RU2110733C1 - Method of processing of slags formed after burning of solid household garbage - Google Patents
Method of processing of slags formed after burning of solid household garbage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2110733C1 RU2110733C1 RU96105309A RU96105309A RU2110733C1 RU 2110733 C1 RU2110733 C1 RU 2110733C1 RU 96105309 A RU96105309 A RU 96105309A RU 96105309 A RU96105309 A RU 96105309A RU 2110733 C1 RU2110733 C1 RU 2110733C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- slag
- solid waste
- melting
- processing
- iron
- Prior art date
Links
- 239000002893 slag Substances 0.000 title abstract description 80
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 22
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 title description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 49
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 25
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 18
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 15
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 15
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 12
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 abstract 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 26
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 14
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 12
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 7
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 4
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 3
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 3
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003251 chemically resistant material Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 241001071864 Lethrinus laticaudis Species 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SPAGIJMPHSUYSE-UHFFFAOYSA-N Magnesium peroxide Chemical class [Mg+2].[O-][O-] SPAGIJMPHSUYSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001417490 Sillaginidae Species 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical class [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010849 combustible waste Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011346 highly viscous material Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам термической переработки шлаков, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов, и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве, стройиндустрии и металлургии. The invention relates to methods for the thermal processing of slag generated during the burning of municipal solid waste, and can be used in housing and communal services, construction industry and metallurgy.
Задача защиты окружающей среды и снижения топливно-энергетических затрат в производстве промышленной продукции остается по-прежнему актуальной для народного хозяйства России. Это в особой мере относится к различного вида отходам, хранение и переработка которых тесно связаны с экологическими задачами, а их химический состав позволяет при определенных условиях энергетически и экономически весьма выгодно проводить их переработку и утилизацию. К таким отходам относятся твердые бытовые отходы (ТБО). The task of protecting the environment and reducing fuel and energy costs in the production of industrial products remains relevant for the national economy of Russia. This is especially true for various types of waste, the storage and processing of which are closely related to environmental problems, and their chemical composition allows under certain conditions, it is very economically and economically beneficial to process and dispose of them. Such waste includes municipal solid waste (MSW).
Решение проблемы ТБО приобрело в настоящее время глобальное значение. Практически повсеместный вывоз ТБО на мусорные свалки не является радикальным решением проблемы, поскольку при этом не только продолжается загрязнение окружающей среды (процессы испарения, разложения, проникновения вредных веществ в почву), а также изымаются из земельного пользования огромные площади. Solving the problem of solid waste has acquired global significance. The almost universal removal of solid waste to landfills is not a radical solution to the problem, since this not only continues environmental pollution (evaporation, decomposition, penetration of harmful substances into the soil), and huge areas are also removed from land use.
К решительным мерам следует отнести переработку и комплексное использование минеральной части ТБО с учетом их состава, используя при этом собственные горючие составляющие, извлечение ценных металлов, максимальное использование других продуктов переработки и вторичного тепла. Decisive measures include the processing and integrated use of the mineral part of solid waste taking into account their composition, using its own combustible components, the extraction of valuable metals, and the maximum use of other processed products and secondary heat.
Наиболее распространенным в мире способом переработки ТБО является их сжигание на колосниковой решетке топочных устройств специальных котлоагрегатов, конструкция которых учитывает специфические свойства ТБО: высокая влажность (до 65%); широкое разнообразие компонентов, включая черные и цветные металлы, строительный мусор, пластмассу, древесину, текстиль, высоковязкие вещества и т.д. The most common method of processing solid waste in the world is burning it on the grate of the furnace devices of special boilers, the design of which takes into account the specific properties of solid waste: high humidity (up to 65%); a wide variety of components, including ferrous and non-ferrous metals, construction waste, plastic, wood, textiles, highly viscous substances, etc.
Сжигание ТБО ведется при относительно низких температурах (до 900oC) без дополнительного ввода топлива. При этом сгорает примерно 70-75% составляющих ТБО. Несгоревшие твердые остатки (шлаки) требует специального обезвреживания или захоронения, что является большим недостатком этой технологии. При этом естественно теряются содержащиеся в них ценные металлы и шлакообразующая составляющая.MSW is burned at relatively low temperatures (up to 900 o C) without additional fuel input. At the same time, about 70-75% of the components of solid waste are burned. Unburned solid residues (slag) require special disposal or disposal, which is a big disadvantage of this technology. In this case, the valuable metals contained in them and the slag-forming component are naturally lost.
