Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка технологии обезмасливания железосодержащих шламов для обогащения на основе гидродинамической кавитации в роторно-импульсных аппаратах

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии обезмасливания железосодержащих шламов для обогащения на основе гидродинамической кавитации в роторно-импульсных аппаратах"

На правах рукописи

СОМОВА ЮЛИЯ ВАСИЛЬЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗМАСЛИВАНИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ НА ОСНОВЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ В РОТОРНО-ИМПУЛЬСНЫХ АППАРАТАХ

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 ОКТ 2013

005535400

Екатеринбург -2013

005535400

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» и в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Валеев Валерий Хакимзяновнч

Официальные оппоненты: Газалеева Галина Ивановна,

доктор технических наук, ОАО «Научно-исследовательский и проектный институт обогащения и механической обработки полезных ископаемых «Уралмеханобр»» г. Екатеринбург, заместитель генерального директора по науке

Антонинова Наталья Юрьевна, кандидат технических наук, Институт горного дела Уральского отделения РАН, зав лабораторией экологии горного производства

Ведущая организация - ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Защита диссертации состоится 14 ноября 2013 г. в 4^.00 часов в аудитории 2142 на заседании диссертационного совета Д 212.280.02, созданного на баз! ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», по адресу: 620000, ГСП г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПС «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан 11 октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета^__

доктор технических наук ^-'Т^г'- 'с-г-^ ___

Багазеев В.К

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы:

Одной из проблем предприятий черной металлургии является переработка асленной окалины и шламов. Особый интерес при этом представляют ¡езосодержащие замасленные шламы донных отложений шламонакопительных тем. Содержание железа в них колеблется в пределах 45-63 %, что позволяет тать их ценным техногенным сырьем. Переработка замасленных шламов в тоящее время решается в основном в одном направлении — обезмасливание с ледующей утилизацией. Однако химическое (отмывка химическими реагентами) термическое (выжигание масла) обезмасливание — дорогостоящие процессы, дающие дополнительные экологические осложнения в виде проблемы енерации промывных вод, очистки отходящих газов и другие. Поэтому работка эффективной технологии обезмасливания и комплексного использования асленных шламов является актуальной для предприятий черной металлургии.

Объектом исследования являются железосодержащие замасленные шламы тных отложений (далее замасленные шламы) Левобережного гидроотвала ОАО МК».

Предметом исследования являются закономерности и механизм воздействия родинамической кавитации На процесс обезмасливания шламов в роторно 1ульсных аппаратах.

Целью диссертационной работы является разработка технологии змасливания шламов для получения кондиционного железосодержащего >дукта с остаточным содержанием масел менее 0,30 %.

Идея диссертационной работы заключается в использовании эффекта рушения комплексных органических соединений, образующихся на поверхности амистых частиц, формирующих донные отложения гидроотвалов, в условиях родинамической кавитации в роторно-импульсных аппаратах.

Задачи диссертационной работы:

1. Обобщить аналитический обзор технической информации о способах и нических средствах переработки замасленных шламов и выбрать научно-■снованный способ их переработки.

2. Изучение вещественного состава, физических и физико-химических свойств ¡асленных шламов в складированных картах Левобережного гидроотвала ОАО МК», определение мощности техногенного образования.

3. Выбор и расчет устройства для генерирования гидродинамической итации.

4. Разработка лабораторной установки для исследования процесса змасливания шламов в условиях гидродинамической кавитации в роторно-

импульсных аппаратах.

5. Исследование влияния различных физико-химических факторов - часто" вращения ротора роторно-импульсного аппарата, температуры пульпы, режи] ввода дополнительного воздуха в зону кавитации, числа проходов, содержан масел на процесс обезмасливания шламов в условия гидродинамической кавитац и определение их оптимальных параметров.

6. Разработка технологии обезмасливания шламов в роторно-импульсш аппаратах с получением кондиционного железосодержащего продукта и опыть промышленной установки для ее апробации.

Основные положения, выносимые на защиту:

- гидродинамическая кавитация обеспечивает эффективное обезмасливан шламов в роторно-импульсных аппаратах без применения поверхностно-активн] веществ;

- для интенсификации процесса обезмасливания шламов необходи дополнительная подача воздуха в обрабатываемую пульпу;

- технологическая схема и установка для обезмасливания шламов содержанием масел до 4,0 % в роторно-импульсных аппаратах.

Научная новнзна защищаемых в диссертации положений заключается следующем:

- обосновано применение двухступенчатых роторно-импульсных аппарат для обезмасливания шламов в условиях развитой гидродинамической кавитации п частоте вращения ротора 3000-3500 об/мин. и скорости потока .на входе 1,12 1,250 м/с;

- установлено, что подача дополнительного воздуха в зону кавитации количестве 0,05-0,07 м3/м3 интенсифицирует процесс обезмасливания шламов;

- экспериментально определены закономерности и параметры обезмасливан шламов в условиях гидродинамической кавитации в двухступенчатых ротор1 импульсных аппаратах с содержанием нефтепродуктов до 4,0 %.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов рекомендаций диссертационной работы подтверждаются сходимост теоретических и экспериментальных зависимостей, результатами лабораторных опытно-промышленных испытаний разработанной технологии обезмасливан шламов.

Практическая значимость работы заключается в том, что автор предложена технология обезмасливания шламов с получением кондиционш железосодержащего продукта с массовым содержанием железа 60,0-65,0 % остаточного масла до 0,30 % (Патент РФ № 2393923), которая апробирована опытно-промышленной установке. Ожидаемый экономический эффект от внедрен данной установки по обезмасливанию шламов донных отложений состаг

62 745 583,4 руб. в год или 3 606,93 руб. на тонну. Результаты работы могут быть спользованы преподавателями ГОУ ВПО «МГТУ» при чтении лекций и ведении абораторного практикума по дисциплинам «Экология» и «Проблемы экологии в ерной металлургии».

