Материал: Промышленность и окружающая среда.

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

 

 

 

 

ОАО "Косогорский

Химический

ОАО "НЛМК"

ОАО "Северсталь"

АК "Тулачермет"

металлургический

элемент

завод" (при вып­

 

 

 

 

лавке ферромар­

 

 

 

 

ганца)

Барий

Следы

Следы

Следы

4000-5000

Бериллий

1-3

1-3

2-5

3-5

Бор

5-10

5-10

3-5

300-400

Бром

1-2

1

1-3

5-10

Ванадий

300-350

100-120

100-120

100-120

Висмут

Не обн.

Не обн.

1-3

40-50

Вольфрам

и

 

1-2

До 80

 

 

Галлий

50-100

150-250

80-120

50-100

Германий

Не обн.

Не обн.

Не обн.

10-15

Йод

"

"

ft

10-15

Иттрий

5-10

50-80

20-40

3 ^ 4 0

Кадмий

1-2

1-3

3-5

8-12

Кобальт

15-25

20-30

5-10

20-25

Лантаноиды

180-200

500-700

50-60

До 500

Литий

Следы

80-120

4—6

200-250

Медь

Не обн.

Не обн.

20-40

400-500

Молибден

Следы

Следы

1-4

8-10

Мышьяк

Следы

Следы

5-7

100-150

Никель

200-250

100-120

80-150

300-350

Олово

200-240

600-800

80-120

100-150

Рубидий

10-20

5-10

10-20

2000-3000

Свинец

До 2500

До 1500

До 2000

До 5000

Селен

1-2

5-8

1-2

20-30

Скандий

1-3

50-70

15-30

8-12

Стронций

До 2500

300-400

До 2000

До 10000

Сурьма

Не обн.

3-5

8-10

50-70

Теллур

"

1

1

30-50

Титан

 

Не обн.

300-500

До 2500

Торий

1-3

"

3-5

4-8

Уран

1-3

 

5-10

5-9

Фтор

80-100

220-250

100-120

До 2000

Хлор

10-20

60-80

50-60

300-500

Хром

100-120

500-600

600-900

100-120

Цезий

Не обн.

Не обн.

Не обн.

200-250

Цинк

До 5000

До 25000

До 1000

До 15000

Цирконий

Не обн.

До 100

10-20

90-120

но выражена тенденция его присутствия в некоторых минералах. Он яв­ ляется спутником алюминия, цинка, железа, германия и практически по­ стоянно присутствует в углях и железных рудах, что наглядно отражено в табл. 3.8-3.10, а также в специально отобранных пробах металлурги­ ческих материалов предприятий ОАО “Северсталь” и АК “Тулачермет” (табл. 3.15).

Полный примесный состав металлургических материалов, отобранных из доменной печи JY®4

Химический

элемент

ОАО "Северсталь" после выдувки, г/т чугуна

 

 

Материал

 

 

Козловой чу­

"Отложения

 

Железистый

"Металл из гар-

гун с шлако­

на загрузоч­

"Цинковая

шлак из швов

нисажа под

выми включе­

ном устрой­

настыль"

кладки горна

фурмой"

ниями

стве"

 

печи

 

 

Алюминий

1%*

2000

1

6%

4

Барий

500

100

Следы

2000

Следы

Бериллий

1

2000

"

6

Следы

Бор

70

03

Не обн.

100

Следы

Бром

Не обн.

30

Не обн.

Не обн.

Ванадий

600

200

Следы

400

Следы

Висмут

Не обн.

20

20

Не обн.

200

Вольфрам

"

Не обн.

Не обн.

"

Не обн.

Галлий

10

20

"

 

"

Германий

Не обн.

4

200

 

6

Железо

Основа

18%

4%

Индий

7

30

Не обн.

Не обн.

400

Йод

Не обн.

10

"

"

Не обн.

Иттрий

8

6

 

60

••

Калий

1%

10%

0,9

2%

Следы

Кальций

4%

1,2%

5

29%

4

Кобальт

10

5

Не обн.

50

Не обн.

Кремний

4%

1,3%

8

16%

6

Лантаноиды

83

40

Не обн.

360

Не обн.

Литий

100

50

0,2

200

Следы

Магний

2%

3000

4

1%

 

Марганец

4000

900

Не обн.

2000

Не обн.

Медь

20

10

10

40

400

Мышьяк

Следы

5

Не обн.

Не обн.

20

Молибден

10

2

и

 

Не обн.

 

 

 

 

 

Натрий

500

300

Следы

2000

Следы

Никель

20

40

Следы

40

Не обн.

Ниобий

30

Не обн.

Не обн.

30

 

Олово

Не обн.

4000

"

50

15%

Рубидий

300

2000

Следы

100

Следы

Свинец

Следы

1600

800

Не обн.

Основа

Селен

Следы

30

Не обн.

 

Не обн.