Химический состав шлаков, образующихся от сжигания ТБО, мас.%: 0,25 - 0,40 Cu; 0,90 - 1,12 Zn; 0,80 - 1,2 Pb; 0,02 - 0,10 Ni; 0,05 - 0,12 Sn; 0,25 - 0,45 Cr; 0,045 - 0,10 Mn; 7,2 - 9,5 Fe; 53,0 - 59,5 SiO2; 12,0 - 15,7 CaO; 4,60 - 9,4 Al2O3; 0,50 - 0,80 TiO2; 1,60 - 2,1 MgO; 0,1 - 1,0 K2O; 0,4 - 4,8 Na2O.The chemical composition of the slag generated from the incineration of solid waste, wt.%: 0.25 - 0.40 Cu; 0.90 - 1.12 Zn; 0.80-1.2 Pb; 0.02 - 0.10 Ni; 0.05 - 0.12 Sn; 0.25 - 0.45 Cr; 0.045-0.10 Mn; 7.2-9.5 Fe; 53.0-59.5 SiO 2 ; 12.0 - 15.7 CaO; 4.60 - 9.4 Al 2 O 3 ; 0.50 - 0.80 TiO 2 ; 1.60-2.1 MgO; 0.1 - 1.0 K 2 O; 0.4 - 4.8 Na 2 O.
В них также содержатся литий, бериллий, ванадий, кобальт, стронций. They also contain lithium, beryllium, vanadium, cobalt, strontium.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ и установка для переработки шлака и других горючих остатков, получаемых в мусоросжигательной печи, известный из патента США N 5027722, который включает в себя грубую очистку несгоревшего материала и магнитных частиц от шлака. Сухой грубоочищенный шлак снова нагревается до 800oC, а затем расплавляется с образованием жидкого шлака.The closest in technical essence and the achieved result is a method and installation for processing slag and other combustible residues obtained in an incinerator, known from US patent N 5027722, which includes rough cleaning of unburned material and magnetic particles from slag. Dry coarse slag is again heated to 800 o C, and then melts to form liquid slag.
Недостатком выбранного в качестве прототипа способа является сложность технологического процесса, который заключается в специальной сортировке горючих отходов после мусоросжигательной печи на несгоревший грубый материал, магнитные частицы и шлак. При осуществлении сортировки отходов на вышеуказанные классы при повышенной температуре требуется весьма герметичное дорогостоящее оборудование, которое предотвращает выброс пыли в атмосферу. The disadvantage of the method chosen as a prototype is the complexity of the process, which consists in the special sorting of combustible waste after an incinerator into unburned coarse material, magnetic particles and slag. When sorting waste into the above classes at elevated temperatures, very tight, expensive equipment is required that prevents the emission of dust into the atmosphere.
Вторым недостатком названного способа является повторное нагревание шлака до 800oC и его последующее плавление до жидкотекучего состояния, что вызывает повышенный расход энергетических затрат.The second disadvantage of this method is the re-heating of the slag to 800 o C and its subsequent melting to a liquid state, which causes an increased consumption of energy costs.
Третий недостаток - специальная переработка грубого материала и магнитных частиц, требующая дополнительного оборудования и энергетических затрат. The third drawback is the special processing of coarse material and magnetic particles, requiring additional equipment and energy costs.
Изобретение направлено на создание высокоэкономичной технологии переработки шлаков, образующихся от сжигания твердых бытовых отходов, обеспечивающей высокую степень извлечения железа и цветных металлов, снижение расхода электроэнергии, полное использование минеральной части ТБО и получение шлаков, пригодных для нужд стройиндустрии (щебень для отсыпки дорог, плитки для полов химических и пирометаллургических производств, дренажные трубы, черепица для крыш и т.д.). The invention is directed to the creation of a highly economical technology for processing slags generated from the incineration of municipal solid waste, providing a high degree of extraction of iron and non-ferrous metals, reducing energy consumption, the full use of the mineral part of solid waste and obtaining slags suitable for the needs of the construction industry (crushed stone for filling roads, tiles for floors of chemical and pyrometallurgical industries, drainage pipes, roof tiles, etc.).
Осуществление изобретения в промышленных условиях позволяет создать высокоэффективную экологически чистую технологию термической переработки твердых бытовых отходов. The implementation of the invention in an industrial environment allows you to create a highly efficient environmentally friendly technology for the thermal processing of municipal solid waste.