Апробация диссертационной работы:

Основные положения диссертационной работы доложены на 1ежрегиональной научно-практической конференции "Экологическая политика в беспечении устойчивого развития Челябинской области» (Челябинск, 2005г.), 1еждународной научно-технической конференции молодых специалистов Магнитогорск, 2006 г.), 64 научно-техническая конференция по итогам научно-сследовательских работ за 2004-2005 г.г. (г. Магнитогорск, 2006 г.), VI Конгресс богатителей стран СНГ (Москва, 2007 г.), 2-й Международный промышленный орум «Реконструкция промышленных предприятий — прорыв технологии в еталлургии и машиностроении» (г. Челябинск, 2009 г.), [V Международной аучно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности в третьем ысячелетии» (г. Челябинск, 2009 г.), Международной научно-технической, онференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенных тходов» (г. Екатеринбург, 2010, 2012, 2013г.г.), Региональной научно-рактической конференции «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, рирода, общество» (г. Сибай, 2011г.), 70-я межрегиональная научно-практическая онференция «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» г. Магнитогорск, 2012г.).

Публикации:

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 15 работах, в ом числе 3 в изданиях реферируемых ВАК и получен патент РФ № 2393923 от 0.07.2010 г.

Вклад автора состоит в формировании основной идеи, постановке задач, азработке методик исследования, организации и непосредственного участия в ыполнении исследований и испытаний, анализе полученных данных и разработке екомендаций.

Структура и объем диссертационной работы: Диссертация состоит из ведения, пяти глав и заключения, списка используемых источников из 116 аименований, 4 приложений, содержит 131 страницу машинописного текста, 0 рисунков, 15 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ведении обоснована актуальность работы и сформулированы цель и задачи [сследования, а также практическая значимость и новизна работы, изложены

основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен аналитический обзор современного состоят практики переработки замасленных шламов, их преимущества и недостатк обоснована необходимость продолжения поиска новых решений в это направлении.

Сформулированы основные задачи работы по исследованию закономерност! по отмывке железосодержащих замасленных шламов гидроотвалс металлургических предприятий в условиях гидродинамической кавитации разработка технологии их обезмасливания.

Во второй главе рассмотрены условия образования и приведены результат исследований замасленных шламов. Левобережный гидроотвал ОАО «ММЬ включает три складированные и одну действующую карты. В складированнь картах в настоящее время накоплено порядка 500 ООО тыс. т замасленных шламо Массовое содержание железа в шламах составляет 58,7 - 62,6 %. Шлам мелкодисперсные, более чем на 70 % представлены классом - 0,071 мм. Г результатам рентгеноструктурного анализа, основными минеральны* компонентами являются: магнетит Ре304, гематит Ре2Оз, вюстит РеО и кварц БЮг-

В третьей главе выполнено теоретическое обоснование использован: гидродинамической кавитации для обезмасливания шламов и предложеь устройства для реализации этой идеи.

В четвертой главе предложена технология обезмасливания шламов использованием роторно-импульсных аппаратов и приведены результаты по исследованию в лабораторных условиях.

В пятой главе приведены результаты испытаний по обезмасливанию шлам в условиях гидродинамической кавитации на опытно-промышленной установ1 предложена технологическая схема и промышленная установка по обезмасливаш шламов с содержанием масел не более 4,0 %.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Гидродинамическая кавитация обеспечивает эффективное обезмасливание шламов в роторно-импульсных аппаратах без применения новерхностно-активных веществ

Механизм воздействия гидродинамической кавитации на замасленн; шламовую частицу может быть сведен к действию двух разрушающих механизм! распространению ударных волн вблизи схлопывающегося кавитационно микропузырька и ударному действию кумулятивных микроструек п несимметричном коллапсе кавитационных микропузырьков. Этим механизм

опутствуют повышение температуры (до 1000 °С) и давления (до 100 МПа) вблизи узырька, делая локальную область около него уникальным реактором для [роведения различных реакций и процессов.

В большей степени для реализации этой идеи подходят роторно-импульсные лпараты (РИА). В аппаратах данного типа наиболее полно реализуются .естационарные гидромеханические процессы (включая кавитацию), которые в вою очередь, интенсифицируют тепломассобменные процессы. В РИА кавитация ¡азвивается вследствие периодического прерывания потока обрабатываемой среды, прерывистый характер течения обрабатываемой среды вызывает повышение или онижение давления в ней. При достаточной величине разряжения (понижения авления) в обрабатываемой среде возникает гидродинамическая кавитация, кустические же колебания генерируются при любой интенсивности естационарного прерывистого потока. Следовательно, в аппарате реализуется авитационный и акустический способы воздействия на ход технологического роцесса.

Замасленные частицы окалины, попадая в - кавитационный кластер, Образованный в канале статора роторно-импульсного аппарата (рисунок 1) сказываются под воздействием схлопывающихся кавитационных пузырьков.

-—' I__30 ММ ,, Г\стаир

^ ч-н

Рисунок 1 - Кавитационный кластер, образованный в канале статора РИА

Масляные Пленки, загрязняющие поверхность окалины, разрушаются за счет ферических ударных волн, возникающих при захлопывании множества авитационных пузырьков, удаленных от очищаемой поверхности или друг от ;руга, а также за счет кумулятивных струй, возникающих при захлопывании [узырьков, находящихся в непосредственной близости от очищаемой поверхности рисунок 2). Ее точечные высокоэнергетические удары по загрязнению приводят к штенсивному разрушению последнего.

Очищающий эффект в данном случае сравним с воздействием бесчисленного множества щеточек. В зависимости от соотношения сил адгезии и когезии возможно юстепенное разрушение загрязнения или его отрыв от поверхности.

Загрязненная маслом окалина

Воздействие на загрязненную поверхность окалина ударных волн и кумулятивных с'фуек

Отмывка масляных пленок от

поверхности окалины в результате «расклинивающего» действия в образовавшихся полостях

X)

сх

Загрязнения С^Т^

Кумулятивные струйки Рисунок 2 - Механизм очистки замасленной окалины

Для определения энергозатрат в процессе разрушения загрязнения I поверхности шламовой частицы можно воспользоваться следующей зависимостью

Л-Е

£ =-, (

ттв

где, е - удельная энергия разрушения, Дж/кг;

Е - энергия, сообщаемая для разрушения загрязнения извне, Дж;

Г] - к.п.д., в долях от единицы;

ттв — масса разрушаемой поверхности, кг.

