Қара металлургия өндірісінің қалдықтарын қайта өңдеу және кәдеге жарату

Өндірістік, ауыл шаруашылық процесстердің  және адамдардың өмір тіршілігінің нәтижесінде пайда  болатын заттарды қалдықтар депатайды. Қалдықтар қатты, сұйық және газ тәрізді болып бөлінеді. Өндірістік күштердің ұлғаюынан әлемде қалдықтардың саны өсуде және оларды қайта өңдеу адамзат үшін үлкен мәселелердің бірі болып тұр.

Қалдықтарды қайта өңдеудің негізгі бағыттары:

1) қалдықтарды тастау орындарына жіберу (экологиялық жағдайдың нашарлауы, жұқпалы аурулардың пайда болуы және т.б.);

2) өртеу (ол зиянды заттардың шығарылуына, диоксиндердің, фурандардың және т.б. пайда болуына әкеледі және газды тазалауға біршама шығынды талап етеді);

 3) биожағармай мен тыңайтқышты биотермиялық өңдеу арңылы алу (әлі көп қолданысқа ие болған жоқ).

 

Қара металлургия  өндірісінің қалдықтарын қайта  өңдеу және кәдеге жарату

Қазіргі уақытта экологиялық  мәселелердің өсуінен және шикізаттағы  мақсатты қоспалардың аз болу себебінен  металлургия өндірісінің техногенді қалдықтарын комплексті пайдалану  аса маңызды мәнге ие болып  отыр.

Интенсивті технологияға көшу және металлды темірдің негізгі  көздерінің азаюы тағы бір мәселені тудырып отыр. Темір ұнтағының  негізгі салмағын қарапайым шикізат  көздерін қолдану арқылы алады (болат, окалина, металлды губка).

Бастапқы шикізаттың тек  аз бөлігінде ғана ең негізгі компонент – металл күйдегі темір болады. Көп жағдайда темір қышқыл күйінде кездеседі.

Қолданылған өндірістік қоспаларда темірдің үлкен мөлшері болады: улайтын  қоспаларда, химиялық және электрохимиялық  сырлау және т.б.

 

копировать

 

 Негізінен темір бұл қоспаларда қышқыл күйінде кездеседі ( III) . Электролиз бен сутегінің көмегімен темір иондарын металл күйге қайта айландыруға болады. Бірақ. Электролиздің жүру процессі көп уақыт алады (шамамен 120 сағат). Бұл жағдай қуат мен материалдың көп шығынын алады. Сутегімен қайта қалпына келтіру жоғары қысым мен температурада реактор – автоклавта жүреді. Бұл жағдай жарылғыш және өрт қаупімен мінезділеді.

Темірді дәстүрлі қайта қалпына  келтіретіндер әрқашан оң нәтиже бермейді олар - сутегі, кальций гидриті, калий және натрий тетрагидриоайналысы, сонымен қатар электрлік тоқ. Электрохимиялық әдіс – үнемді, аз қуат жүмсайтын және ең қарапайым болып табылады.

Көбінесе салмақтық қалдықтарға:

-окалина;

-әр түрлі жолдармен шыққан шламдар;

-құрамында темірі бар шаңдар.

Мұндай қалдықтарды өндіріс  айналымына қайта оралту нәтижелі емес, себебі олар органикалық және бейорганикалық қоспалармен ластанған.

Оларды көбінесе химиялық құрамдарына байланысты және ликвидті тауар алу мақсатымен қайта кәдеге жаратады. Осыған байланысты қайта  қалпына келтіру үрдістері:

• жоғарға дәрежелі темір мен химиялық реактивтерді алу;
• физико-химиялық және физико-механикалық мінездемелері бойынша темір ұнтағын алу;

–  табиғи және ақаба суларды тазартуға арналған коагулянт синтезі;

• құралыс және жол жасау материалдары мен қоспаларын алу;

Аталған шаралардың жиыны  темірді темір қоспаларындағы ≥2% алуға мүмкіндік береді. Сонымен қатар темірді элемент күйінде алуға болады, олар дисперсті және жиынды күйде кездесуі мүмкін. Бұл үрдіс тиімділігі жоғары, темірді алу >90-95% құрайды.

Темір мөлшеріне микрозондты рентгенспектральды анализ жасаған кезде, электондымикроскопиялық бақылау нәтижесінде қалпына келген темір формасы – сфералық болған (40-50 мкм). Алынған тұнбалар рентгенді фазалық анализге жіберілген, нәтижесі кестеде (1) көрсетілген.