Технический результат, отмеченный выше, достигается тем, что шлаки, образующиеся от сжигания твердых бытовых отходов, загружают в дуговую электропечь при температуре 600-900oC и плавят с подачей восстановителя в количестве 100-125% от стехиометрически необходимого.The technical result noted above is achieved by the fact that slags generated from the incineration of municipal solid waste are loaded into an electric arc furnace at a temperature of 600-900 o C and melted with a reducing agent in the amount of 100-125% of the stoichiometrically necessary.
Кроме того, плавку ведут на шлак, имеющий химический состав, мас.%: 53,3 - 58,1 SiO2; 8,8 - 10,8 Al2O3; 13,9 - 16,8 CaO; 4,8 - 6,9 MgO; 0,5 - 1,0 TiO2 0,3 - 0,4 Fe; 0,8 - 1,6 K2O; 3,5 - 4,3 Na2O.In addition, the smelting is carried out on slag having a chemical composition, wt.%: 53.3 - 58.1 SiO 2 ; 8.8 - 10.8 Al 2 O 3 ; 13.9 - 16.8 CaO; 4.8-6.9 MgO; 0.5 - 1.0 TiO 2 0.3 - 0.4 Fe; 0.8-1.6 K 2 O; 3.5 - 4.3 Na 2 O.
Сущность заявляемого изобретения состоит в следующем. The essence of the claimed invention is as follows.
Проведенные исследования позволили установить, что при переработке данных шлаков заявляемым способом основная масса ценных компонентов, содержащихся в шлаке (цветных металлов и железа), восстанавливается, переходит в металлическую фазу и коллектируется в ней. The conducted studies allowed us to establish that during the processing of these slags by the claimed method, the bulk of the valuable components contained in the slag (non-ferrous metals and iron) is restored, goes into the metal phase and is collected in it.
Восстановление высшего оксида железа Fe2O3 до металлического железа происходит через промежуточные оксиды уже при температуре более 570oC по следующим реакциям:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2, (1)
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2, (2)
FeO + CO = Fe + CO2. (3)
Загрузка в электропечь шлаков от сжигания ТБО с температурой 600-900oC и последующее их плавление в среднем за плавку экономит 36-42% электроэнергии. Получение шлаков указанного состава позволяет направить их на дальнейшую переработку с целью получения различных строительных материалов: аглопорита, керамзита, кровельной черепицы, дренажных труб, плитки для полов, химически стойких материалов и т.д.The reduction of higher iron oxide Fe 2 O 3 to metallic iron occurs through intermediate oxides already at a temperature of more than 570 o C according to the following reactions:
3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2 , (1)
Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2 , (2)
F e O + CO = Fe + CO 2 . (3)
Loading into the electric furnace of slag from burning solid waste with a temperature of 600-900 o C and their subsequent melting on average for smelting saves 36-42% of electricity. Obtaining slag of this composition allows you to send them for further processing in order to obtain various building materials: agloporite, expanded clay, roof tiles, drainage pipes, floor tiles, chemically resistant materials, etc.
В исходных шлаках, образующихся от сжигания ТБО, содержание CaO и MgO ниже требуемых последующей технологии их переработки количеств, поэтому в процессе электроплавки они корректируются до заданного количества 12,9 - 16,8% CaO и 4,8-6,9% MgO за счет подачи в шихту извести CaO или известняка CaCO3 и доломита MgCO3•CaCO3. Это позволяет получить из таких шлаков высококачественные строительные материалы, упомянутые выше.In the initial slag generated from the incineration of solid waste, the content of CaO and MgO is lower than the quantities required for the subsequent processing technology, therefore, during the electric smelting process, they are adjusted to a predetermined amount of 12.9 - 16.8% CaO and 4.8-6.9% MgO per account for feeding CaO or limestone CaCO 3 and dolomite MgCO 3 • CaCO 3 into the mixture. This makes it possible to obtain from such slags the high-quality building materials mentioned above.
Изучение научно-технической и патентной литературы не привело к обнаружению аналогичной с заявленной совокупности отличительных признаков, что свидетельствует о соответствии заявленного способа критерию "новизна". The study of scientific, technical and patent literature did not lead to the discovery of a set of distinctive features similar to the claimed, which indicates that the claimed method meets the criterion of "novelty."
Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.