Е = пЕк О

где, п - число пузырьков, шт;

Ек - энергия кумулятивной микроструйки, Дж. Полагая, что энергия кумулятивной микроструйки сообщается разрушаемо\ загрязнению за счет удара, получим:

Ек =

тк ■

(1

где, тк - масса кумулятивной микроструики, кг;

рк - скорость кумулятивной микроструйки, м/с. Масса кумулятивной микроструйки определяется из выражения:

тк = рж ■ Ук, ('

где, рж - плотность жидкости, кг/м3;

Ук - объем кумулятивной микроструйки жидкости, м . Считая форму кумулятивной микроструйки цилиндрической, ее объем равен

л ' ¿к

где, Ук - длина кумулятивной микроструйки, м;

йк — длина кумулятивной микроструйки, м/ Диаметр и длина кумулятивной микроструйки определяется следующими оотношениями:

Лк = 0,092 • ЯМАХ; 1К = 0,116 • ПМАХ, (6)

где, Ямах ~ максимальный радиус кавитационного пузырька (в момент хлопывания), м.

Скорость кумулятивной струйки определяется выражением:

ук=к-ус, (7)

где, ис - скорость схлопывания кавитационного пузырька, м/с

к - энергетический коэффициент. Скорость схлопывания кавитационного пузырька определяется зависимостью:

2 ((Кмах\3 Л Р

"TS? (8)

где, R0 - начальный радиус кавитационного пузырька (радиус зародыша), м;

Р - давление, действующее на кавитационный пузырек, Па.

Трудностью при расчетах является определение начального и максимального адиуса кавитационного пузырька. Из работ И.М. Федоткина известно, что средний адиус кавитационного пузырька при гидродинамическом получении кавитации оставляет RCP — 20 • 10"6, м. Согласно экспериментальным данным из работ 1А. Промтова, отношение RMax/R о = 3-5-6. Принимаем соотношение 'мах/Ко = 4,5. Используя зависимости (2)-{8) можно получить выражение для пределения минимального значения конечного радиуса кавитационного пузырька, ри котором возможно разрушение загрязнения шламовой частицы:

Ямах — 4,5 •

N

(9)

33,8 -п-Р'

Практическое использование выражения (9) позволяет предварительно ценить энергию, необходимую для разрушения загрязнения шламовой частицы (1), также определить количество кавитационных пузырьков и величину их давления, ри котором происходит их схлопывание.

Для реализации идеи воздействия гидродинамической кавитации на амасленные шламы на основе анализа существующих технологий переработки амасленных шламов был разработан способ обезмасливания шламов донных тложений, принципиальная схема которого представлена на рисунке 3. Основной гастью технологического процесса является обезмасливания шламов от масел в ИА. На данный способ получен патент РФ № 2393923.

/

Пенный продукт Механоактивация в РИА

г"""

Замасленный шлам Механоактивация в РИА (Т:Ж < 1:3) _Классификация_

Камерный продукт Механоактивация в РИА Мокрая магнитная сепарация^

Хвосты Магнитная фракция

Масло на г

регенерацию Камерный продукт

Мокрая магнитная сепарация

Хвосты Магнитная фракцП!

Рисунок 3 - Принципиальная схема переработки замасленных шламов

Исследование процесса гидродинамической кавитации, представленной на рис. 4.

обезмасливания проводили на

шламов, в лабораторной

услови установ

Рисунок 4 - Общий вид установки: 1 - бак-мешалка; 2 - шламовый насос; 3,4,5 - РИА; 6 - классификатор;

7 — мокрый магнитный сепаратор

Результаты исследований по обезмасливанию шламов карты №1, с одним РР представлены на рисунке 5. Массовое содержание железа в исходном шла составляло 62,6 % и масел 3,12 %. Из приведенных данных следует, что остаточ^ содержание масла в шламах зависит от расхода пульпы, частоты вращения ротор; числа проходов пульпы через РИА.

Число проходов

а

Число проходов б

Число проходов

Рисунок 5 - Остаточное содержание масла в шламах при частоте вращения ротора: а - 2500 об./мин.; б - 3000 об./мин.; в - 3500 об./мин. в зависимости от расхода пульпы на входе и числа проходов: 1 - 0,0043 м3/с; 2 - 0,0046 м3/с; 3 - 0,0051 м3/с

На рисунке 6 приведены результаты исследования по обезмасливанию шламов двух РИА.

.....

2 3

Числа проходов 6

Число проходе

Рисунок 6 - Остаточное содержание масла в шламах при частоте вращения ротора: а - 3000 об./мин.; б - 3500 об./мин. в зависимости от расхода пульпы на входе и числа проходов: 1 - 0,0046м3/с; 2 - 0,0051 м3/с

В случае двух РИА остаточное содержание масла в шламах менее 0,30 % остигается при частоте вращения ротора 3000 об/мин. и расходе пульпы на входе

11

rl

0,0046 м /с за семь проходов и за шесть проходов при расходе пульпы на вхо 0,0051 м3/с (смотри рисунок 6,а). При частоте вращения ротора 3500 об/мин. расходе пульпы на входе 0,0046 м3/с (смотри рисунок 6,6), остаточное содержан масла в шламе 0,30 % достигается за шесть проходов и за пять проходов п расходе пульпы на входе 0,0051 м3/с.

На рисунке 7 приведены результаты исследования по обезмасливанию шлам в трех РИА. Из приведенных данных следует, что увеличение количества PI-сокращает число проходов и остаточное содержание масла 0,30 % при расхо пульпы на входе 0,0051 м3/с, и частоте вращения ротора 3500 o6./mi обеспечивается практически за четыре прохода.

5 2,5

г 2

| V

I 1

Ü 0,5

3 0

_]«— 1

Число проходов

Число проходов б

Рисунок 7 — Остаточное содержание масла в шламах при частоте вращенш ротора: а - 3000 об./мин.; б - 3500 об./мин. в зависимости от расхода пульпы на входе и числа проходов: 1 - 0,0046 м3/с; 2 - 0,0051 м /с

При этом увеличение доли мелкого зерна в конечном продукте и состав] более 80 %. При обезмасливании шламов карты №3 были получены аналогичн. результаты.

Для интенсификации процесса обезмасливания, были изготовле: двухступенчатые РИА, которые позволяют увеличить продолжительное кавитационного воздействия на шламовые частицы.

Исследования проводились на шламах шламовой карты № 1. Обезмаслива^ шламов осуществлялась по двум схемам. В первой схеме использовался один РК во второй - два, при частоте вращения ротора 3000-3500 об./мин. и расход; пульпы на входе 0,0046-0,0051 м3/с. Результаты исследований с одн' двухступенчатым РИА представлены на рисунке 8.

Из приведенных результатов следует, что обезмасливание шламов двухступенчатом РИА по сравнению с двумя одноступенчатыми РИА остаточного содержание масла 0,30 % достигается за четыре-пять проходов.

