Рациональное использования шламов аглофабрик

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Основным направлением рационального использования шламов аглофабрик является использование их в качестве добавки к агломерационной шихте, поскольку химический состав шлама близок к составу агломерационной шихты. Обязательным условием утилизации шлама без ухудшения качества агломерата и снижения производительности фабрики является правильная их подготовка, включающая в себя в большинстве случаев сгущение, фильтрацию, а иногда и термическую сушку. Оптимальная влажность шламов, при которой их можно подавать на ленту вместе с остальной шихтой, составляет 8-9 %.

шлам шихта обезвоживание фильтрование

1. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ШЛАМОВ АГЛОФАБРИКИ

Основным направлением рационального использования шламов аглофабрик является использование их в качестве добавки к агломерационной шихте, поскольку химический состав шлама близок к составу агломерационной шихты. Обязательным условием утилизации шлама без ухудшения качества агломерата и снижения производительности фабрики является правильная их подготовка, включающая в себя в большинстве случаев сгущение, фильтрацию, а иногда и термическую сушку. Оптимальная влажность шламов, при которой их можно подавать на ленту вместе с остальной шихтой, составляет 8-9 %.

На рис. 1 приведена рекомендуемая технологическая схема механического обезвоживания, предусматривающая разделение шлама на три потока с различной крупностью фракций.

Рисунок 1.

Наиболее крупные фракции обезвоживаются в спиральных классификаторах, фракции средней крупности -- на ленточных вакуум-фильтрах, а самые мелкие фракции обезвоживаются на барабанных или дисковых вакуум-фильтрах.

Механическое обезвоживание позволяет получить шлам с влажностью 15-20 %. Более низкая влажность может быть достигнута термической сушкой в сушильных барабанах. Снижение влажности шлама может быть достигнуто также его смешением с подходящими сухими материалами, например, с горячим возвратом, и колошниковой пылью, известью (массой до 20 % от массы шлама).

2. ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ЦИНКА В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАМАХ

Во всех металлургических переделах образуется значительное количество пылей, которые необходимо улавливать и утилизировать с целью извлечения содержащихся в них металлов и поддержания необходимого уровня охраны окружающей среды. Желесодержащие шламы металлургических предприятий образуются в процессе агломерации железных руд - шламы от газоочистки, аспирационные шламы, шламы гидросмыва рабочих площадок; в доменном переделе - колошниковая пыль, шламы мокрой газоочистки, аспирационные шламы литейных дворов и бункеров; в сталеплавильном производстве - мартеновские и конвертерные шламы мокрой и сухой газоочистки, а также крупная и мелкая прокатная окалина. Основная масса металлургических шламов содержит от 45 до 70 % железа. Таким образом, железосодержащие шламы представляют собой новый особый вид сырья для черной металлургии.

Шламы являются вторичным техногенным сырьем. Обезвоженные шламы и уловленные пыли всех металлургических производств используются преимущественно в качестве добавок в аглошихту и являются заменой части первичного рудного сырья. Расширение сырьевой базы за счет использования вторичного сырья является актуальным и для Магнитогорского металлургического комбината. Это объясняется тем, что доля собственного железорудного сырья не превышает 10 - 15 %, а приобретение концентрата своего основного поставщика - Соколовско-Сарбайского горно-обогатительного производственного объединения - становится все менее эффективным ввиду отсутствия единых транспортных тарифов в рамках СНГ, вследствие чего стоимость казахстанских концентратов возрастает практически вдвое.

Текущий выход доменных и агломерационных шламов ОАО «ММК» составляет порядка 400 тыс. тонн в год с массовой долей железа в шламах в среднем 51,6 %. Кроме того, значительное количество шламов накоплено в шламоохранилище. Для обезвоживания текущих шламов газоочисток доменных печей, мартеновских цехов и шламов аглофабрик на комбинате действует вакуум-фильтровальная установка. На установке осуществляется сгущение шламосодержащих вод, обезвоживание и сушка шламов, которые затем возвращаются на утилизацию в шихту аглофабрики.

Экономическая эффективность использования вторичного сырья в металлургическом производстве в значительной мере зависит от качества шламовой продукции, которое в свою очередь определяется не только содержанием полезных компонентов (железо, марганец, оксид кальция и пр.), но и наличием вредных примесей (цинк, свинец, сера, щелочные металлы). Основной проблемой при утилизации металлургических шламов является повышенное содержание в них цинка, особенно в связи с расширением использования оцинкованного скрапа в кислородно-конвертерном производстве. Утилизация этих шламов в аглопроизводстве без предварительного обесцинкования вызывает разрушение кладки доменных печей, образование цинкатных настылей, забивку аспирационных систем. Это существенно влияет на работу доменных печей и агломашин, тем самым уменьшая межремонтные периоды доменных печей и дорогостоящих аспирационных систем. Наиболее сложный химический состав имеют шламы газоочистки доменного и сталеплавильного производства. Эти шламы в процессе образования подвергаются высокотемпературному воздействию в условиях окислительной или восстановительной атмосферы. При химическом взаимодействии оксидов цинка и железа происходит образование ферритов цинка. В шламах цинк присутствует также в виде свободных зерен оксида цинка - минерала цинкита.

Над проблемой очистки железосодержащих пылей от цинка, их утилизации работают во многих странах мира. Большинство предложенных способов обесцинкования металлургических шламов можно сгруппировать следующим образом: пирометаллургические, гидрометаллургические, гравитационные. В промышленных масштабах во многих странах мира реализуются пирометаллургические процессы утилизации железосодержащих пылей и шламов путем их окомкования или брикетирования с последующей металлизацией окускованного материала во вращающихся печах. В этих процессах одновременно с восстановлением оксида железа в печах при высоких температурах возгоняется в виде паров большая часть цинка, свинца, щелочных металлов, возгоны обычно улавливаются в электрофильтрах, утилизируются и направляются на предприятия цветной металлургии. Технологические показатели в этих процессах достаточно высоки, но требуется сооружение специальных дорогостоящих установок.

