie prachových materiálov a umožňuje spracovávať dopraviteľný kal ako pneumaticky tak aj kalovým čerpadlom, ktorého podstata je v tom, že je založený na injektáži odpadu do stredu plameňa kyslíkovo-plynového horáku kde sa materiál taví a horľavé zložky horia za miernej oxidácie., pričom dochádza k roztaveniu tuhých častíc a vzniká troska, ktorá sa hromadí na dne reaktoru a na horáku možno roztaviť suché aj vlhké odpady až do vlhkosti 65%. Nevýhodou tohto technického riešenia je obmedzená spracovateľnosť tuhých zložiek spracovaného odpadu.

Ďalším známym technickým riešením z hľadiska spracovania rúd v rotačnej peci je redukcia železa a rúd, pričom k redukcii železa môže dochádzať ako v pevnom, tak aj v tekutom stave, pričom najznámejším spôsobom je redukcia v cestovitom stave, tzv. hrudkovanie, kde je pec dlhšia a tým aj teplota na jej výstupnom konci je vyššia a za vhodných podmienok dochádza k vytvoreniu väčších častíc vyredukovaného železa, ktoré sa nazývajú hrudky a k ich tvorbe je potrebná určitá viskozita trosky, aby hrudky neklesali až na vymurovku a ďalej aj určitá kyslosť trosky. Nevýhodou tohto technického riešenia je obmedzené použitie len pre spracovanie kyslejších rúd a nízka produktivita procesu ako aj nižšia životnosť vymurovky.

Ďalšie známe riešenie je uvedené v českom patentovom spise P č.295 780 s názvom Spôsob výroby tekutej ocele z pevnej vsádzky a zariadenie na prevedenie tohto spôsobu, kde pevná vsádzka ako je šrot, surové železo, produkty priamej redukcie, prípadne oxidy železa prírodného pôvodu alebo odpady z predchádzajúcej

-3 výroby železa sa najprv tavia pomocou kyslíkového horáku na fosílne palivá v batérii rotačných pecí, kde tavba sa riadi podľa spôsobu odfosforenia a odpichuje sa s požadovaným obsahom uhlíka a aktivitou kyslíku, pričom obsah uhlíka v kove v priebehu procesu sa riadi jedným z troch špecifikovaných spôsobov, sypaním na povrch kovu a trosky alebo injektážou do objemu kovu a injektážou plynných alebo kvapalných uhľovodíkov do objemu kovu alebo odfosforením roztaveného kovu mimo taviaceho agregátu, pričom zariadenie pozostáva z minimálne dvoch rotačných pecí , usporiadaných do batérie, kde rotačná pec je tvorená nádobou s plášťom, dvoma vypuklými čelami a vnútornou žiaruvzdornou vymurovkou a na svojich koncoch je opatrená otvormi, kde do prvého otvoru je zastrčený kyslíkový horák na fosílne palivá, ktorý je alebo pevný a neumožňuje riadenie smeru plameňa alebo je pohyblivý umožňujúci riadenie smeru plameňa, k horákovému otvoru sa pridáva zariadenie na injektáž, napr. injektážna tryská uhlíka alebo ďalších prísad hlavne troskotvorných a na druhý otvor je napojený odvod spalín, kde jeden z otvorov je súčasne sádzacím otvorom pevnej vsádzky. Nevýhodou tohto riešenia je však nedostatočná technológia spracovania kovových odpadov a neriešenie prípravy suroviny.