 

Сурет 1. Темір тұнбасындағы бөлшектің микрофотосуреті

 

 

 

 

 

 

Кесте 1

 Тұнбаның (1) -ден NaOH(2) аралықтағы рентгенфазалық анализдің қорытындысы.

 

	Тәжірибе нәтижесі		Анықтамада берілгендер		(JСPDS)
№			-Fe		Al
	d,	Iотн,%	d,	Iотн,%	d,	Iотн,%
	2,340	2	—	—	2,338	100
	2,028	100	2,027	100	2,024	47
1	1,434	9	1,433	19	1,431	22
	1,171	20	1,170	30	1,169	7
	1,013	8	1,013	9	—	—
	2,027	100	2,027	100	—	—
2	1,433	16	1,433	19	—	—
	1,170	25	1,170	30	—	—

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Согласно данным электронной микроскопии, частицы полученного в рассматриваемом случае железа имеют сферическую или близкую к ней форму и различные размеры. Большие частицы (40-50 мкм) несут на своей поверхности субиндивиды сферической формы меньших на 1-2 порядка размеров, а также - ажурную сеть нитевидных зародышей в микротрещинах и порах. Травление частиц в щелочи еще более усложняет картину явления. Наличие большого количества зародышей на поверхности крупных частиц в сочетании с системой трещин и пор обуславливает развитость поверхности  металла, что может оказаться весьма существенным при использовании такого материала в качестве катализатора. Кроме того, их существенным признаком является наличие внутренних полостей. Все это обеспечивает специфичность физических характеристик таких порошков, например, малую насыпную плотность (1,2-1,3 г/см³).
5. Таблица 1
6. Результаты рентгенофазового анализа осадка  до (1) и после выдержки в NaOH(2).

	Результаты эксперимента		Справочные		данные (JСPDS)
№ образца			-Fe		Al
	d,	Iотн,%	d,	Iотн,%	d,	Iотн,%
	2,340	2	—	—	2,338	100
	2,028	100	2,027	100	2,024	47
1	1,434	9	1,433	19	1,431	22
	1,171	20	1,170	30	1,169	7
	1,013	8	1,013	9	—	—
	2,027	100	2,027	100	—	—
2	1,433	16	1,433	19	—	—
	1,170	25	1,170	30	—	—

9. Соответственно, постоянная решетки а равна 0,28662±±0,00001 нм , что согласуется со справочными данными: а=0,28665 нм.
10. При отсутствии процедуры выдержки осадка в щелочи, в нем отмечается появление аморфной фазы, по всей видимости псевдобемита, а с течением времени - также кристаллов байерита, образующихся из метастабильных продуктов растворения примеси - алюминия.
11. Маточный раствор после восстановления железа и его отделения экологически мало опасен и может быть использован в качестве коагулянта при очистке промышленных стоков. Следует отметить, что соли железа (III) являются хорошими коагулянтами и используются наряду с соединениями алюминия (III) для очистки природных или сточных вод. Так, например, в нашей стране выпускается более 400 тыс. тонн/год коагулянтов только на основе соединений алюминия. Тем не менее, ощущается их существенная нехватка.
12. Получаемые коагулянты представляют собой раствор на основе полимерных гомо- и гетеролигандных комплексов железа или железа и другого металла (алюминия, титана, кремния).  Как показали исследования в растворе находятся ионы Fe(OH)⁺, которые полимеризуясь через ол- и оксо- группы образуют, например, с ионами Al³⁺_aq комплекс [Fe(II)Al(III)O_x(OH)_y]^(7-2x-y)+ , придающий раствору бледно-голубую окраску. С течением времени в результате контакта с атмосферой или искусственным путем происходит окисление Fe(II)  в Fe(III), что сопровождается сменой окраски сначала на зеленую, а затем на желто-коричневую. Проведенный анализ как химического состава, так и показателей качества такого коагулянта показывает, что последний по ряду показателей не уступает отечественным и зарубежным аналогам.
13. В заключение можно отметить, что предлагаемый нами комплексный подход  позволяет обеспечить:
14. –высокую степень извлечения железа в виде дисперсного металлического порошка с размерами частиц в пределах 1-100 мкм;
15. –проводить очистку промышленных стоков от ионов и взвешенных частиц железа до уровня экологических требований;
16. –различные варианты рентабельного использования железного порошка;
17. –резкое снижение объемов отходов основного производства;