В данной работе сделана попытка снижения содержания цинка в металлургических шламах с использованием обогатительных процессов - магнитной сепарации и обратной флотации. Для этого была отобрана проба железосодержащих шламов, поступающих на вакуум-фильтровальную установку ОАО «ММК». В лабораторных условиях определены гранулометрический состав шламов, магнитные характеристики шламов (удельная магнитная восприимчивость, намагниченность, коэрцитивная сила), гигроскопичность, насыпная плотность шламов. Изучение распределения цинка по классам крупности показало, что цинк в основном концентрируется во фракциях -0,25 +0,18 мм и -0,04 мм; извлечение цинка в эти фракции составляет 22,7 и 25,9 % соответственно. Массовая доля цинка в пробе по данным химического анализа 2,08 %.

Одним из эффективных способов обогащения тонких классов магнитных и слабомагнитных руд является полиградиентная сепарация. Полиградиентные сепараторы, основанные на фильтрации пульпы через слой объемной ферромагнитной среды, позволяют значительно увеличить напряженность и градиент магнитного поля, поверхность, на которой происходит разделение, уменьшить относительную скорость движения частиц, а, следовательно, и крупность обогащаемого материала. Испытания проводились на лабораторном сепараторе, состоящем из электромагнитной скобы, между полюсами которой помещена кассета, заполненная металлическими шариками, играющими роль магнитных насадок. Магнитное поле внутри рабочей зоны неоднородно по напряженности и по магнитной силе. В результате на частицы шламов при прохождении их в проточном режиме в зазоре между шарами действует магнитная сила, изменяющаяся в широких пределах. Шламы, обладающие высокой магнитной восприимчивостью, притягиваются в зонах с высоким градиентом магнитного поля к шарам, а немагнитные частицы уносятся водой в хвосты. В немагнитную часть должен переходить и оксид цинка, тем самым снижая массовую долю цинка в магнитной фракции.

Показатели разделения шламистых материалов на полиградиентных сепараторах в значительной степени определяются правильно подобранными параметрами. Проводили опыты при варьировании тока намагничивания катушек возбуждения, расхода смывной воды, плотности питания, диаметра шаров, высоты слоя шаров. Было изучено влияние каждого из перечисленных параметров на показатели разделения, но значительного снижения содержания цинка в магнитной фракции получить не удалось. При установленных оптимальных параметрах процесса (ток намагничивания 1 А, расход смывной воды 300 мл, содержание твердого в питании 7 %, диаметр шаров 9 мм, высота слоя шаров 10 см) было получено максимальное снижение массовой доли цинка в шламах с 2,08 % (исходные шламы) до 1,83 % (магнитная фракция). При этом массовая доля цинка в немагнитной фракции равна 3,4 %, то есть наблюдается некоторая концентрация цинка в хвостах. Так как выход немагнитной фракции во всех опытах был небольшим и не превышал 15 % от исходной навески, извлечение цинка в немагнитную фракцию составляло 20 - 25 %.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в магнитогорских шламах содержится незначительное количество цинка в виде цинкита, и основная масса элементарного цинка приходится на ферриты цинка. Это подтверждают данные полного минерального состава шламов, согласно которым на долю цинка в форме цинкита приходится только 7,3 %, а остальные 92,7 % цинка - на ферриты. Феррит цинка обладает слабомагнитными свойствами, поэтому в интенсивном магнитном поле ферриты цинка задерживаются в межполюсном пространстве и попадают в магнитную фракцию. С учетом подобной специфики магнитогорских шламов эффективность полиградиентной сепарации шламов оказалась практически нулевой. В этом есть и положительная сторона. Экспериментально показана невозможность обесцинкования этих шламов магнитной сепарацией.

Поскольку цинк в шламах представлен в основном ферритами, была изучена возможность отделения их от шламов флотацией с предварительной активацией соединений цинка медным купоросом. Проведена серия флотационных опытов в режиме обратной флотации по следующей схеме. В исходную пульпу, подогретую до 300 С, подавали медный купорос и перемешивали в течение определенного времени для активации соединений цинка, после чего флотировали с использованием ксантогената и пенообразователя. При этом железосодержащие минералы депрессировали в высокощелочной среде, создаваемой известью. Выход пенного продукта составлял от 5 до 9 % с массовой долей цинка 4 - 5 %. Железосодержащий концентрат получали камерным продуктом. Массовая доля цинка в нем по сравнению с исходными шламами уменьшалась с 2,23 до 1,9 %. Таким образом, при разработке оптимального реагентного режима обратной флотации может быть получена значительная концентрация цинка в пенном продукте. Исследования в данном направлении будут продолжены, так как при флотационном способе одновременно решается задача снижения цинка в железосодержащем продукте и дополнительно получается цинкосодержащий продукт.

Изобретение относится к подготовке сырья для преимущественного использования в черной металлургии.

Известен способ утилизации железосодержащих отходов из систем мокрой очистки, включающий их сгущение и последующее распыление. Сущность известного способа заключается в том, что железосодержащие шламы мокрых газоочисток подвергают отстаиванию, сгущению до содержания влаги около 40-50%, используют сгущенный продукт для увлажнения и окомкования мелкозернистого сырья при производстве агломерата и окатышей. Сгущенные шламы специальными насосами подаются во вторичные смесители, оборудованные эвольвентными форсунками. Последние обеспечивают распыление сгущенной суспензии и равномерное увлажнение шихты. Забивающиеся трубопроводы промывают чистой водой, подаваемой под давлением. После промывки загрязненная вода подается в сгуститель (аналог авт. св. N 901307). Недостатками известного способа являются применение грунтовых насосов, загрязнение трубопроводов и необходимость их периодической промывки, низкое качество подготовки шихты.

Загрязненная вода подвергается очистке в отстойниках, в которых осаждается до 92% пыли в виде шлама.