В разобранную электропечь при снятом своде (температура стенок печи и пода 1250 - 1300oC) мостовым краном из специального контейнера выгружают горячий шлак ТБО при температуре 600-900oC, потом на этот слой шлака краном загружают известь (известняк) и доломит в количестве, обеспечивающем содержание MgO 4,8-6,9% и CaO 12,9-16,8%. Заданное количество оксидов магния и кальция окончательно корректируется в конце расплавления шлака ТБО. Подача восстановителя в шихту во время плавки производится в количестве 100-125% от стехиометрически необходимого количества для восстановления оксидов железа и цветных металлов.In the disassembled electric furnace, when the arch is removed (the temperature of the walls of the furnace and the hearth is 1250 - 1300 o C), a solid waste slag is unloaded from a special container with a bridge crane at a temperature of 600-900 o C, then lime (limestone) is loaded onto this layer of slag with a crane and dolomite in quantity providing a MgO content of 4.8-6.9% and CaO 12.9-16.8%. The predetermined amount of magnesium and calcium oxides is finally corrected at the end of solid waste slag melting. The supply of the reducing agent to the mixture during melting is carried out in an amount of 100-125% of the stoichiometrically necessary amount for the reduction of iron and non-ferrous oxides.
В процессе восстановления металлов в первую очередь идет восстановление железа ввиду его физико-химических свойств и повышенной концентрации в минеральной части ТБО, причем процесс протекает в три стадии по цепочке: Fe2O3_→ Fe3O4_→ FeO _→ Fe и по реакциям (1)-(3).In the process of metal reduction, iron is primarily reduced due to its physicochemical properties and increased concentration in the mineral part of solid waste, and the process proceeds in three stages along the chain: Fe 2 O 3 _ → Fe 3 O 4 _ → FeO _ → Fe and according to reactions (1) - (3).
Никель обладает сравнительно малым сродством к кислороду, поэтому его восстановление протекает легко и с большой полнотой, несмотря на его низкие концентрации в шлаке ТБО. Наряду с никелем практически полностью восстанавливаются оксиды Cu и Co, чему способствуют высокая температура процесса и наличие избытка восстановителя. Восстановленные до металлического состояния Cu, Co, Ni растворяются в жидком железе. Nickel has a relatively low affinity for oxygen; therefore, its reduction proceeds easily and with great completeness, despite its low concentrations in solid waste slag. Along with nickel, Cu and Co oxides are almost completely reduced, which is facilitated by the high temperature of the process and the presence of excess reducing agent. Cu, Co, Ni reduced to a metallic state are dissolved in liquid iron.
Жидкое железо способно растворять углерод и по мере насыщения железа углеродом (Fe3C) температура его плавления снижается до 1360-1380oC. Это и используется с целью снижения температуры расплава и расхода электроэнергии в период наплавления жидкой ванны расплава.Liquid iron is capable of dissolving carbon, and as iron is saturated with carbon (Fe 3 C), its melting point decreases to 1360-1380 o C. This is used to reduce the temperature of the melt and the energy consumption during the deposition of the molten molten bath.
После полного набора объема ванны шлакового расплава идет глубокое восстановление оксидов Fe, Cu, Ni, Co, Pb и других цветных металлов. После слива готового шлака из электропечи в специальные изложницы сливается полученный железный сплав, легированный цветными металлами. Полученный в электропечи шлак мостовым краном сливается в отапливаемый копильник шлака, из которого он разливается на специальные литьевые машины, где получают плитку с заданными свойствами. После полного слива шлака и металлического расплава из электропечи технологический цикл переработки шлаков ТБО повторяется вновь. After a complete set of the volume of the molten slag bath, the oxides of Fe, Cu, Ni, Co, Pb and other non-ferrous metals are deeply reduced. After the finished slag is drained from the electric furnace, the obtained iron alloy alloyed with non-ferrous metals is poured into special molds. The slag obtained in an electric furnace is poured by a bridge crane into a heated slag piggy bank, from which it is poured into special injection machines, where tiles with desired properties are obtained. After the complete discharge of slag and metal melt from the electric furnace, the technological cycle of processing solid waste slag is repeated again.
Загрузка в электропечь шлаков ТБО с температурой 600-900oC позволяет сэкономить за плавку 36-42% электроэнергии по сравнению с плавкой холодных шлаков. Кроме того, переработка горячих шлаков позволяет полностью ликвидировать два передела - охлаждение и сушку шлака, что также приносит значительный экономический эффект.The loading of solid waste slag with a temperature of 600-900 o C into the electric furnace allows saving 36-42% of electric power for melting in comparison with the melting of cold slag. In addition, the processing of hot slag allows you to completely eliminate two redistribution - cooling and drying of the slag, which also brings significant economic benefits.