Сера

7000

1,6%

7

1,4%

9

Скандий

40

3

Не обн.

Не обн.

Не обн.

Стронций

300

300

Следы

400

Следы

Сурьма

Следы

30

Не обн.

2

1000

Титан

3000

1000

Следы

7000

Не обн.

Фосфор

600

70

Не обн.

100

8

Фтор

200

80

Следы

1000

Следы

Хлор

7

300

Следы

60

6

Хром

300

100

Не обн.

100

Не обн.

Цинк

6

47%

Основа

100

900

 

*_ 30 Не обн. 900 Следы

Если содержание элемента в образце находится на уровне 1масс. % и выше, то оно приводится100Цирконий

Предприятие

Кокс

Агломерат

Окатыши

Чугун

ОАО "Северсталь"

5-10

70-100

5-7*

60-110

АК "Тулачермет"

30-40

15-40

5-10**

30-80

Предприятие

Шлак

Колошниковая

Шлам доменный

Шламы и зола

пыль

ТЭЦ

 

 

ОАО "Северсталь"

До 2

Следы

150-250

2-20

АК "Тулачермет"

Д оЗ

Следы

До 200

Следы

*Костомукшские окатыши.

**Лебединские окатыши.

Из данных табл. 3.15 следует, что приход галлия в доменную печь в ус­ ловиях ОАО “Северсталь” изменяется в пределах от 65 до 125 г/т чугуна, при этом в ходе плавки галлий в основном переходит в чугун. Аналогичные результаты получены и для доменных печей АК “Тулачермет”, где при по­ ступлении в агрегат галлия в количестве 40-80 г/т чугуна его содержание в чугуне составляет 30-80 г/т.

Приведенные данные могут вызвать некоторое недоумение, особенно с точки зрения сложившегося стереотипа о близком сходстве химических свойств галлия и алюминия. Последний, как известно, в ходе доменного про­ цесса практически полностью переходит в шлак. Кроме того, и эксперимен­ тально установленный факт накопления галлия в доменном шламе требует физико-химического обоснования.

С целью объяснения полученных результатов на основе расчетов слож­ ных химических равновесий был проведен термодинамический анализ пове­ дения галлия и его основных соединений применительно к условиям домен­ ной плавки.

Поскольку основное количество галлия вносится с железорудными ма­ териалами, то поведение элемента прежде всего определяется степенью восстановления железа, особенно при температуре 800-1200 °С, когда в ус­ ловиях доменного процесса осуществляется переход FeO-Fe. Следует также учитывать хорошую растворимость галлия в железе (полная растворимость в жидком железе и около 20% массы - в твердом). Поэтому расчеты прово­ дили, подбирая состав исходной смеси таким образом, чтобы в равновесии находились как металлическое железо (в избытке), так и его оксид (FeO). При этом использовали два варианта задания восстановленной формы гал­ лия: как самостоятельной конденсированной фазы и как примеси в раство­ ре на основе железа (в расчетах использована модель идеального раствора Fe—Ga). При моделировании поведения галлия в интервале температур 1500-2500 °С с учетом реального характера протекания доменного процес­ са состав исходной смеси включал избыток углерода, что обеспечивало воз­ можность полного восстановления железа.

Как и следовало ожидать, анализ поведения галлия в системе без учета возможности образования раствора Fe—Ga показал, что при существовании равновесия между Fe и FeO восстановление Са20з до металлического галлия

невозможно. При температуре 1000-1150 °С происходит лишь восстановле­ ние Ga20 3 до Ga20, который находится в газообразном состоянии. Таким образом, весь галлий переходит в газовую фазу в виде Ga20. Если предполо­ жить, что данный процесс является доминирующим, то это неизбежно должно было приводить к выносу газовым потоком из печи галлия вместе с мельчайшими частицами шлама, на которых будет осаждаться вновь обра­ зующийся при низких температурах Ga2 0 3 . Однако по данным проведенных химических анализов этого не наблюдается.

Поведение галлия и его соединений кардинально меняется при рассмот­ рении возможностей его восстановления не в виде самостоятельной метал­ лической фазы, а как примеси в растворе на основе железа. В этом случае даже при существовании равновесия между Fe и FeO полное восстановление галлия из Ga20 3 в раствор на основе железа возможно уже при температу­ ре около 800 °С, т.е. восстановление галлия в раствор возможно, начиная с температуры восстановления самого железа, при этом газообразный Ga20 практически не образуется.

Термодинамическая предпочтительность восстановления элемента в раствор с железом вполне очевидна, особенно с учетом малой концентрации галлия, поскольку его химический потенциал в сильно разбавленном рас­ творе значительно ниже, чем в самостоятельной фазе. Это обусловливает стабильность состояния галлия как примеси раствора на основе железа и объясняет обнаруженный экспериментально практически полный переход элемента в чугун. Действительно, согласно проведенным термодинамиче­ ским расчетам для концентраций галлия около 100 г/т чугуна, в интервале температуры 800-1800 °С практически весь галлий должен быть связан в растворе железа.