Ввиду того, что в отработанной воде газоочистки даже после отстойников постоянно содержатся остаточные механические примеси и периодически химические загрязнения, выпускать эти воды в водоемы не разрешается. Водное хозяйство строится по замкнутому оборотному циклу, при котором выпуск отработанных вод полностью исключается. В состав оборотного цикла входят: насосная станция, отстойники (шламонакопители со шламовой насосной станцией, напорные трубопроводы, соединяющие сооружения оборотного цикла).

Химический анализ шлама отстойников показывает, что по полезным составляющим шлам можно приравнять к руде с содержанием железа до 35%, а, следовательно, целесообразна его утилизация. В случае невозможности утилизировать шлам на аглофабрике применяется удаление шлама по напорным трубопроводам в шламостойники - накопители емкостью, обеспечивающей складирование шлама в течение 10 - 18 и более лет, после чего подсохший шлам можно направить на аглофабрику (прототип, "Доменное производство", справочник, том 2, государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, Москва 1963 г. стр. 276-281).

По заданию АК "ТУЛАЧЕРМЕТ" проводились систематические исследования и наблюдения за аглодоменным шламоотстойником. Основной задачей исследований являлось получение достоверной информации о свободной емкости шламонакопителя для принятия решения о форсировании постройки нового шламонакопителя или каких-то альтернативных решений с учетом состояния действующего шламоотстойника. Для реализации задания выполнены промеры глубин и зондирования слоя шлама на дне водного бассейна в шламонакопителе и определена общая характеристика шламонакопителя. Замеры проводились в пяти створах. Исходя из первоначальной отметки дна чаши отстойника 157,0, отметки заполнения 162,65 на настоящий момент, учитывая полезный объем 776 тыс. м3 и количество намытого шлама 610 тыс. м3, степень заполнения аглодоменного шламоотстойника - накопителя составляет 1.

Проанализировав состояние аглодоменного отстойника и начавшиеся сбои в работе аглофабрики из-за недостаточного осветления воды, был сделан вывод о сложившейся ситуации в работе аглодоменного производства. Технической задачей изобретения является:

Обеспечение непрерывной работы аглодоменного производства, исключение сбоев в работе основного производства, улучшение степени осветления воды;

Повышение возможности работы с предельно низким уровнем оборотной воды на карте намыва, что позволит:

- провести более полное заполнение емкости шламом;

- сократить объемы земляных работ по оформлению откосов и отсыпки дамб для увеличения их устойчивости;

- исключить возможность дренажей и надежность всей системы в целом; - cнизить себестоимость основной продукции из-за снижения затрат на содержание шламонакопителей;

- cократить затраты на отгрузку шлама потребителям, обеспечить планомерность его отгрузки, продлить срок по подготовке второй очереди карты намыва.

Технический результат достигается тем, что предложен Способ удаления и переработки металлургических шламов из действующего шламонакопителя, включающий подачу шлама в виде пульпы от металлургического оборудования по напорным трубопроводам в шламоотстойник - накопитель, откачивание, обезвоживание шлама и его подготовку для использования в агломерационной, доменной шихте или отгрузку потребителям, в котором после заполнения шламоотстойника - накопителя более 75% его полезного объема, часть шламовой пульпы земснарядом перекачивают в, по меньшей мере, один активный - шламоотстойник, а обезвоживание шлама и его подготовку для использования производят в активном шламоотстойнике (карте намыва). Способ, в котором обезвоживание шлама производят подсушиванием на воздухе в естественных условиях.

Способ, в котором обезвоживание шлама производят очисткой и откачкой воды из активного шламоотстойника и ее возвратом в шламоотстойник - накопитель.

Способ, в котором шлам обезвоживают до влажности 36 - 44%. Способ, в котором плотность пульпы в напорных трубопроводах и пульпопроводе земснаряда поддерживают в интервале 1,3 - 1,4 т/м3, а скорость, равной 1,25 - 1,5 м/с.

На фиг. 1 изображена схема перекачки металлургических шламов из действующего шламонакопителя (шламоотстойник - накопитель) в активный шламоотстойник; На фиг. 2 - возврат осветленной воды из активного шламоотстойника в действующий шламонакопитель;

На фиг. 3 - перекачки шлама из действующего шламонакопителя (шламоотстойник - накопитель) в активный шламоотстойник. На действующем шламонакопителе 1 монтируется на понтоне 2 земснаряд 3 с одним насосом ГРАТ 1400/40 O = 1400 м3/час с H = 40 м; N = 320 кВт. На активном шламоотстойнике 4 для откачки осветленной воды на понтоне 5 устанавливается плавучая насосная станция 6 для откачки осветленной воды с карты намыва по оборотному циклу суммарной производительностью 2100 м3/час. Перечень основного оборудования насосной станции (понтоны ПРС-120-2 секции, насосы производительностью 700 м3/час при напоре - 3 шт., вспомогательные насосы - 2 шт., комплект пусковой аппаратуры). Откачку воды производить по одному из имеющихся трубопроводов 2, сделав в них врезку с установлением задвижек ДУ-350. Соединение плавучей насосной станции 6 с напорным трубопроводом осуществляется через шаровые соединения, что позволит вести непрерывную работу независимо от уровня воды на карте намыва. Для транспортировки пульпы смонтирован шламопровод N 1 ? 600 мм прямо по рельефу местности на деревянных подушках. Работа по предложенному способу позволит содержать в должном состоянии все водные объекты АК "ТУЛАЧЕРМЕТ" (золонакопители, шламонакопителя, брызгальные бассейны газоочистки, карты разливочных машин) без остановки производства. Внедрение данной работы требует утилизации шламов после их сушки: 1. Применение шлама на аглофабрике позволяет получать экономию первичного сырья;

Отгрузка шлама потребителям.

Шлам аглодоменный (неизвестковый) смешивается с известью в соотношении 3:1 и с помощью конвейеров подается в аглошихту. Содержание в известкованном шламе должно быть не менее 25%, CaO - не менее 22% (таблица 1, см. в конце описания). Химический состав шихтовых материалов агломерата представлен в табл. 2 (см. в конце описания).