Осуществление электроплавки шлаков ТБО с расходом восстановителя в количестве 100-125% от стехиометрически необходимого позволяет добиться высокого извлечения металлов, %: 95,0 Fe; 80,0 Cu; 92,2 Zn; 92,5 Pb; 50,0 Ni. Дальнейшее увеличение расхода восстановителя нецелесообразно, так как это удорожает плавку и не повышает извлечение вышеупомянутых металлов. The implementation of the electrosmelting of solid waste slag with a flow rate of reducing agent in the amount of 100-125% of the stoichiometrically necessary allows for high metal recovery,%: 95.0 Fe; 80.0 Cu; 92.2 Zn; 92.5 Pb; 50.0 Ni. A further increase in the consumption of the reducing agent is impractical, since this increases the cost of smelting and does not increase the extraction of the above metals.
Плавку шлаков ТБО ведут на шлаки следующего химического состава, мас.% 53,3-58,1 SiO2; 8,8-10,8 Al2O3; 13,9-16,8 CaO; 4,8-6,9 MgO; 0,5-1,0 TiO2 ; 0,3-0,4 Fe; 0,8-1,6 K2O; 3,5-4,2 Na2O. Получение таких шлаков позволяет получить из них высококачественные строительные материалы - дренажные трубы, фасадные изделия, химически стойкие материалы, плитку для металлургических и химических цехов и т.д.Melting of solid waste slag lead to slag of the following chemical composition, wt.% 53,3-58,1 SiO 2 ; 8.8-10.8 Al 2 O 3 ; 13.9-16.8 CaO; 4.8-6.9 MgO; 0.5-1.0 TiO 2 ; 0.3-0.4 Fe; 0.8-1.6 K 2 O; 3,5-4,2 Na 2 O. Obtaining such slags allows you to get high-quality building materials from them - drainage pipes, facade products, chemically resistant materials, tiles for metallurgical and chemical shops, etc.
При осуществлении электроплавки особое внимание уделяется содержанию в шлаках перед их сливом диоксидов кремния, кальция и магния. When electrofusion is carried out, special attention is paid to the content of silicon, calcium and magnesium dioxides in the slags before their discharge.
Осуществление способа проводили в дуговой сталеплавильной печи (ДСП-25) с емкостью садки 25 т и номинальной мощностью 10 кВт, в которой перерабатывали шлак, образующийся от сжигания твердых бытовых отходов (ТБО) состава, мас. %: 0,25 Cu; 0,9Zn; 0,8Pb; 0,02Ni; 0,05Sn; 7,6Fe; 12,0 CaO; 53,0 SiO2; 4,7 Al2O3; 1,9 MgO; 1,0 K2O; 4,8 Na2О; 0,92 ТiO2.The implementation of the method was carried out in an arc steelmaking furnace (DSP-25) with a charge capacity of 25 tons and a rated power of 10 kW, in which the slag generated from the burning of municipal solid waste (MSW) of the composition, wt. %: 0.25 Cu; 0.9Zn; 0.8Pb; 0.02 Ni; 0.05Sn; 7.6Fe; 12.0 CaO; 53.0 SiO 2 ; 4.7 Al 2 O 3 ; 1.9 MgO; 1.0 K 2 O; 4.8 Na 2 O; 0.92 TiO 2 .
Способ осуществляли следующим образом. The method was carried out as follows.
Шлак ТБО в количестве 25 т загружали в ДСП-25 при температуре 800oC. Процесс плавки осуществляли при температуре 1450oC. Подачу восстановителя (угля Кузбасского бассейна) проводили в процессе расплавления шлака на поверхность шлакового расплава.Solid waste slag in an amount of 25 tons was loaded into DSP-25 at a temperature of 800 o C. The smelting process was carried out at a temperature of 1450 o C. The supply of a reducing agent (coal of the Kuzbass basin) was carried out in the process of melting the slag on the surface of the slag melt.
