Металлургия

Дзюба О.И., канд. техн. наук, доц., Скляр Л.В., канд. техн. наук,

Селикова М.В., аспирант

Криворожский технический университет,

г. Кривой Рог, Украина

Поисковые исследования по переработке шлаков Зеленодольской ГРЭС

Переработка твердого топлива связана со значительным выходом минеральных отходов. На многих тепловых электростанциях выход золы и шлака превышает 1 млн.т. в год. Длительное время считалось, что минеральные компоненты твердого топлива являются балластом при его переработке, поэтому отходы направлялись в отвалы, что влекло за собой рост объемов золоотвалов, сооружение которых связано с отчуждением пахотной земли, требовало больших капитальных затрат и нарушало экологический природный баланс.

Зола и шлак образуются в результате термохимических превращений неорганической части топлива и различаются по химико-минералогическому составу, физико-механическим свойствам в зависимости от вида топлива и его происхождения. Эти продукты чаще всего представляют собой рыхлую массу с зернами различных размеров, реже плотные оплавившиеся и лишь частично спекшиеся пористые куски шлака.

Для проведения исследований с целью изучения возможности извлечения ценных компонентов было отобрано 200 кг шлаков Зеленодольской ГРЭС. В составе пробы было выделено три группы веществ: кристаллическое, стекловидное, органическое. Кристаллическое вещество представлено первичными минералами вещества топлива (магнетит, гематит, кварц) и новообразованиями, полученными в топочном процессе (силикаты, алюмосиликаты). В топочных процессах происходит ряд превращений, которые не успевают завершиться до наступления равновесного состояния. Продуктом такого незавершенного равновесия является стекловидная фаза. Разнообразие стекловидных фаз сводится к четырем видам, отличающиеся цветом и показателем преломления: бесцветная, желтая, бурая, черная. Термический анализ показал, что шлаки крупностью 0,5-0мм представлены в основном углем, магнетитом и фаялитом. В пробе есть кристобалиты, сфен (титанит). Кроме того, в пробе присутствуют минералы не дающие энергоэффектов на кривой ДТА, это может быть полевой шпат типа ортоклаза и фосфаты.

Для оптического анализа золошлакового материала характеризующегося большой неоднородностью вещественного состава, необходимо предварительное выделение однородных фаз в отдельные фракции, что обеспечит более полную диагностику состава. Исследуемый золошлаковый материал после разделения по классам крупности направлялся на гравитационный анализ. Результаты гранулометрического анализа приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Гранулометрическая характеристика шлаков, %

Класс крупности, мм	Выход	V	Sc	Pb	Ti	Zr
+ 0,5	6,0	0,03	0,003	0,005	0,1	0,01
0,2-0,25	5,3	0,03	-	-	0,1	0,01
0,25-0,16	9,5	0,03	-	-	0,1	0,01
0,16-0,07	33,1	0,04	-	-	0,1	0,01
0,07-0,04	13,0	0,03	-	-	0,1	0,01
- 0,04	33,1	0,04	0,003	0,005	0,1	0,01
Итого	100,0	0,03	0,003	0,005	0,1	0,01

Данные таблицы свидетельствуют о том, что проба шлаков в основном, представлена классом 0,16-0мм, выход которого составил 79,2%. Основными элементами, концентрация которых достигает десятые и сотые доли, являются: ванадий, скандий, свинец, хром, титан, цирконий.

На данном этапе работы было изучена возможность вскрытия ванадийсодержащих продуктов с дальнейшим получением V₂O₅. Ванадий в шлаках находится в виде V₂O₅, дисперсные (около 0,005-0,001мм) частицы которого запыляют другие минеральные фазы, в основном гидрооксиды железа. Концентрация элементов, полученных механическими методами обогащения соответствует условиям на сырье, направляемое на гидрометаллургический передел и составляет по V₂O₅ – 0,36%. Отработка гидрометаллургического режима по извлечению ванадия проводилась на продуктах механического обогащения. Технологическая схема химического обогащения ванадийсодержащих продуктов включала: подготовку шихты, которая состояла из шлака и поваренной соли; спекание шихты, измельчение спека, выщелачивание водой и серной кислотой, фильтрацию и промывку остатка. Исследование по спеканию шихты проведены в интервале температур 800-850⁰С. Время обжига 1час. Водное выщелачивание проводилось в следующих параметрах: отношение твердого к жидкому (Т:Ж) равно 1:3 – 1:4, температура 20-25⁰С. Выщелачивание серной кислотой проводилось при отношении Т:Ж 1,3:1,4, массовая доля серной кислоты в жидкой фазе 5-8%. Наибольшее извлечение получено при температуре 800⁰С. При этом в случае водного выщелачивания получаются растворы с массовой концентрацией V₂O₅ – до 16г/дм³; при кислотном выщелачивании до 33 г/дм³ V₂O_5. Для выделения ванадия из растворов можно рекомендовать его осаждение в виде гидратированной V₂O₅ путем гидролиза раствора. При соблюдении оптимальных условий выделено более 99% ванадия_.

Таким образом, в результате проведенной работы установлено, что шлаки Зеленодольской ГРЭС могут быть вовлечены в переработку с целью извлечения ванадия. В настоящее время работа продолжается в направлении извлечения других ценных компонентов и поиску оптимизации режимов гидрометаллургической переработки.