Внедрение данного способа позволит:

- сократить затраты на отгрузку шлама потребителям, обеспечить планомерность его отгрузки, продлить срок по подготовке второй очереди карты намыва,

- снизить себестоимость основной продукции из-за снижения затрат на содержание шламонакопителей;

- обеспечить в кратчайший срок непрерывную работу аглодоменного производства, исключить сбой в работе основного производства, улучшить степень осветленной воды. Формула изобретения: 1. Способ удаления и переработки металлургических шламов из действующего шламонакопителя, включающий подачу шлама в виде пульпы от металлургического оборудования по напорным трубопроводам в шламоотстойник-накопитель, откачивание, обезвоживание шлама и его подготовку для использования в агломерационной, доменной шихте или отгрузку потребителям, отличающийся тем, что после заполнения шламоотстойника-накопителя более 75% его полезного объема часть шламовой пульпы земснарядом перекачивают в по меньшей мере один активный шламоотстойник, а обезвоживание шлама и его подготовку для использования производят в активном шламоотстойнике (карте намыва). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обезвоживание шлама производят подсушиванием на воздухе в естественных условиях. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обезвоживание шлама производят очисткой и откачкой воды из активного шламоотстойника и ее возвратом в шламоотстойник-накопитель. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что шлам обезвоживают до влажности 36 - 44%.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плотность пульпы в напорных трубопроводах и пульпопроводе земснаряда поддерживают в интервале 1,3 - 1,4 т/м3, а скорость 1,25 - 1,5 м/с.

3. СПОСОБЫ ФИЛЬТРОВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Одним из основных источников загрязнения почвы, водоемов, сельскохозяйственных угодий тяжелыми металлами являются сточные воды и шламы гальванических производств. В настоящее время подобные производства имеют практически все предприятия машиностроительной, электротехнической и других отраслей промышленности.

Известные методы очистки технологических стоков сводятся к их переработке в гидроксиды тяжелых металлов и выделению их в виде гальваношламов. Переработка последних для многих предприятии обременительна, поэтому после нейтрализации гальваношламы направляются на захоронение.

Накопление гальваношламов в отвалах занимает полезные площади и приводит к загрязнению водоемов, связанному с просачиванием в водоносные горизонты.

Вопрос глубокого обезвоживания подобных отходов эффективно не решен практически нигде. Во всем мире для укачанных целей применяется самые разнообразные установки: барабанные и дисковые вакуум-фильтры, центрифуги и центрипрессы, камерные и ленточные фильтр-прессы.

На большинстве предприятий, где имеются участки механического обезвоживания, установленное оборудование является слишком сложным и ненадежным, особенно это касается центрифуг и ленточных фильтр-прессов.

По данным одного из изготовителей фильтровального оборудования - немецкой фирмы Hoesch - примерно в 70% случаев на очистных сооружениях всего мира применяют камерные фильтр-прессы.

Фильтр-прессы

Какоборудование для фильтрования промышленных суспензий камерные фильтр-прессы известны еще с прошлого века. Однако целый ряд недостатков конструкции резко ограничивали область их применения. В первую очередь это - необходимость затрат тяжелого физического труда на перемещение плит при выгрузке осадка, невозможность регенерации фильтрующей перегородки без съема ее с фильтр-пресса, большая металлоемкость, сравнительно малая единичная мощность.

Более прогрессивное оборудование - автоматические фильтр-прессы типа КМП (старое название ФПАКМ) - были разработаны УкрНИИхиммашем в 50-х годах XX века для применения в химической промышленности, выпусаются до сих пор Бердичевским ПО Прогресс.

Однако значительная сложность конструкции, большая энергоемкость, малая единичная мощность (максимальная поверхность фильтрования одного фильтра - 25 м?) и главное, недостаточная надежность отдельных узлов и деталей являлись существенными недостатками при их эксплуатации. Между тем, новые конструкторские решения и развитие электроники привели в середине 80-х годов XX века к созданию новых фильтр-прессов, которые выгодно отличающихся от своих предшественников.

Фильтр-прессы нового поколения - саморазгружающиеся машины с вертикально расположенными плитами верхней подвески. Они просты в эксплуатации, обладают минимальной энергоемкостью, обеспечивают получение отфильтрованного осадка низкой влажности. В настоящее время подобное оборудование выпускает целый ряд фирм США, Германии, Италии, Франции, Великобритании, Чехии, Японии, КНР, Кореи, Индии, России.

Принципиальная конструкция всех современных фильтр-прессов достаточно проста и более ремонтопригодная, в отличие от других типов фильтровального оборудования.

В целом, фильтр-пресс представляет собой набор фильтровальных плит, подвешенных вертикально на боковых упорах, которые опираются на лонжероны, либо на верхней балке. Лонжероны одним концом жестко закреплены на упорной плите, другим на передней стойке.

Балка опирается на переднюю и заднюю стойки. На передней стойке закреплен механизм зажима плит: в большинстве случаев - гидроцилиндр, на задней - размещены технологические запорно-регулирующие клапаны. Фильтровальные плиты изготовлены из полипропилена и могут иметь различную глубину камеры фильтрования - от 7,5 до 25 мм, что соответствует толщине выгружаемого осадка 15...50 мм.

Это позволяет, при предварительно обоснованном выборе необходимой глубины камеры, проводить фильтрование с максимально возможной для данной суспензии производительностью. При необходимости, возможно применение фильтровальных плит, оснащенных мембранами для прессования осадка.

Фильтр-прессы HydroTrend имеет ряд конструкторских особенностей, выводящих их на уровень зарубежных производителей:

Полностью автоматическая система разгрузки фильтр-пресса. Возможность полного отказа от участия человека в выгрузке осадка. Возможность выгрузки поочередно из каждой камеры, поочередно по несколько камер (пакетная разгрузка), одновременно из всех камер.

Высокая степень герметичности, как на центрифугах. Суспензия и фильтрат движутся по закрытой системе, нет контакта с воздухом рабочей зоны как на вакуумных и ленточных фильтрах.