Ďalšie známe riešenie je uvedené v českom patentovom spise P č.297 878 s názvom Spôsob spracovania kovonosných odpadov s obsahom zinku v rotačnej peci, kde sú spracovávané kaly a odprašky z výroby ocele v rotačnej rúrkovej peci alebo v batérii rotačných rúrkových pecí dávkovacím spôsobom alebo kontinuálne pomocou fosílnych palív v redukcii a prípadným tavením kovonosných odpadov s obsahom zinku, olova a kadmia, pričom sa prevádza redukcia uhlíkom, a to alebo redukcia v tuhom stave s podielom taveniny v redukovanej zmesi oxidov nižším než 20 % a maximálnej teplote redukcie nižšej než 1 200 °C, alebo redukciou v polotekutom stave s podielom taveniny v redukovanej zmesi oxidov nižšom než 60% a teplotou redukcie vyššou než 1 150 °C a nižšou než 1 350 °C, pri ktorej sa vyredukovaný kov nauhličuje prebytkom uhlíka v redukovanej vsádzke alebo redukciou v tekutom stave s podielom taveniny v redukovanej zmesi oxidov vyššom než 60 % a nižšom než 95 % a s teplotou redukcie vyššou než 1 250 °C a nižšou než 1 650 °C, ktorá sa prevádza na hladine taveniny železa s vyšším obsahom uhlíka a zariadenie pozostává z jednej alebo niekoľkých rotačných trubkových pecí usporiadaných do batérie a vnútorný priestor pece je naplnený odpadom najviac do 40 % celkového vnútorného objemu pece a vytvára dve výrazne oddelené zóny, a to prvú zónu s redukčným prostredím a druhú zónu s

-4oxidačným prostredím. Nevýhodou tohto vynálezu je, že nerieši prípravu suroviny a následné spôsoby odstránenia železa zo zinkového koncentrátu.

Ďalšie známe riešenie je uvedené v slovenskom patentovom spise P č.287 060 s prioritou zo švédskej patentovej prihlášky č.000 1661-8 s názvom Spôsob opätovného získavania kovov, kde je uskutočnené dodávanie kovových jemných frakcií do plameňa horáka a ich privedenie k aglomerovaniu pomocou tepla z uvedeného plameňa bez podstatnej zmeny ich chemického zloženia, čím sa vytvorí v podstate kovový aglomerovaný produkt a tento aglomerovaný produkt sa opätovne získa v peci. Nevýhodou tohto vynálezu je jeho obmedzené použitie na spracovanie iba jemných frakcií a nie väčších a tuhých kusov.

Ďalšie známe riešenie je uvedené v slovenskom patentovom spise P č.285 355 s prioritou z rakúskej patentovej prihlášky č. A 719 s názvom Spôsob spracovania oceliarskych trosiek, kde tekuté oceliarske trosky, resp. nosiče železa sa zmiešajú s chrómovými rudami alebo prachmi, ktoré obsahujú chróm a/alebo nikel, na nastavenie predpísanej zásaditosti trosky, pričom teplota kúpeľa sa udržiava medzi 1 650 °C až 1800 °C a pripraví alebo vytvorí sa Fe-kúpeľ s obsahom uhlíka a popri troske, ktorá je kompatibilná so životným prostredím, sa dá získať vysokohodnotná ferochrómová zliatina. Nevýhodou tohto vynálezu je jeho obmedzené použitie na spracovanie iba oceliarskych trosiek a nie prachových alebo väčších a tuhých kusov.

Ďalšie známe riešenie je uvedené v slovenskom patentovom spise P č.283 464 s prioritou z juhoafrickej rakúskej patentovej prihlášky č.96/3126 s názvom Spôsob redukcie a tavenia zlúčeniny obsahujúcej kov a zariadenie na jeho vykonávanie, kde je uskutočňované zavádzanie vsádzky, zahŕňajúcej zmes zlúčeniny obsahujúcej kov a vhodné redukčné činidlo v časticovej forme do ohrievacej nádoby indukčnej pece kanálikového typu, ktorá obsahuje kúpeľ uvedeného kovu v kvapalnej forme, tak, že sa aspoň jedna hromada vsádzky vytvára nad kovovým kúpeľom a vsádzka sa zavádza do nádoby takým spôsobom a rýchlosťou, že vytvára spojitú vrstvu vsádzky, ktorá sa rozprestiera na spôsob mosta cez celý kvapalný kúpeľ a všetku trosku, ktorá môže byť prítomná, takže sa vo vsádzke vytvára reakčná zóna, v ktorej sa môže redukovať všetka zlúčenina obsahujúca kov, a pod zónou redukcie kovu sa vytvára taviaca zóna, v ktorej sa môže taviť všetok redukovaný kov, ktorý sa riadi takým spôsobom, že uvedená spojitá vrstva môže byť udržovaná v podstate po celú dobu trvania procesu, a tak, že redukcia uvedenej zlúčeniny obsahujúcej kov prebieha celkom v pevnej fáze.