2 1,5

0.5 0

*—~г Ü——<

2 3

Число проходов

Число проходов 6

Рисунок 8 - Остаточное содержание масла в шламах при частоте вращения ротора: а - 3000 об./мин.; б - 3500 об./мин. в зависимости от расхода пульпы на входе и числа проходов: 1 - 0,0046 м3/с; 2 - 0,0051 м3/с

Результаты исследований по обезмасливанию двухступенчатыми РИА представлены на рисунке 9.

двумя

ЧИСЛО прОХОрДОв

ЧИСЛО прОХОДОв 6

Рисунок 9 - Остаточное содержание масла в шламах при частоте вращения ротора: а - 3000 об./мин.; б - 3500 об./мин. в зависимости от расхода пульпы на входе и числа проходов: 1 - 0,0046 м3/с; 2 - 0,0051 м3/с

Обезмасливание шламов с использованием двух РИА позволило при частоте вращения ротора 3500 об./мин и расходе пульпы 0,0051 м3/с получить требуемое содержание масла в шламах за три-четыре прохода.

Приведенные результаты исследований показали, что роторно-импульсные аппараты позволяют проводить эффективное обезмасливание шламов. Использование двухступенчатых аппаратов позволяет интенсифицировать процесс обезмасливания и сократить количество устройств в установке.

2. Для интенсификации процесса обезмасливания шламов необходима дополнительная подача воздуха в обрабатываемую пульпу

Известно, что внутри кавитационных пузырьков «вещество» имеет свойства

сверхкритической воды, с высокой растворимостью органических соединений, полностью смешивается с воздухом и при дополнительной подаче его в кавитационную зону усиливает воздействие кавитации. Дополнительный воздух, разлагаясь в кавитационных кавернах, увеличивает количество озона, атомарных водорода и кислорода, что в дальнейшем способствует интенсификации химических преобразований в зоне кавитации, которые проходят значительно быстрее и полнее.

Исследования проводились на замасленных шламах карты №1 и №3. Удельный расход воздуха составлял 0,05 и 0,07 м3/м3 пульпы.

Результаты по обезмасливанию пробы №1 с двумя двухступенчатыми РИА представлены на рисунках 10 и 11. Полученные результаты (смотри рисунки 10 и 11) свидетельствуют, что подача дополнительного воздуха рабочую зону РИА интенсифицирует процесс обезмасливания шламов, и остаточное содержание масла 0,30 % обеспечивается за три-два прохода.

Рисунок 11 - Остаточное содержание масла в шламах при частоте вращения ротора 3500 об./мин. в зависимости от удельного расхода воздуха и числа проходов при расходе пульпы: а - 0,0046м3/с; б - 0,0051 м3/с с двумя РИА: ! - исходная; I — 0,05 м3/м3; 3 - 0,07 м3/м3

2 3 4 D 1 2 3

Число проходов проходов

6

Рисунок 10 - Остаточное содержание масла в шламах при частоте вращения ротора 3000 об./мин. в зависимости от удельного расхода воздуха и числа проходоЕ при расходе пульпы: а - 0,0046м3/с; б - 0,005 1 м3/с с двумя РИА: 1 - исходная; 2 - 0,05 м3/м3; 3 - 0,07 м3/м3

1 2 3

Число проходов а

1 2 Число проходов 6

После обезмасливания в двух РИА шлам направлялся в магнитный сепаратор. В результате был получен железосодержащий продукт с содержанием железа 64,32 % и остаточным содержанием масла не более 0,30 %.

Результаты по обезмасливанию пробы №3 с двумя двухступенчатыми РИА представлено на рисунках 12 и 13. Массовое содержание железа в исходном шламе составляло 58,7 % и масел 2,19 %. Полученные результаты аналогичны предыдущим. При частоте вращения ротора 3000 об./мин. остаточное содержание масла в шламах менее 0,30 % получено за три прохода (смотри рисунок 12). Повышение частоты вращения ротора до 3500 об./мин. позволило получить остаточное содержание масла в шламах менее 0,30 % за два прохода (смотри рисунок 13).

Число проходов

Число проходов 6

Рисунок 12 - Остаточное содержание масла в шламах при частоте вращения ротора 3000 об./мин. в зависимости от удельного расхода воздуха и числа проходов при расходе пульпы: а - 0,0046м3/с; б - 0,0051м3/с с двумя РИА: 1 - 0,05 м3/м3; 2 - 0,07 м3/м3

Число проходов

Число проходов б

Рисунок 13 - Остаточное содержание масла в шламах при частоте вращения ротора 3500 об./мин. в зависимости от удельного расхода воздуха и числа проходов при расходе пульпы: а - 0,0046м3/с; б - 0,0051 м3/с с двумя РИА: 1 -0,05 м3/м3; 2 - 0,07 м3/м3

После обезмасливания в двух РИА шлам направлялся в магнитный сепаратор. В результате был получен железосодержащий продукт с содержанием железа 61,41 % и остаточным содержанием нефтепродуктов не более 0,30 %. Таким образом, подача дополнительного воздуха в рабочую зону РИА интенсифицирует процесс обезмасливания шламов и сокращает его продолжительность. Это в свою очередь позволяет осуществлять обезмасливание шламов при частоте вращения ротора 3000 об./мин., расходе пульпы 0,0051 м3/с и удельном расходе воздуха в количестве 0^07м3/м3 пульпы. Во всех случаях имеет место увеличение доли мелкого

зерна в конечном продукте.

Аппроксимация полученных данных по экспоненциальной зависимости

позволила получить следующие зависимости:

у =11,(Ше"1-201* при /?2 = 0,9815; (10)

и у = 6,937е~1Д72* при /?2 = 0,9992, (11)

где у - остаточное содержание масел в шламе, %; х - число проходов; /?2 - достоверность аппроксимации.

Зависимость (10) действительна при частоте вращения ротора 3000 об/мин., расходе пульпы 0,0051 м3/с и удельном расходе воздуха 0,07 м3/м пульпы с содержанием масла в исходном шламе в количестве 3,12 % по массе. Зависимость (11) действительна при частоте вращения ротора 3000 об/мин., расходе пульпы 0,0051 м3/с и удельном расходе воздуха 0,07 м3/м3 пульпы с содержанием масла в исходном шламе в количестве 2,19 % по массе.

3. Технологическая схема и установка для обезмасливания шламов с содержанием нефтепродуктов до 4,0 % в роторно-импульсных аппаратах

По результатам лабораторных исследований предложена технологическая схема и установка по обезмасливанию шламов. Технологическая схема установки

представлена на рисунке 16.