Низкая энергоемкость по сравнению с другими типами фильтров. Если на вакуумных и ленточных фильтрах, а также центрифугах привод фильтра расходует электроэнергию постоянно, то на фильтр-прессах только во время зажима плит и выгрузки осадка. На фильтр-прессах нет сложной энергоемкой кинематики как на ленточных фильтрах. На фильтр-прессах нет энергоемкой вакуумной системы как на вакуум-фильтрах. На фильтр-прессах нет энергоемкого привода как на центрифугах.

Полностью автоматическое устройство регенерации фильтровального полотна водой. Для экономичного использования фильтр-прессов большое значение имеет срок службы фильтровальных салфеток, что в большой степени связано с эффективностью их регенерации. Фильтр-прессы оснащаются автоматическим промывным устройством (мойкой), которое с заданной периодичностью смывает загрязнения с ткани. Мойка представляет собой трубу с соплами, которая может перемещаться вверх-вниз между плитами и вперед-назад вдоль фильтр-пресса.

Мощная станция гидропривода, позволяющая производить отвод и подвод нажимной плиты за 30 секунд и обеспечивающая усилие зажима плит до 450 тонн, что позволяет надежно герметизировать камеры. Система управления фильтр-прессов позволяет отслеживать давление в гидросистеме зажима плит и, в случае необходимости, выполнять "подкачку зажима" без участия оператора.

Герметичный каплесборник для сбора капельной жидкости и проливов фильтрата. В раме фильтр-пресса под фильтровальными плитами смонтирован двухстворчатый поддон-каплесборник, перекрывающий проем для выгрузки осадка. При выполнении операций разгрузки, створки поддона раскрываются, предоставляя осадку возможность беспрепятственно выпадать на транспортер или в специальный бункер. В ходе выполнения других операций, в особенности, регенерации, створки поддона плотно закрываются, надежно защищая проем выгрузки осадка от аварийных течей суспензии или подаваемой на регенерацию воды.

Система автоматики, построенная на промышленном микроконтроллере (Siemens, Alan Bradley и т.п.), совместимая с множеством современных АСУ ТП и SCADA-систем. Современный уровень развития техники требует соответствующего уровня автоматизации процессом работы фильтр-пресса. Наличие связанного с фильтр-прессом внешнего оборудования предполагает получение определенной информации о состоянии предыдущего и последующего участков производства.

Система автоматики для фильтр-прессов позволяет не только обеспечить бесперебойный полностью автоматизированный режим работы самого фильтр-пресса и связанного с ним внешнего оборудования, но может быть интегрирована в общую систему автоматики конкретного производства. В систему получения данных входят датчики давления, уровня, положения, путевые выключатели, расходомеры. По отработанным алгоритмам система автоматики управляет насосами и золотниками станции гидропривода, запорной арматурой, насосами подачи суспензии и промывных жидкостей, осуществляет синхронизацию работы нескольких фильтр-прессов в одной линии.

Исследование фильтровальных свойств гальваношламов

При выборе технологии и оборудовании фильтрования предполагает проведение предварительных экспериментов, направленных на изучение фильтровальных свойств исследуемой суспензии. Мы предлагаем предварительно изучить суспензию клиента в собственной лаборатории, оснащенной установками, моделирующими работу фильтр-пресса.

Поверхности фильтрования варьируются в интервале 0,01 м? - 0,5 м?. Особое внимание уделяется вопросу выбора фильтровальных тканей. В настоящее время открыт доступ к широкому ассортименту высококачественных тканей, поставляемых как отечественными зарубежными производителями. Их фильтровальные свойства находятся в широком диапазоне: проницаемость по воздуху колеблется от 15 до 150 л/м?*с, размер пор - от 20 до 100 мкм.

Современные ткани имеют монофилументную структуру и каландрированную поверхность, благодаря чему осадок легче отстает при разгрузке фильтр-пресса. Кроме того, такие ткани меньше забиваются в процессе фильтрования и лучше поддаются регенерации.

За последнее время в лаборатории были проведены испытания фильтровальных свойств гальваношламов самых разнообразных составов и свойств. Типичные результаты этих экспериментов представлены в Приложении 1.

Основной показатель - расчетная производительность показывает объем суспензии, который может быть отфильтрован в течение часа с 1 м? фильтрующей поверхности. В качестве фильтрующей перегородки использовалась полиэфирная ткань Terilen-0303.

Очевидно, что скорость и эффективность обезвоживания определяется гранулометрическим составом и количеством твердой фазы суспензии, а также вязкостью жидкой фазы, которая, в свою очередь, зависит от химического состава и температуры.

Поэтому данные таблицы могут лишь ориентировочно использоваться при подборе фильтровального оборудования. В каждом конкретном случае необходимо проведение оригинальных краткосрочных исследований в лаборатории, при этом нужно отправить нам 8-10 литров исходной суспензии.

Кроме экспериментов с "чистыми" суспензиями, проводились исследования влияния флокулянта - полиакриламида. При добавлении 0,1% раствора флокулянта из расчета 2,5% от массы твердого в суспензии удельная производительность фильтрования возрастает в 2...3 раза: для хромсодержащих гальваношламов - до 200 л/ м?*ч, для никельсодержащих гальваношламов - до 180 л/ м?*ч, для цинксодержащих гальваношламов - до 120 л/ м?*ч.

Особенности выбора фильтр-прессов

Учитывая нагрузку на фильтровальный участок и зная производительность фильтрования, в каждом конкретном случае можно определить необходимую площадь фильтрования. Фильтр-прессы HydroTrend имеют поверхность фильтрования от 0,5 до 1180 м?. Однако при выборе фильтр-пресса следует учитывать ряд аспектов.