-5Nevýhodou tohto vynálezu je nutnosť použitia tekutého kúpeľa pre tavenie vsádzky a tým zvýšených nákladov ne jeho využitie.

Ďalšie známe riešenie je opísané slovenskom patentovom spise P č.282 568 s prioritou z kórejskej patentovej prihlášky č.1994/40302 s názvom Redukčné zariadenie typu vírivého lôžka na redukovanie čiastočiek železných rúd a spôsob redukovania čiastočiek železných rúd s použitím tohto zariadenia, kde zariadenie je tvorené za sebou postupne usporiadanú vysušovaciu/predhrievaciu pec, prvú redukčnú pec na predredukovanie a druhú redukčnú pec na konečné redukovanie, keď každá uvedená pec využíva prebublávajúce vírivé lôžko a je vždy prepojená s pridruženým vírivým odprašovačom, pričom každá uvedená pec má kužeľovitý tvar, ktorý sa pravidelne rozširuje smerom nahor, čím je jednak významne znížená elutriácia jemných čiastočiek a jednak zvýšená účinnosť procesu redukovania súčasne so zdokonaleným využitím redukčného plynu. Nevýhodou tohto vynálezu je komplikovanosť technického prevedenia a tým aj vysoká energetická náročnosť a vysoké náklady na prevádzku.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje spôsob výroby a úpravy kovonosnej vstupnej vsádzky, ktorého podstata spočíva v tom, že kovonosná tuhá vsádzka sa najprv triedi a potom sa skusuje a/alebo kovonosná prachová vsádzka sa najprv triedi a potom sa skusuje a/alebo kovonosný odpad sa upraví na kovonosnú vstupnú vsádzku, ktorá sa ďalej vypáli na kovonosný výstupný materiál, ktorý sa expeduje, za vzniku vyhoreného plynu a úletu.

Je výhodné, že úlet sa upraví prostredníctvom chloračného činidla za vzniku CO a CO₂. Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňujú zariadenia na výrobu a úpravu kovonosnej vstupnej vsádzky, ktorého podstata spočíva v tom, že sú tvorené najmenej jedným separačným zariadením, ktoré je prepojené na najmenej jedno upravovacie zariadenie, ktoré je ďalej prepojené na najmenej jedno vypaľovacie zariadenie s plynovým prívodom,ktoré je prepojené na najmenej jedno dopravné expedičné zariadenie.

Je výhodné, že vypaľovacie zariadenie s plynovým prívodom je prepojené na najmenej jedno chloračné zariadenie s chloračným činidlom.

-6Prehľad obrázkov na výkrese

Technické riešenie bude bližšie vysvetlené pomocou obrázku, kde sú schematicky znázornené zariadenia na výrobu a úpravu kovonosnej vstupnej vsádzky.