При более высокой температуре в восстановительных условиях (при из­ бытке углерода) становится заметным переход галлия из раствора в газо­ вую фазу в виде паров металла. Этот процесс в реальных условиях домен­ ной плавки возможен в горне печи. Пары галлия, увлекаемые газовым по­ током, частично выносятся в верхнюю часть печи, где неизбежно окисляют­ ся С02 в газовой фазе сначала до Ga20, а затем до Ga20 3.

По-видимому, образование Ga20 3 в виде самостоятельной фазы малове­ роятно из-за низкой концентрации паров галлия в газовой фазе. Поэтому преобладающим механизмом конденсации является абсорбция оксидов гал­ лия мельчайшими пылевидными частицами твердой фазы, составляющими основу будущего доменного шлама. Аналогичный процесс может частично развиваться и при рассмотренном выше восстановлении Ga20 3 до Ga20. Этим и объясняется повышенное содержание галлия в проанализированных доменных шламах.

Таким образом, вносимый с железорудной частью шихты галлий прак­ тически полностью (до 95%) переходит в чугун, что обусловлено возможно­ стью его восстановления в раствор на основе железа. Обнаруженная повы­ шенная концентрация галлия в доменных шламах объясняется частичным

переходом галлия и его оксида в газовую фазу и последующей конденсаци­ ей на твердых частицах.

Основные минералы с т р о н ц и я - стронцианит (SrC03) и целестин (SrS04) —являются породообразующими, они нередко сопутствуют желе­ зорудным формациям и, как правило, в значительных количествах (ино-

Предприятие

Кокс

Агломерат

Окатыши

Чугун

ОАО "Северсталь"

70-85

3-30

Следы*

Не обн.

АК "Тулачермет"

160-240

190-250

40-70**

и

 

Предприятие

Шлак

Колошниковая

Шлам доменный

Шламы и зола

 

 

пыль

 

ТЭЦ

ОАО "Северсталь"

40-70

20-30

300-400***

20-75***

АК "Тулачермет"

600-1000

150-250

400-600***

0

*Костомукшские окатыши.

**Лебединские окатыши.

***В пылеватой фракции до 0,01 мм, составляющей около 2 масс. %, содержание Sr достигает соответственно: в доменном шламе - 800-900 г/т, в шламе ТЭЦ - 110-400 г/т.

гда до 1 масс.%) присутствуют в известняках и доломитах. Кроме того, стронций относится к элементам интенсивного биологического поглоще­ ния растениями, что предопределяет присутствие его в каменных углях (особенно коксующихся), причем свыше двух третей элемента концентри­ руется в “органической” части углей. Все это определяет присутствие стронция в сырых металлургических материалах, что подтверждается данными табл.3.8-3.10 и 3.16.

Из приведенных данных следует, что приход стронция в доменную печь в условиях АК “Тулачермет” достигает 400 г/т чугуна. При этом ~ 300 г/т пе­ реходит в шлак и 15 г/т улавливается в ходе очистки колошникового газа (5 г/т в виде шлама, до 8 г/т в виде колошниковой пыли). Таким образом, не­ ясно, что происходит примерно с 85 г Sr/т чугуна.

Для условий ОАО “Северсталь” имеют место следующие результаты: приход стронция в печь составляет ~ 60 г/т чугуна (большая часть Sr вносит­ ся с коксом), переходит в шлак 13-25 г/т, улавливается в виде пыли и шлама 3-6 г/т; “невязка” между приходной и расходной частями баланса Sr состав­ ляет 30-40 г/т чугуна. Следует отметить, что в обоих случаях величина “раз­ баланса” примерно соответствует количеству Sr, вносимого в печь в составе “органической” части кокса. Данный факт требует объяснения.

С целью определения характера поведения стронция в доменной плав­ ке также были проведены термодинамические расчеты. Их результаты по­ казывают, что в температурном интервале 1300-1800 °С стронций перехо­ дит в шлаковую фазу процесса, образуя оксид и сульфид в соотношении ~ 1:2. При более высокой температуре (1800-2200 °С) возможен переход Sr в газовую фазу в виде паров металлического стронция. С учетом этого мож­ но предложить следующую схему поведения Sr в доменной плавке (рис. 3.7).

Стронций вносится в доменную печь в основном в виде оксида (с желе­ зорудными материалами и золой кокса) и в составе органической части ко­ кса (30-100 г/т чугуна в зависимости от природы углей, используемых при коксовании), а также (незначительно) в виде SrC03 в составе известняка и, возможно, в виде SrS в золе кокса.

Стронций органической части кокса, попадающий в фурменную зону печи, переходит в газовую фазу в виде паров металла. В ходе последующе-

17. Ю. С. Юсфин

257

Источник: https://tut-files.ru/previewfile/75444