Во-первых, алгоритм работы фильтр-пресса предполагает чередование фазы активного фильтрования с фазой выполнения так называемых вспомогательных операций. В это время не происходит отбора суспензии и выделение фильтрата. При обезвоживании гальваношламов вспомогательными операциями будут: зажим фильтр-пресса (до 1 мин), закрытие поддона для выгрузки осадка (10-15 сек), прессование осадка (до 5 мин), просушка осадка (до 3 мин), открытие поддона для выгрузки осадка (10-15 сек), раскрытие блоков плит фильтр-пресса (5-10 мин). Время цикла работы складывается из длительности фильтрования и общей длительности вспомогательных операций. Поэтому реальная производительность фильтрования будет ниже расчетной скорости фильтрования.

Во-вторых, эффективная работа фильтр-пресса предполагает периодическое проведение регенерации. С точки зрения производительности, данная операция является вспомогательной и требует вывода фильтр-пресса из производственного процесса на срок до 40 мин. Соответственно, на время регенерации одного фильтр-пресса снижается пропускная способность всего участка фильтрования на величину, зависящую от количества установленных фильтр-прессов. Существенным является вопрос выбора камерного или мембранного варианта исполнения фильтр-пресса. Использование мембран позволяет достичь двух положительных эффектов. Во-первых, в ходе фильтрования наступает момент, когда скорость процесса начинает усиленно снижаться. Это происходит в начале зафильтровывания камеры осадком по периметру. Дальнейшее фильтрование характеризуется малой мгновенной производительностью.

Для обеспечения высокой удельной, производительности, дофильтровывание эффективнее проводить с помощью мембран. Второй случай относится к вопросам получения осадка с минимально возможной влажностью. Осадок, подпрессованный с помощью мембран в меньшей степени подвержен растрескиванию и более эффективно поддается просушке. В случаях затрудненного обезвоживания гальваношламов отжим мембранами позволяет снизить влажность выгружаемого осадка.

Таким образом, на основе проведенных исследований показана принципиальная возможность обезвоживания гальванических шламов с помощью современных фильтр-прессов, производимых компанией HydroTrend.

Показано, что производительность фильтрования варьируется в пределах 0,04...0,2 м?/м?*ч, влажность выгружаемого осадка - 40...80%, в зависимости от природы гальваношламов, В отдельных случаях труднофильтруемых суспензий для снижения влажности осадка целесообразно применение мембранных фильтр-прессов.

Фильтровальные свойства различных по природе гальваношламов значительно отличатся между собой. В одних случаях фильтрование происходит достаточно быстро при невысоком давлении (№ 1...4), в других - 1...2 часа. Влажность выгружаемого осадка колеблется в пределах 40...80%. В некоторых случаях (№. 5, 7) удовлетворительную влажность осадка можно получить только применением отжимных мембран.

Толщина получаемого в экспериментах осадка лежит в пределах 7...25 мм. Так как в фильтр-прессе фильтрование в камере происходит в обе стороны, то толщина выгружаемого осадка из фильтр-пресса будет составлять 14 - 50 мм.

4. СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ И УТИЛИЗАЦИИ

МАГНИТНЫХ ШЛАМОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к области магнитной очистки технологических жидкостей, смазочно-охлаждающих жидкостей, моющих растворов и может быть использовано на металлообрабатывающих производствах при обработке металлов давлением, резаньем и прокатке. Способ включает пропускание очищаемой жидкости через магнитные сепараторы с последующем обезвоживанием шламового продукта. Очистку жидкости проводят в напорных магнитных сепараторах закрытого типа, а очищенную жидкость собирают в баке-накопителе и используют ее в качестве промывочной жидкости для очистки напорных магнитных сепараторов закрытого типа от шлама. Полученный шлам сгущают в магнитном сепараторе открытого типа и подают на обезвоживание. Жидкость, выделенную в процессе обезвоживания шламового продукта, направляют в емкость магнитного сепаратора открытого типа, а очищенную в магнитных сепараторах открытого типа промывочную жидкость - в напорные магнитные сепараторы закрытого типа. Устройство включает источник загрязнения жидкости магнитными включениями, который посредством насоса и трубопровода подачи жидкости соединен как минимум с двумя напорными магнитными сепараторами закрытого типа.

Напорные магнитные сепараторы закрытого типа посредством трубопроводов и задвижек соединены с баком-накопителем и магнитным сепаратором открытого типа, который посредством конвейера соединен с фильтром обезвоживания. Технический результат - повышение качества очистки жидкостей, снижение себестоимости очистки, в том числе и энергозатрат, уменьшение габаритов устройства. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области магнитной очистки технологических жидкостей (ТЖ), смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), моющих растворов и может быть использовано на металлообрабатывающих производствах при обработке металлов давлением, резаньем и прокатке. Известен способ магнитной сепарации жидкости, реализованный устройством «Магнитный фильтр - сепаратор» (см. АС 915897. Кл. B01D 35/06, В03С 1/00. Опубл. 30.03.1982 г. Бюл. 12), заключающийся в том, что удаление из жидкости магнитных включений осуществляется за счет осаждения последних на магнитных стержнях, расположенных соосно движению очищаемой жидкости, а регенерационный смыв осажденных на магнитных стержнях магнитных включений осуществляется напором жидкости, направленным перпендикулярно магнитным стержням из труб, расположенных соосно вокруг магнитных стержней.К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что очищаемая жидкость сепарируется в корпусе фильтра в турбулентном режиме, что существенно снижает качество ее очистки, а регенерационный смыв осажденных на магнитных стержнях магнитных включений, осуществляемый напором жидкости, направленным перпендикулярно магнитным стержням из труб, расположенных соосно вокруг магнитных стержней, малоэффективен вследствие того, что сам основной поток регенерационной жидкости в корпусе направлен вниз соосно магнитным стержням. При этом основной поток регенерационной жидкости изменяет вектор силы смыва и тем самым полностью не обеспечивается удаление магнитных включений с магнитных стержней.

Следует отметить, что в случае использования в качестве регенерационной жидкости самой очищаемой жидкости, возникает задача дальнейшей очистки регенерационный жидкости, сгущения и обезвоживания шламового продукта, которая не решена в рамка указанного авторского свидетельства.