Установка имеет модульную конструкцию и включает технологический (основной) блок, блок очистки технологической воды и систему промывочной воды Технологический блок включает модуль дезинтеграции, модуль механоактивации (обезмасливание шламов), модуль магнитной сепарации, сгущения и фильтрации. Оборудование каждого модуля монтируется на индивидуальном стапеле, представляющем собой пространственную несущую ферму, имеющую две горизонтальные, расположенные одна под другой площадки для размещения аппаратов и агрегатов. Стапель каждого модуля оснащен устройствами для сбора протечек. Вода в основном блоке, в технологическом цикле используется в прямом цикле из Левобережного отстойника промливневых стокор

(рН = 9,5). Вода в технологический процесс подается водяными насосами емкостей, смонтированных на модуле дезинтеграции и модуле механоактивации.

О. т/ч

у.%

8,85

Исходный шлам

"Л

Дезинтеграция в скрубере _Грохочение в бутаре

10

100,0

0,14

1,58

Перемешивание Механоактиваиия в РИА Классификация

+ 3,0 мм В отвал на рекультивацию

I,15

II,5

Сливт

Сепарация + +

Вода Масло на регенерацию

8.71

98,42

8,61

98,9

Пески

"Г™

Механоактиваиия в РИА Классификация_

Пески^ Перемешивание

1

^ Слив ^Сепарация ^

Вода Масло на регенерацию

8,57

99.5

Механоактивация в РИА —^

Классификация ^ Пески ^ Слив

Перемешивание Сепарация

Г

г

Вода

Масло на

С}, т/ч 8,53

а, % 60,4

у.% ЮО.0%

Е . % 100. 0%

Пески

Механоактивация в РИА Классификация

8,53

99,5

Сепарация

Вода

Масло на регенерацию

0,04

0.5

т/ч 1

Сгущение

1

Фильтрация

у,% Концентрат

Мокрая магнитная сепарация

7,89

63,8

92,53 %

97,74

Хвосты

О.т/ч 0,64

0, % 12,9

у.% 7.47%

£,% 2,26

0,10

1,1

0,04

0,5

Рисунок 16 - Технологическая схема отмывки замасленных шламов

Основные технические параметры установки приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические параметры установки

Показатель

Значение

Годовая производительность, тыс. т

53,494

Занимаемая площадь, м7

1500

Объем строительного помещения, м3

1650

Установленная мощность, кВт

315

Для апробации предлагаемой технологической схемы была изготовлена опытно-промышленная установка и проведены ее испытания.

На данной установке было осуществлено обезмасливание шламов донных отложений шламовой карты №3. Обезмасливание шламов осуществлялась без использования ПАВ на пульпе при соотношении твердого к жидкому 1:3 и массовом содержании железа в исходном шламе 58,7 % и масел 2,19 %. Для создания пульпы использовалась вода из Левобережного отстойника промливневых стоков с рН равным 9,45. Испытания проводились при частоте вращения ротора РИА, равной 3000 об/мин. с удельным расходом воздуха в зону кавитации 0,07 м3/м3. Общая электрическая мощность установки - 85 кВт.

В результате переработки шламов был получен железосодержащий продукт с массовым содержанием железа 62,47 % и остаточным содержанием масла менее 0,3 %. Ожидаемый экономический эффект от внедрения технологической установки по переработки замасленных шламов донных отложений составит 162 745 583,4 руб. в год или 3606,93 руб. на тонну.

В работе на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований дается решение актуальной научной и практической задачи по обезмасливанию железосодержащих шламов металлургических заводов на основе гидродинамической кавитации в роторно-импульсных аппаратах. Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Проведенный анализ научно-технических источников информации и опыта промышленности по обезмасливанию шламов металлургического производства свидетельствует об актуальности разработки новых эффективных технологий, сочетающих экономичность и простоту с использованием имеющегося типового типового оборудования на предприятиях черной металлургии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

2. С использованием комплекса физических, химических и физико-химических методов исследований изучен состав и свойства замасленных шламов донных отложений металлургического производства. Шламы мелкодисперсные, более чем на 70 % состоят из класса - 0,071 мм. Содержание железа в шламах составляет от 31,9 до 62,6 %, что позволяет их считать ценным техногенным сырьем. Основными минеральными компонентами шламов являются магнетит Рез04, гематит Ре2Оз, вюстит БеО, кварц БЮг-

3. Теоретически обоснован и предложен механизм разрушения комплексных органических соединений, образующихся в результате физической и химической адсорбции на поверхности шламистых частиц в условиях гидродинамической кавитации.

4. Разработана технология обезмасливания шламов металлургического производства (получен патент РФ № 2393923), и проведена ее апробация в лабораторных условиях.

5. Экспериментально установлено, что способ обезмасливания шламов в роторно-импульсных аппаратах осуществляется без использования ПАВ и может быть экономичной альтернативой для существующих способов обезмасливания, характеризующихся дороговизной и высокими эксплуатационными расходами.

6. Установлено, что дополнительная подача воздуха в рабочую зону роторно-импульсного аппарата в количестве 0,05-0,07 м3/м3 интенсифицирует процесс обезмасливания шламов.

7. Предложены технологическое решение, схема и режимы для переработки замасленных шламов в промышленных условиях, позволяющее получать железосодержащий концентрат с содержанием железа до 60-65 % и остаточным содержанием масла не более 0,30 %.

8. Ожидаемый экономический эффект от внедрения данной технологии составит 162 745 583,4 руб. в год или 3 606,93 руб. на тонну. Для апробации предложенной технологической схемы изготовлена опытно-промышленная установка и проведены ее испытания. Переработка замасленных шламов складированных карт позволит значительно уменьшить техногенную нагрузку на окружающую среду.

Работы, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах:

1. Сомова, Ю.В. Переработка замасленных шламов донных отложений металлургического производства /Ю.В. Сомова, В.Х. Валеев //Сталь. - 2009. - № 3. -С. 86-87.

2. Сомова, Ю.В., Исследование замасленных шламов донных отложений металлургического производства ЛО.В. Сомова, В.Х. Валеев //Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - 2011. - № 2. - С. 80 - 83.

3. Сомова, Ю.В. Исследование процесса механической промывки замасленны шламов донных отложений в условиях гидродинамической кавитации /Ю.В Сомова, В.Х. Валеев //Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - 2012. - № 3. - С. 55 - 58.