Восстановитель подавали в количестве, равном 1,25 от стехиометрически необходимого, что составило 764,1 кг. Через 3,5 ч после начала плавки взяли пробу шлака на экспрессное определение химического состава, мас.%: 0,912 Fe; 15,1 CaO; 35,1 SiO2; 4,95 Al2O3; 2,25 MgO; 1,36 K4O; 4,98 Na2O; 0,95 TiO2.The reducing agent was supplied in an amount equal to 1.25 of the stoichiometrically necessary, which amounted to 764.1 kg. 3.5 hours after the start of melting, a slag sample was taken for the rapid determination of chemical composition, wt.%: 0.912 Fe; 15.1 CaO; 35.1 SiO 2 ; 4.95 Al 2 O 3 ; 2.25 MgO; 1.36 K 4 O; 4.98 Na 2 O; 0.95 TiO 2 .
Для получения шлака заданного состава в расплав ввели 1043,0 кг доломита. To obtain slag of a given composition, 1,043.0 kg of dolomite was introduced into the melt.
Технологический процесс переработки шлака ТБО осуществлялся в течение 5 ч. The technological process for processing solid waste slag was carried out for 5 hours.
В результате переработки были получены:
железный сплав, мас.%: 95,6 Fe; 3,2 C; 0,8 Cu; 0,11 Zn; 0,1 Pl; 0,1 Ni; 0,09 Sn в количестве 1900 кг;
шлак состава, мас.%: 0,4 Fe; 15,8 CaO; 54,8 SiO2; 8,85 Al2O3; 4,9 MgO; 1,4 K2O; 4,8 Na2O и 1,0 TiO2 в количестве 23100 кг.As a result of processing, the following were obtained:
iron alloy, wt.%: 95.6 Fe; 3.2 C; 0.8 Cu; 0.11 Zn; 0.1 Pl; 0.1 Ni; 0.09 Sn in an amount of 1900 kg;
slag composition, wt.%: 0.4 Fe; 15.8 CaO; 54.8 SiO 2 ; 8.85 Al 2 O 3 ; 4.9 MgO; 1.4 K 2 O; 4.8 Na 2 O and 1.0 TiO 2 in an amount of 23100 kg.
Снижение в шлаках SiO2 менее 53,3% приводит к повышенному содержанию тугоплавких оксидов алюминия, кальция и магния, что вызывает повышенный расход электроэнергии и увеличение вязкости шлака. Содержание в шлаках SiO2 более 58,1% также приводит к повышению вязкости шлаков. Все эти факторы резко ухудшают условия разлива таких шлаков на литьевые машины через фидерные устройства.A decrease in SiO 2 slag of less than 53.3% leads to an increased content of refractory oxides of aluminum, calcium and magnesium, which causes an increased energy consumption and an increase in slag viscosity. A content of more than 58.1% in SiO 2 slags also leads to an increase in slag viscosity. All these factors sharply worsen the conditions for the spill of such slags to injection machines through feeder devices.
Содержание в шлаках CaO менее 13,9% приводит к увеличению вязкости шлака, а более 16,8% - экономически не выгодно, так как вязкость шлака при этом не снижается, а расход электроэнергии увеличивается при плавке дополнительного количества CaO или CaCO3. При этом необходимо учесть и стоимость CaCo3 или CaO как покупного шихтового материала.The content of CaO in slags of less than 13.9% leads to an increase in slag viscosity, and more than 16.8% is not economically profitable, since the slag viscosity does not decrease, and the energy consumption increases when additional amount of CaO or CaCO 3 is melted. In this case, it is necessary to take into account the cost of CaCo 3 or CaO as a purchased charge material.
Содержание в шлаках MgO менее 4,8% приведет после разлива шлака в то или иное изделие при его отжиге к возникновению внутренних напряжений, способных вызвать появление трещин. Увеличение содержания MgO более 6,9% нецелесообразно, так как не приводит к улучшению литейных качеств и технологическим условиям отжига изделий, а лишь к увеличению расхода электроэнергии при плавке за счет повышения температуры расплава и к удорожанию процесса переработки шлака ТБО в электропечи. The MgO content in the slags of less than 4.8% will lead to internal stresses that can cause cracks after spilling the slag into a product during its annealing. An increase in the MgO content of more than 6.9% is impractical, since it does not lead to an improvement in casting quality and technological conditions for annealing of products, but only to an increase in the energy consumption during melting due to an increase in the melt temperature and to an increase in the cost of the process of processing solid waste slag into electric furnaces.
Проведена серия лабораторных плавок шлака ТБО. Плавки осуществлялись в силитовой печи. A series of laboratory melts of solid waste slag was carried out. Smelting was carried out in a silica furnace.