Кроме того, конструкция известного устройства не позволяет использовать мощные магниты, магнитные стержни значительной длины, а также располагать магнитные стержни близко друг к другу, так как магнитные силы из-за разной полярности способствуют притягиванию магнитных стержней друг к другу, а в конечном итоге «слипанию» их между собой.

Более эффективный способ очистки жидкости и сгущения шламового продукта решается в устройстве «Магнитный сепаратор» (см. патент 2207913. Кл. B01D 35/06, В03С 1/00, С10М 175/04. Опубл. 10.07.2003 г. Бюл. 19), заключающийся в том, что удаление из жидкости магнитных включений осуществляется за счет осаждения из жидкости магнитных частиц на магнитных патронах с последующем удалением шлама с магнитных патронов с помощью шламосъемных элементов в конвейер.

Работа такого устройства показала, что эффективность очистки жидкости от магнитных включений повышается с увеличением концентрации включений в жидкости, т.е. известный магнитный сепаратор эффективно работает при загрязнениях жидкости от 1,0 г/дм3 и более, что не всегда имеет место в системах очистки.

Эти обстоятельства резко снижают качество очистки жидкости и ограничивают производительность устройства очистки.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что очистку жидкости проводят в напорных магнитных сепараторах закрытого типа (НМСЗТ), а очищенную жидкость собирают в баке-накопителе и используют ее в качестве промывочной жидкости для очистки НМСЗТ от шлама, полученный шлам сгущают в магнитном сепараторе открытого типа (МСОТ) и подают на обезвоживание. Жидкость, выделенную в процессе обезвоживания шламового продукта, направляют в емкость МСОТ, а очищенную в МСОТ промывочную жидкость - в НМСЗТ.

Устройство для осуществления способа очистки жидкостей и утилизации магнитных шламов подсоединено, как правило, к источнику загрязнения жидкости магнитными включениями, а затем посредством насоса и трубопровода подачи жидкости соединено как минимум с двумя НМСЗТ, которые, в свою очередь, посредством трубопроводов и задвижек соединены с баком-накопителем и МСОТ, который посредством конвейера соединен с фильтром обезвоживания. Фильтр обезвоживания посредством трубопровода соединен с емкостью МСОТ, который, в свою очередь, посредством трубопровода соединен с трубопроводом подачи жидкости на НМСЗТ.

Бак-накопитель посредством насоса и трубопроводов присоединен к источнику загрязнения жидкости магнитными включениями и через регулируемую задвижку соединен с НМСЗТ.

Использование предлагаемого изобретения обеспечивает следующий технический результат: повышение качества очистки жидкостей, снижение себестоимости очистки, в том числе и энергозатрат, уменьшение габаритов устройства.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложенный способ включает пропускание очищаемой жидкости через магнитные сепараторы с последующим обезвоживанием шламового продукта.

Особенность заключается в том, что очистку жидкости проводят в НМСЗТ, а очищенную жидкость собирают в баке-накопителе и используют ее в качестве промывочной жидкости для очистки НМСЗТ от шлама, полученный шлам сгущают в МСОТ и подают на обезвоживание. Жидкость, выделенную в процессе обезвоживания шламового продукта, направляют в емкость МСОТ, а очищенную в МСОТ промывочную жидкость - в НМСЗТ.

Устройство для осуществления способа очистки жидкостей и утилизации магнитных шламов, включающее магнитные сепараторы, фильтр обезвоживания, бак-накопитель, конвейер, трубопроводы, задвижки, насосы.

Особенность заключается в том, что источник загрязнения жидкости магнитными включениями посредством насоса и трубопровода подачи жидкости соединен как минимум с двумя НМСЗТ, которые, в свою очередь, посредством трубопроводов и задвижек соединены с баком-накопителем и МСОТ, который посредством конвейера соединен с фильтром обезвоживания. Фильтр обезвоживания посредством трубопровода соединен с емкостью МСОТ, который, в свою очередь, посредством трубопровода соединен с трубопроводом подачи жидкости на НМСЗТ.

Бак-накопитель посредством насоса и трубопроводов присоединен к источнику загрязнения жидкости магнитными включениями и через регулируемую задвижку соединен с НМСЗТ.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном изобретении, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение: способ и устройство для его реализации соответствует условию «новизна».Конструкция изобретения, реализующая заявленный способ, представлена на чертеже.

Устройство включает в себя:- блок очистки жидкости - А,- блок сгущения шламового продукта - Б,- блок обезвоживания шламового продукта - В.Устройство очистки жидкостей и утилизации магнитных шламов состоит из напорных магнитных сепараторов закрытого типа (НМСЗТ) 1, магнитного сепаратора открытого типа (МСОТ) 2, фильтра обезвоживания 3, бака-накопителя 4, конвейера 5, насосов 6, 7 и 8, задвижек 9, 10, 11, 12 и 13, источника загрязнения жидкости - например, прокатного стана 14, емкостей для масла 15 и шлама 16, трубопроводов 1722.Устройство работает следующим образом.

В режиме очистки. Загрязненная магнитными включениями жидкость с прокатного стана 14 насосом 6 по трубопроводу 17 через задвижки 10 нагнетается в корпус НМСЗТ 1. Протекая через сепаратор в режиме ламинарного движения через решетки, набранные из магнитных стержней, жидкость очищается от магнитных включений за счет прилипания магнитных частиц к магнитным стержням. Очищенная в НМСЗТ 1 жидкость через задвижки 12 по трубопроводу 18 сливается в бак-накопитель 4, откуда насосом 7 по трубопроводу 19 нагнетается на прокатный стан 14.В режиме промывки устройства. По мере накопления магнитного шлама на магнитных стержнях в НМСЗТ 1 возникает необходимость промывки НМСЗТ. В этом случае закрываются задвижки 10, 12 и открываются задвижки 9, 11 одного из НМСЗТ 1 (остальные НМСЗТ работают в режиме очистки). Кроме того, открывается задвижка 13, и очищенная жидкость из бака-накопителя 4 насосом 7 по трубопроводу 20 под давлением подается в корпус НМСЗТ 1. Нагнетаемая в корпус НМСЗТ 1 жидкость (являясь с этого момента промывочной жидкостью) в турбулентном режиме смывает с магнитных стержней магнитный шлам и по трубопроводу 21 сливается в емкость МСОТ 2.