Работы, опубликованные в других изданиях:

4. Патент № 2393923 Россия. МПК ВОЗВ 9/06, С22В 7/00. Способ переработк замасленной прокатной окалины и замасленных шламов металлургическог производства /В.Х. Валеев, В.Ф. Колесников, Ю.В. Сомова и др. - Опубл 10.07.2010. Бюл. № 19.-С. 453.

5. Сомова, Ю.В. Разработка устройства для селективной дезинтеграци минерального сырья /В.Х. Валеев, В.Х. Колесников //VI Конгресс обогатителе стран СНГ. Материалы Конгресса, том I. - М.: Альтекс, 2007. - С. 222-234.

6. Сомова, Ю.В. Исследование гидродинамического воздействия н замасленные шламы донных отложений металлургического производства //Научны основы и практика переработки руд и техногенных отходов: Материаль международной науч.-техн. конф. - Екатеринбург: Изд. «Форт Диалог-Исеть», 2010 -С. 258-262.

7. Сомова, Ю.В. Исследование техногенных образований Левобережно отстойника промливневых стоков /Ю.В. Сомова //Комплексное освоени месторождений полезных ископаемых: сб. науч. тр. - Магнитогорск; Изд Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. - С. 24-31.

8. Сомова, Ю.В. Замасленные шламы донных отложений и технология и переработки /Ю.В. Сомова, И.В. Зюзина //Сб. тезисов докладов Международног молодежного науч. Симпозиума «Безопасность биосферы-2009». - Екатеринбур

УГТУ-УПИ, 2009. - С. 72.

9. Сомова, Ю.В. Улучшение экологической обстановки за счет утилизаци замасленной окалины //Экологическая политика в обеспечении устойчивог развития Челябинской области: материалы Межрегион, науч.-практ. конф. /по ред. Н. А. Плохих. - Челябинск, 2005. - С. 266 - 268.

10. Сомова, Ю.В. Исследование возможности использования кавитационног дезинтегратора для переработки замасленной окалины // Тезисы докладов п материалам международной науч.-техн. конф. молодых специалистов.

Магнитогорск, 2006. - С. 118 - 119.

11. Сомова, Ю.В. Использование замасленной окалины прокатных цехо /Ю.В. Сомова //Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии: сборни материалов III Всероссийской науч.-практ. конф.(с международным участием). Челябинск: Изд. «Челябинская межрайонная типография», 2006. - С. 202 - 203.

12. Сомова, Ю.В. Разработка способа переработки замасленной окалинь прокатного производства /Ю.В. Сомова // Теория и технология металлургическог

роизводства: межрегион, сб. науч. тр. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. -•ып.7. - С. 150-153.

13. Сомова, Ю.В. Исследование замасленных шламов донных отложений еталлургического производства и разработка технологии их переработки /Ю.В. омова //Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии: сборник атериалов IV международной науч.-практ. конф.: в 2 т. - Челябинск: Издательский

центр ЮУрГУ, 2009, Т.2. - С. 175 - 182.

14. Сомова, Ю.В. Оценка запасов железосодержащих техногенных образований Левобережного гидроотвала Магнитогорского водохранилища /Ю.В. Сомова //Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество: материалы регион, науч.- практ. конф. - Сибай: Изд. ГУП РБ «СГТ», 2011. - С. 254 -258.

15. Сомова, Ю.В. Технологии переработки железосодержащих шламов металлургического производства/Ю.В. Сомова, В.Х. Валеев //Научные основы и практика переработки руд и техногенных отходов: Материалы международной науч.-техн. конф. - Екатеринбург: Изд. «Форт Диалог-Исеть», 2013. - С. 301 - 305.

Подписано в печать октября 2013 г. Формат 60x84'/|6 Бумага писчая Печать на ризографе Печ. л. 1,0 Тираж 100. Заказ 43

Издательство Уральского государственного университета 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 Отпечатано с оригинала - макета в лаборатории множительной техники УГГУ

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Сомова, Юлия Васильевна, Екатеринбург

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет»

На правах рукописи

СОМОВА ЮЛИЯ ВАСИЛЬЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗМАСЛИВАНИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ НА ОСНОВЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ В РОТОРНО-ИМПУЛЬСНЫХ АППАРАТАХ

Специальность 25.00.13 «Обогащение полезных ископаемых»

Диссертация на соискание ученой степени ^ кандидата технических наук

СО 00

СО 00

СО ц Научный руководитель

Валеев Валерий Хакимзянович ® ^ кандидат технических наук, доцент

3 °

Екатеринбург- 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................5

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ ПЕРЕРАБОТКИ ЗАМАСЛЕННЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ.........10

1.1. Источники образования замасленных железосодержащих шламов донных отложений в ОАО «ММК».....................................................................10

1.2. Классификация способов переработки замасленных железосодержащих шламов.............................................................................................13

1.3. Термические способы.....................................................................15

1.3.1. Термические способы без регенерации нефтепродуктов........................15

1.3.2. Термические способы с регенерацией нефтепродуктов.........................19

1.4. Физико-химические способы.............................................................20

1.5. Безобжиговые способы обработки прокатной окалины............................24

1.6. Изготовление брикетов на основе замасленной окалины..........................25

1.6.1. Технологии холодного брикетирования.............................................25

1.6.2. Технологии горячего брикетирования...............................................26

1.7. Вдувание топливных смесей с использованием замасленной окалины.............................................................................................28

1.8. Основные задачи исследования.........................................................29

ВЫВОДЫ..........................................................................................29

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ ЗАМАСЛЕННЫХ ШЛАМОВ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ.......................................................31

2.1. Методика отбора проб и проведения исследования.................................31

2.1.1. Методика отбора проб....................................................................31

2.1.2. Методика проведения исследования..................................................37

2.2. Результаты исследования.................................................................37

2.2.1. Исследование насыпной плотности...................................................37

2.2.2. Исследование гранулометрического состава.......................................38

2.2.3. Исследование химического состава...................................................39

2.3. Подсчет запасов железосодержащих шламов Левобережного

гидроотвала.......................................................................................46

ВЫВОДЫ..........................................................................................48

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ ДЛЯ ОБЕЗМАСЛИВАНИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ....................50

3.1. Понятие кавитации.........................................................................50

3.2. Факторы, влияющие на интенсификацию технологических процессов в условиях гидродинамической кавитации...................................................51

3.2.1. Эффекты кавитации......................................................................51