Результаты десяти плавок сведены в таблицу. The results of ten swimming trunks are tabulated.
Плавка 1 осуществлялась в атмосфере воздуха с целью определения химического состава шлака ТБО. Как видно из таблицы, шлак ТБО представляет значительный интерес для металлургов ввиду высокого содержания Fe, Cu, Zn и Pb, поэтому следует рассматривать эти шлаки как ресурс для черной и цветной подотраслей металлургии. Melting 1 was carried out in an atmosphere of air in order to determine the chemical composition of solid waste slag. As can be seen from the table, MSW slag is of considerable interest to metallurgists due to the high content of Fe, Cu, Zn and Pb, therefore, these slags should be considered as a resource for the ferrous and non-ferrous metallurgy sub-sectors.
Плавки 2-10 осуществлялись в восстановительной атмосфере при различном расходе восстановителя (углерода) от стехиометрического количества. Шлак ТБО при температуре 1250oC - жидкий с вязкостью ≈ 11-13 П, а при температуре 1310oC и выдержке 15 мин вязкость шлака снизилась до 9-10 П.Smelts 2-10 were carried out in a reducing atmosphere at different consumption of a reducing agent (carbon) from a stoichiometric amount. MSW slag at a temperature of 1250 o C is liquid with a viscosity of ≈ 11-13 P, and at a temperature of 1310 o C and holding for 15 minutes, the slag viscosity decreased to 9-10 P.
Охлаждение шлака после достижения заданной температуры вели при отключенной печи в токе аргона до температуры 800oC, затем на воздухе при комнатной температуре.The cooling of the slag after reaching the set temperature was carried out with the furnace turned off in an argon stream to a temperature of 800 o C, then in air at room temperature.
После разделки тигля, взвешивания извлеченного из шлака королька металла, часть пробы шлака разделывали и отдавали на анализ. After cutting the crucible, weighing the metal king extracted from the slag, part of the slag sample was cut and given for analysis.
Химический анализ плавок 2-7 показал, что извлечение железа и цветных металлов в металлическую фазу повышается с увеличением восстановителя (при содержании углерода 100% от стехиометрии извлечение железа составляет 80%, а при 125% составляет 95%). Chemical analysis of swimming trunks 2-7 showed that the extraction of iron and non-ferrous metals in the metal phase increases with increasing reducing agent (with a carbon content of 100% from stoichiometry, iron recovery is 80%, and at 125% it is 95%).
Извлечение железа и цветных металлов в донную металлическую фазу падает при содержании углерода 130% от стехиометрии и выше. Это объясняется тем, что в период плавления и нахождения шлака в жидкотекучем состоянии происходит бурное выделение CO2 и CO, пузырьки которых флотируют мелкодисперсные частицы восстановленного металла в верхнюю часть шлака.Extraction of iron and non-ferrous metals into the bottom metal phase decreases when the carbon content is 130% of stoichiometry and higher. This is explained by the fact that during the period of melting and the slag being in a fluid state, CO 2 and CO are rapidly released, the bubbles of which float finely divided particles of the reduced metal in the upper part of the slag.
В промышленных условиях при переработке шлака ТБО в дуговой электропечи достигаются более высокие показатели по извлечению железа и цветных металлов, нежели это можно достичь в лабораторных плавках. Under industrial conditions, the processing of solid waste slag in an electric arc furnace achieves higher rates for the extraction of iron and non-ferrous metals than can be achieved in laboratory smelting.
На электропечи всегда вовремя можно откорректировать состав шлака перед последним восстановлением, перегреть шлак до нужной температуры и произвести его отстой перед сливом. Отстой шлака крайне необходим для того, чтобы мельчайшие корольки металла после бурления расплава могли осесть на подину печи, тем самым увеличивая извлечение железа и цветных металлов. In an electric furnace, it is always possible to correct the slag composition before the last recovery, to overheat the slag to the desired temperature and to sediment it before discharge. Slag sludge is essential in order for the smallest metal kings after melt drilling to settle on the bottom of the furnace, thereby increasing the extraction of iron and non-ferrous metals.