Príklady uskutočnenia

Príklad č.1

Spôsob výroby a úpravy kovonosnej vstupnej vsádzky 5 , podľa obrázku, spočíva v tom, že cez jedno separačné zariadenie 1 sa z jednej strany premiestni do upravovacieho zariadenia 2, kovonosná tuhá vsádzka 51, ktorou je kovový šrot, v ktorom sa vhodne upraví. Z druhej strany sa cez druhé separačné zariadenie i premiestni do druhého upravovacieho zariadenia kovonosná prachová vsádzka 52 , ktorou je kovonosný odprašok bohatý na oxidy Zn, Pb a Cd, v ktorom sa vhodne granuluje. Z tretej strany sa cez tretie separačné zariadenie 1 premiestni do tretieho upravovacieho zariadenia kovonosný odpad 53, ktorým sú pneumatiky s kovovými kordovými vláknami, v ktorom sa vhodne upraví. Kovonosná tuhá vsádzka 51 a kovonosná prachová vsádzka 52 a kovonosný odpad 53 sú ďalej premiestnené do vypaľovacieho zariadenia 3 s plynovým prívodom 31,ktorým je O2 obohatený predhriatym vzduchom za vzniku kovonosnej vstupnej vsádzky 5 , v ktorom sa vypáli na kovonosný výstupný materiál 6, ktorým je spečenec a vyhorený plyn 7 a úlet 61. Kovonosný výstupný materiál 6 je ďalej premiestnený do dopravného expedičného zariadenia 4, na expedíciu.

Príklad č.2

Spôsob výroby a úpravy kovonosnej vstupnej vsádzky 5 , podľa obrázku, spočíva v tom, že cez jedno separačné zariadenie 1 sa z jednej strany premiestni do upravovacieho zariadenia 2, kovonosná tuhá vsádzka 51, ktorou je kovový šrot, v ktorom sa vhodne upraví. Z druhej strany sa cez druhé separačné zariadenie 1 premiestni do druhého upravovacieho zariadenia 2^ kovonosná prachová vsádzka 52 , ktorou je kovonosný odprašok bohatý na oxidy Zn, Pb a Cd, v ktorom sa vhodne granuluje. Z tretej strany sa cez tretie separačné zariadenie 1 premiestni do tretieho upravovacieho zariadenia 2± kovonosný odpad 53, ktorým sú pneumatiky s kovovými kordovými vláknami, v ktorom sa vhodne upraví. Kovonosná tuhá vsádzka 51 a kovonosná prachová vsádzka 52 a kovonosný odpad 53 sú ďalej premiestnené do

-Ί vypaľovacieho zariadenia 3 s plynovým prívodom 31, ktorým je O₂ obohatený predhriatym vzduchom za vzniku kovonosnej vstupnej vsádzky 5, v ktorom sa vypáli na kovonosný výstupný materiál 6, ktorým je spečenec a vyhorený plyn 7 a úlet 61. Úlet 61 sa ďalej premiestni do chloračného zariadenia 32, kde sa odstránia neželezné kovy Cu, Pb, Zn, Au, Ag a Cd prostredníctvom chloračného činidla 8, ktorým je CaCI₂6H₂O, za vzniku určitého množstva CO 9 a CO₂ 10. Kovonosný výstupný materiál 6 je ďalej premiestnený do dopravného expedičného zariadenia 4, na expedíciu.

Príklad č.3

Zariadenia na výrobu a úpravu kovonosnej vstupnej vsádzky 5, podľa obrázku, sú tvorené jedným separačným zariadením 1, na oddelenie komponentov kovonosnej tuhej vsádzky 51, jedným separačným zariadením 1, na oddelenie komponentov kovonosnej prachovej vsádzky 52 a jedným separačným zariadením 1, v ktorom sa oddelia komponenty kovonosného odpadu 53. Separačné zariadenie 1 je ďalej prepojené na jedno upravovacie zariadenie 2, na úpravu kovonosnej tuhej vsádzky 51 , na jedno upravovacie zariadenie 2, na skusovanie kovonosnej prachovej vsádzky 52 a na jedno upravovacie zariadenie 2 na úpravu kovonosného odpadu 53. Upravovacie zariadenie 2 je ďalej prepojené na vypaľovacie zariadenie 3 s plynovým prívodom 31, ktorým je rotačná pec. Vypaľovacie zariadenie 3 s plynovým prívodom 31 je prepojené na dopravné expedičné zariadenie 4, na expedíciu kovonosného výstupného materiálu 6.