3.2.2. Природа разрушающего действия кавитации......................................52

3.2.3. Модель физико-химических процессов в кавитационном пузырьке..........54

3.2.4. Эрозия твердого тела.....................................................................57

3.2.5. Деструкция углеводородов.............................................................58

3.2.6. Повышение температуры моющей среды...........................................58

3.3. Механизм очистки шламистых частиц от масла в условиях гидродинамической кавитации................................................................59

3.3.1. Технологические смазки металлургического оборудования....................59

3.3.2. Модель взаимодействия кавитационных пузырьков с замасленной шламовой частицей..............................................................................62

3.3. Классификация роторных импульсных аппаратов..................................66

3.4. Расчет устройства для генерирования кавитации....................................69

3.5. Математическая модель течения среды в каналах РИА............................71

ВЫВОДЫ..........................................................................................77

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЕЗМАСЛИВАНИЯ

ШЛАМОВ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ В РОТОРНО-ИМПУЛЬСНЫХ АППАРАТХ...........................79

4.1. Концепция технологии обезмасливания замасленных шламов...................79

4.2. Лабораторная установка и ее описание................................................81

4.3. Методика проведения исследования...................................................86

4.4. Результаты исследования по обезмасливанию шламов карты №1 в одноступенчатых РИА..........................................................................86

4.5. Результаты исследования по обезмасливанию шламов карты №1 в двухступенчатых РИА...........................................................................93

4.6. Исследование процесса обезмасливания шламов карты №1 и 3 при подаче в двухступенчатых РИА с дополнительной подачей воздуха в рабочую зону........96

4.6.1. Результаты исследования по обезмасливанию шламов карты №1.............96

4.6.2. Результаты исследования по обезмасливанию шламов карты №3..............99

ВЫВОДЫ.........................................................................................102

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ПО ОБЕЗМАСЛИВАНИЮ ШЛАМОВ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В РОТОРНО-ИМПУЛЬСНЫХ АППАРАТАХ.............................................................104

5.1. Опытно-промышленная установка.....................................................104

5.2. Результаты испытаний...................................................................106

5.3. Установка по обезмасливанию шламов..............................................106

5.3.1. Состав технологической линии......................................................106

5.3.2. Модуль дезинтеграции.................................................................109

5.3.3. Модуль механоактивации.............................................................109

5.3.4. Модуль магнитной сепарации, сгущения и фильтрации........................110

5.4. Технология ведения работ...............................................................110

ВЫВОДЫ........................................................................................113

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................114

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК......................................................116

ПРИЛОЖЕНИЯ

131

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В черной металлургии в процессе переработки железорудного сырья ежегодно образуется большое количество технологических отходов в виде пыли, шламов и окалины. Часть железа, порядка 45-50 %, содержащегося в отходах, возвращается в производство, как правило, через агломерацию и конверторное производство, остальные 50-55 % либо накапливаются в отвалах и отстойниках, оказывая негативное воздействие на окружающую среду, либо безвозвратно теряются вне предприятий [1-11]. К таковым относятся отходы, содержащие вредные вещества, например цинк, свинец или масло. Однако растущий дефицит железорудного сырья заставляет металлургов активно заниматься проблемами переработки и использования этих железосодержащих отходов. С другой стороны, переработка этих отходов и извлечение из них ценных компонентов приобретает все большее значение ввиду официальных предписаний и нехватки площадей для их складирования.

Особый интерес при этом представляют железосодержащие замасленные шламы донных отложений шламонакопительных систем предприятий черной металлургии [12, 13].

Содержание железа в них колеблется в пределах 30-63 %, что позволяет считать их ценным техногенным сырьем [14]. Но прямая утилизация их в аглодоменном и сталеплавильном производствах затруднена из-за повышенного содержания масла (до 4%), что связано с неизбежным нарушением норм пожарной безопасности, возможностью выхода из строя обслуживающих эти производства устройств и непредсказуемыми нарушениями хода установленного технологического процесса. При этом утилизация в агломерационном производстве неизбежно будет сопровождаться выбросами в атмосферу сильнейших токсинов - диоксинов и фуранов, а это вызывает необходимость применения на аглофабриках дорогостоящих систем газоочистки или специальных технологий, препятствующих их образованию [15, 16].

Проблема переработки замасленных шламов в настоящее время решается в основном в одном направлении - обезмасливание с последующей утилизацией. Однако химическое (отмывка химическими реагентами) и термическое (выжигание масла) обезмасливание — дорогостоящие процессы, создающие дополнительные экологические осложнения в виде проблемы регенерации промывных вод, очистки отходящих газов и другие. Поэтому разработка эффективной технологии переработки и комплексного использования замасленных шламов является актуальной для предприятий черной металлургии.

Объектом исследования являются железосодержащие замасленные шламы донных отложений Левобережного гидроотвала ОАО «ММК».

Предмет исследования - закономерности и механизм воздействия гидродинамической кавитации на процесс обезмасливания шламов в роторно-импульсных аппаратах.

Целью является разработка технологии обезмасливания шламов для получения кондиционного железосодержащего продукта с остаточным содержанием масел менее 0,30 %.

Идея заключается в использовании эффекта разрушения комплексных органических соединений, образующихся на поверхности шламистых частиц, формирующих донные отложения гидроотвалов, в условиях гидродинамической кавитации в роторно-импульсных аппаратах.

Основные задачи исследования:

1. Обобщить аналитический обзор технической информации о способах и технических средствах переработки замасленных шламов и выбрать научно-обоснованный способ их переработки.

2. Изучение вещественного состава, физических и физико-химических свойств замасленных шламов в складированных картах Левобережного гидроотвала ОАО «ММК», определение мощности техногенного образования.

3. Выбор и расчет устройства для генерирования гидродинамической кавитации.

4. Разработка лабораторной установки для исследования процесса обезмасливания шламов в условиях гидродинамической кавитации в роторно-импульсных аппаратах.

5. Исследование влияния различных физико-химических факторов -частоты вращения ротора роторно-импульсного аппарата, температуры пульпы, режима ввода дополнительного воздуха в зону кавитации, числа проходов, содержания масел на процесс обезмасливания шламов в условия гидродинамической кавитации и определение их оптимальных параметров.