Следует отметить, что концентрация шлама в промывочной жидкости в этот момент в 10-100 раз превышает концентрацию шлама в очищаемой жидкости в процессе очистки. Кроме того, вследствие малого времени промывки (1-2 мин) объем слитой промывочной жидкости в емкость МСОТ 2 незначителен, тем самым производительность МСОТ 2 в 30-60 раз ниже суммарной производительности НМСЗТ 1.После промывки НМСЗТ 1 закрываются задвижки 9, 11, 13 и открываются задвижки 10, 12.Режим очистки промывочной жидкости и сгущения шламового продукта.

При этом режиме в емкости МСОТ 2 осуществляется очистка промывочной жидкости от магнитного шлама с помощью магнитных стержней и донного конвейера (работу устройства см. «Магнитный сепаратор», патент 2207913). Удаленный шлам сбрасывается на конвейер 5, а постороннее масло - в емкость 15. Очищенная промывочная жидкость по трубопроводу 22 насосом 8 периодически откачивается в трубопровод 17 для очистки в НМСЗТ ГНМС 1.Таким образом, предложена замкнутая система очистки жидкости.

Режим обезвоживания шламового продукта. С конвейера 5 шлам сбрасывается в фильтр обезвоживания 3, откуда с влажностью 25-35% в емкость 16. Выжатая из шлама промывочная жидкость по трубопроводу 23 сливается в емкость МСОТ 2.Использование в предлагаемом устройстве очистки на первой ступени НМСЗТ 1 с ламинарным режимом работы повышает качество очистки.

Отсутствие насосов между блоками очистки, сгущения и обезвоживания снижает себестоимости очистки, в том числе и энергозатраты.

Предлагаемая компоновка устройств очистки, сгущения и обезвоживания снижает габариты всей системы.

Таким образом, вышеизложенное описание свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:- средство, воплощающее заявленное изобретение, при его осуществлении предназначено для магнитной очистки технологических жидкостей (ТЖ), смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), моющих растворов и может быть использовано на металлообрабатывающих производствах при обработке металлов давлением, резаньем и прокатке;- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить достижение, усматриваемое заявителем, поставленных технических задач.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость». Формула изобретения

1. Способ очистки жидкостей и утилизации магнитных шламов, включающий пропускание очищаемой жидкости через магнитные сепараторы с последующим обезвоживанием шламового продукта, отличающийся тем, что очистку жидкости проводят в напорных магнитных сепараторах закрытого типа (НМСЗТ), а очищенную жидкость собирают в баке-накопителе и используют ее в качестве промывочной жидкости для очистки НМСЗТ от шлама, полученный шлам сгущают в магнитном сепараторе открытого типа (МСОТ) и подают на обезвоживание.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкость, выделенную в процессе обезвоживания шламового продукта, направляют в емкость МСОТ, а очищенную в МСОТ промывочную жидкость - в НМСЗТ.

3. Устройство для очистки жидкостей и утилизации магнитных шламов, включающее магнитные сепараторы, фильтр обезвоживания, бак-накопитель, конвейер, трубопроводы, задвижки, насосы, отличающееся тем, что источник загрязнения жидкости магнитными включениями посредством насоса и трубопровода подачи жидкости соединен как минимум с двумя НМСЗТ, которые в свою очередь посредством трубопроводов и задвижек соединены с баком-накопителем и МСОТ, который посредством конвейера соединен с фильтром обезвоживания.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что фильтр обезвоживания посредством трубопровода соединен с емкостью МСОТ, который в свою очередь посредством трубопровода соединен с трубопроводом подачи жидкости на НМСЗТ.5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что бак-накопитель посредством насоса и трубопроводов присоединен к источнику загрязнения жидкости магнитными включениями и через регулируемую задвижку соединен с НМСЗТ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мансуров И.З., Бромберг А.И. Ломоперерабатывающее оборудование. Обзор. - М.: НИИМАШ, 1982. - 96 с.

2. Вторичные материальные ресурсы черной металлургии. Справочник в 2-х т. т.1: Лом и отходы черных металлов и огнеупорных материалов / под ред. Хомского Г.С. - М.: Экономика, 1986. - 229 с.

3. Морозов С.И. Оборудование для переработки легковесного лома. - М.: Металлургия, 1982. - 232 с.

4. Справочник по чугунному литью / под ред. Гиршовича Н.Г. - Л.: Машиностроение, 1978. - 758 с.

5. Высококачественные чугуны для отливок / под ред. Александрова Н.Н. - М.: Машиностроение, 1982. - 222 с.

6. Шевелева Л.Н., Метушевская В.И. Качество стали и влияние на него использования лома (по материалам Европейской экономической комиссии ООН) - М.: Машиностроение, 1995. - 176 с.

7. Валеев В.Х., Сомова Ю.В., Авдеева М.В. Разработка способа переработки замасленной окалины прокатного производства / Межрегиональный сб. науч. тр.: Теория и технология металлургического производства. Вып. 7. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. - С.150-152.

8. Вторичные материальные ресурсы черной металлургии. Справочник в 2-х т. т.2: Шлаки, шламы, отходы обогащения железных и марганцевых руд, отходы коксохимической промышленности, железный купорос / под ред. Смирнова Л.А. - М.: Экономика, 1986. - 344 с.

9. Черепанов К.А., Черныш Г.И., Динельт В.М., Сухарев Ю.И. Утилизация вторичных материальных ресурсов в металлургии. - М.: Металлургия, 1994. - 224 с.

10. Сокуренко А.В., Шеремет В.А., Кекух А.В. Опыт утилизации железосодержащих шламов и вторичной окалины // Сталь. 2006. №1. - С.82-85. Размещено на Allbest.ru