Príklad č.4

Zariadenia na výrobu a úpravu kovonosnej vstupnej vsádzky 5, podľa obrázku, sú tvorené jedným separačným zariadením 1, na oddelenie komponentov kovonosnej tuhej vsádzky 51. jedným separačným zariadením 1, na oddelenie komponentov kovonosnej prachovej vsádzky 52 a jedným separačným zariadením 1, v ktorom sa oddelia komponenty kovonosného odpadu 53. Separačné zariadenie 1 je ďalej prepojené na jedno upravovacie zariadenie 2, na úpravu kovonosnej tuhej vsádzky 51 , na jedno upravovacie zariadenie 2, na skusovanie kovonosnej prachovej vsádzky 52 a na jedno upravovacie zariadenie 2 na úpravu kovonosného odpadu 53. Upravovacie zariadenie 2 je ďalej prepojené na vypaľovacie zariadenie 3 s plynovým prívodom 31, ktorým je rotačná pec. Vypaľovacie zariadenie 3 s plynovým prívodom 31 je z jednej

-8strany prepojené na chloračné zariadenie 32 s chloračným činidlom 8. Vypaľovacie zariadenie 3 s plynovým prívodom 31 je z druhej strany prepojené na dopravné expedičné zariadenie 4, na expedíciu kovonosného výstupného materiálu 6 .

Priemyselná využiteľnosť

--—--Technické riešenie je možné využiť v hutníckom priemysle -pri spracovanie^ a následný recykláciifc kalov a prachov s vysokou koncentráciou Fe, vzniknutých pri výrobe ocele a železa ako druhotnej suroviny, by okrem využitia kovonosnej zložky mohlo vyriešiť aj ekologické problémy a problémy so skladovaním. Ďalej je toto technické riešenie možné využiť na spracovanie úletov z výroby železa a ocele v procese chlorácie za pôsobenia chloračného činidla, keď sa týmto procesom odseparujú neželezné kovy ako napríklad Cu, Pb, Zn, Au, Ag, Cd a ďalšie, obsiahnuté v týchto úletoch. Týmto procesom získame nechlórované Fe, t.j. v pôvodnej forme napr. jemnozrnného Fe2O₃ alebo Fe₃O4 vhodného k peletizácii.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (4)

1. Spôsob výroby a úpravy kovonosnej vstupnej vsádzky, vyznačujúci sa tým, že kovonosná tuhá vsádzka (51) sa ^^ýM^triedi a potom sa skusuje a/alebo kovonosná prachová vsádzka (52) sa najprv triedi a potom sa skusuje a/alebo kovonosný odpad (53) sa upraví na kovonosnú vstupnú vsádzku (5), ktorá sa ďalej vypáli na kovonosný výstupný materiál (6) za vzniku vyhoreného plynu (7) a úletu (61), ktorý sa expeduje.

2. Spôsob výroby a úpravy kovonosnej vstupnej vsádzky , podľa nároku 1 .vyznačujúci sa tým, že úlet (61) sa upraví prostredníctvom chloračného činidla (8) za vzniku CO (9) a CO₂ (10).

3. Zariadenia na výrobu a úpravu kovonosnej vstupnej vsádzky, vyznačujúce sa tým, žeye tvorené najmenej jedným separačným zariadením (1), ktoré je prepojené na najmenej jedno upravovacie zariadenie (2), ktoré je ďalej prepojené na najmenej jedno vypaľovacie zariadenie (3) s plynovým prívodom (31),ktoré je prepojené na najmenej jedno dopravné expedičné zariadenie (4).

4. Zariadenia na výrobu a úpravu kovonosnej vstupnej vsádzky, podľa nároku 3, vyznačujúce sa tým, že vypaľovacie zariadenie (3) s plynovým prívodom (31) je prepojené na najmenej jedno chloračné zariadenie (32) s chloračným činidlom (8).