6. Разработка технологии обезмасливания шламов в роторно-импульсных аппаратах с получением кондиционного железосодержащего продукта и опытно-промышленной установки для ее апробации.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались известные методики определения физических и физико-химических свойств дисперсных металлосодержащих материалов и шламов металлургического производства в сочетании с оригинальными методиками, дающими возможность исследовать процесс очистки поверхности частиц этих материалов от органических соединений и нефтепродуктов. Обработка результатов исследований проводилась с применением современного математического аппарата и стандартных компьютерных программ.

Научная новизна защищаемых в диссертации положений заключается в следующем:

обосновано применение двухступенчатых роторно-импульсных аппаратов для обезмасливания шламов в условиях развитой гидродинамической кавитации при частоте вращения ротора 3000-3500 об/мин и скорости потока на входе 1,127- 1,250 м/с;

установлено, что подача дополнительного воздуха в зону кавитации в количестве 0,05-0,07 м /м интенсифицирует процесс обезмасливания шламов;

экспериментально определены закономерности и параметры обезмасливания шламов в условиях гидродинамической кавитации в

двухступенчатых роторно-импульсных аппаратах с содержанием нефтепродуктов до 4,0 %.

Основные положения, выносимые на защиту:

гидродинамическая кавитация обеспечивает эффективное обезмасливание шламов в роторно-импульсных аппаратах без применения поверхностно-активных веществ;

для интенсификации процесса обезмасливания шламов необходима дополнительная подача воздуха в обрабатываемую пульпу;

технологическая схема и установка для обезмасливания шламов с содержанием масел до 4,0 % в роторно-импульсных аппаратах.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием представительных исходных материалов, полученных в ОАО «ММК».

Основные научные положения и выводы достоверны и обоснованы с применением комплекса физико-механических и физико-химических методов анализа и находятся в соответствии с теоретическими основами и требованиями соответствующих ГОСТов.

Справедливость научно-практических рекомендаций подтверждена результатами опытно-промышленных испытаний. Все исследования, необходимые для решения поставленных задач, проводились в лабораториях кафедры ПЭиБЖД ФГБОУ ВПО «МГТУ», кафедры «ОПИ» ФГБОУ ВПО «УГГУ» и ЦЛК ОАО «ММК».

Практическая значимость работы заключается в том, что автором предложена технология обезмасливания шламов с получением кондиционного железосодержащего продукта с массовым содержанием железа 60,0-65,0 % и остаточного масла до 0,30 % (пат. 2393923 РФ), которая апробирована на опытно-промышленной установке. Ожидаемый экономический эффект от внедрения данной установки по обезмасливанию шламов донных отложений составит 162745583,4 руб. в год или 3606,93 руб. на тонну. Наряду с замасленными шламами металлургического производства этот способ можно успешно

применять для очистки мелкой металлической стружки, образующейся при сверлении и шлифовании.

Результаты работы могут быть использованы преподавателями ФГБОУ ВПО «МГТУ» при чтении лекций и ведении лабораторного практикума по дисциплинам «Экология» и «Экологические проблемы металлургического производства».

Личный вклад автора. Личный вклад автора состоял в формировании основной идеи, постановке задач, разработке методик исследования, организации и непосредственном участии в выполнении исследований и испытаний, анализе полученных данных и разработке рекомендаций.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 131 странице машинописного текста, содержит 70 рисунков, 15 таблиц, библиографический список из 116 наименований и 4 приложения.

ГЛАВА 1. АНАЛИТЕТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ ПЕРЕРАБОТКИ ЗАМАСЛЕННЫ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ

1.1. Источники образования замасленных железосодержащих шламов

донных отложений в ОАО «ММК»

Образование замасленных шламов донных отложений обусловлено наличием в сточных водах металлургического производства мелкодисперсной окалины. На рисунках 1.1 и 1.2 показаны валовые и удельные сбросы загрязняющих веществ комбинатом в водные объекты.

Ü -О

н

1989 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Рисунок 1.1- Валовые сбросы загрязняющих веществ в водные объекты на ММК за период 1989-2010 гг.

100 --------1------

90 <t----------------

80 V-------------_7(3---------------------------------------

V.6,1 65,4 6'<б

60

1 50------------^ ^ ^ 4J ^ <б

Ь 40--------------—ц

¿30---------------------------------------------

20----------------------

10-------------------

о .....—------------—-------------------4----------------------

1989 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 209 2010

Рисунок 1.2 - Удельные сбросы загрязняющих веществ в водные объекты за период 1989-2010 гг.

,2

\б6 Д 65 -----------7С ,4 '3 67 ,6

V5f ,8 ,8 55 ,7 S Я

4 8 _____4.1 я......,, 4¿ '2 /]] „7_

'' ib

-

В настоящее время на комбинате существует 47 локальных очистных сооружений (ДОС), из них 39 оборотных и 8 прямоточных. Из 39 локальных оборотных систем 9 «чистых» - мощностью от 450 до 16500 м3/ч и 30 «грязных» -

о

мощностью от 60 до 21500 м /ч. Принципиальная схема системы технического водоснабжения и водоотведения комбината представлена на рисунке 1.3.

Нас. ст. Нас. ст. Нас. ст.

№ 17 № 1 №9

Производственные подразделения ОАО «ММК», дочерние общества, сторонние организации

I ступень

Л л л

О о О

С с —► с

Общекомбинатские очистные сооружения

Гидрозолопо-родоотвал Отстойник в устье Северного канала промливне-стоков Левобережный отстойник промстоков

У 1 г ^

Общекомбинатская оборотная система охлаждения

I

' 1 г

Нас. ст. № 16, 16а Нас. ст. № 12

Л О

с

Золоотвал ТЭЦ

II

ступень

Л О

с

Шламохранилище горно-обогатительного пр-ва № 2

II] ступень

, Магнитогорское водохранилище

р. Сухая^

р. Урал

Рисунок 1.3 - Принципиальная схема технического водоснабжения

и водоотведения ОАО «ММК»

Замасленные шламы донных отложений формируются в отстойнике устья Северного канала промливневых стоков (рисунок 1.4) и Левобережном отстойнике промливневых стоков (рисунки 1.5 и 1.6).

Рисунок 1.4 - Устье Северной нагорной канавы промливневых стоков

Рисунок 1.5

- Общий вид Левобережного отстойника промливневых стоков

Рисунок 1.6 - Вид Левобережного отстойника промливневых стоков в районе земснаряда

Периодически, земснарядами донные отложения перекачиваются в шламовые карты. Вместе со шламами в карты сбрасываются находящиеся на дне ветки деревьев и кустарников, а также крупная галька, песок и другой мусор. На начало 2011 г. в действующи