Как видно из данных, приведенных в таблице (плавка 7) максимальное извлечение железа и цветных металлов из шлака ТБО в металлический расплав достигает при расходе восстановителя 125% от стехиометрически необходимого количества и составляет, %: 95,0 Fe; 80,0 Cu; 92,2 Zn; 92,5 Pl и 50,0 Ni. Дальнейшее увеличение расхода восстановителя приводит к снижению извлечения железа и цветных металлов, увеличению стоимости переработки шлаков ТБО. As can be seen from the data given in the table (heat 7), the maximum extraction of iron and non-ferrous metals from MSW slag into the metal melt reaches 125% of the stoichiometrically required amount at a flow rate of the reducing agent and amounts to,%: 95.0 Fe; 80.0 Cu; 92.2 Zn; 92.5 Pl and 50.0 Ni. A further increase in the consumption of reducing agent leads to a decrease in the extraction of iron and non-ferrous metals, an increase in the cost of processing solid waste slag.
Кроме того, способ позволяет осуществить комплексное использование минеральной части шлаков ТБО, получить шлаковые расплавы для нужд стройиндустрии и создать безотходную технологию. In addition, the method allows for the integrated use of the mineral part of solid waste slag, to obtain slag melts for the needs of the construction industry and to create a waste-free technology.
Claims (2)
SiO2 - 53,3 - 58,1
Al2O3 - 8,8 - 10,8
CaO - 13,9 - 16,6
MgO - 4,8 - 6,9
TiO2 - 0,5 - 1,0
Fe - 0,3 - 0,4
K2O - 0,8 - 1,6
Na2O - 3,5 - 4,3о2. The method according to claim 1, characterized in that the supply of fluxing additives in the form of lime, or limestone, or dolomite is carried out in an amount necessary to obtain slag of the following composition, wt.%:
SiO 2 - 53.3 - 58.1
Al 2 O 3 - 8.8 - 10.8
CaO - 13.9 - 16.6
MgO - 4.8 - 6.9
TiO 2 - 0.5 - 1.0
Fe - 0.3 - 0.4
K 2 O - 0.8 - 1.6
Na 2 O - 3.5 - 4.3 °
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96105309A RU2110733C1 (en) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | Method of processing of slags formed after burning of solid household garbage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96105309A RU2110733C1 (en) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | Method of processing of slags formed after burning of solid household garbage |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2110733C1 true RU2110733C1 (en) | 1998-05-10 |
| RU96105309A RU96105309A (en) | 1998-05-27 |
Family
ID=20178242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96105309A RU2110733C1 (en) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | Method of processing of slags formed after burning of solid household garbage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2110733C1 (en) |
-
1996
- 1996-03-19 RU RU96105309A patent/RU2110733C1/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5531805A (en) | Smelting ferrous materials | |
| Reuter et al. | Recycling and environmental issues of metallurgical slags and salt fluxes | |
| US5364447A (en) | Method of recycling hazardous waste | |
| JP4350711B2 (en) | Industrial waste melting process | |
| US5198190A (en) | Method of recycling hazardous waste | |
| AU2010206718B2 (en) | Production of iron from metallurgical waste | |
| US5405429A (en) | Method for treatment and conversion of refuse incineration residues into environmentally acceptable and reusable material, especially for construction purposes | |
| KR930001334B1 (en) | Application method of metallic dust and sludge containing zinc | |
| JPH09505854A (en) | Method for treating solid residues from a refuse incineration plant and apparatus for implementing this method | |
| Agrawal et al. | Productive recycling of basic oxygen furnace sludge in integrated steel plant | |
| CN1023640C (en) | Method for treating high-temperature liquid iron-containing slag | |
| Kaya | Galvanizing residue and electrical Arc Furnace (EAF) dust | |
| RU2110733C1 (en) | Method of processing of slags formed after burning of solid household garbage | |
| Jones | Economic and environmentally beneficial treatment of slags in DC arc furnaces | |
| Jones et al. | DC arc smelting of difficult PGM-containing feed materials | |
| Kokal et al. | Metallurgical Uses—Fluxes for Metallurgy | |
| Baricová et al. | Recycling of the Steelmaking by-products into the Oxygen Converter Charge | |
| JPS61104013A (en) | Method for recovering iron contained in molten steel slag | |
| RU2208057C1 (en) | Method for extracting lead from secondary raw material | |
| Margolis et al. | Energy and Environmental Profile of the US Metal Casting Industry | |
| Coleman | Sources of atmospheric cadmium | |
| RU2117217C1 (en) | Method of reworking solid domestic and industrial wastes | |
| US7435281B2 (en) | Pyrometallurgic process for the treatment of steelwork residues | |
| Nakayama | New EAF dust treatment process: ESRF | |
| RU2045708C1 (en) | Method for reconditioning solid domestic wastes |