vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2022-58-2-203-210vestich-723Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯTECHNICAL CHEMISTRY AND CHEMICAL ENGINEERINGРазделение железо- и цинксодержащих компонентов пыли газоочисток электросталеплавильных производствSeparation of iron and zinc components dust of gas cleaning devices of the electric steelmaking productionsМацукевичИ. В.MatsukevichI. V.

Мацукевич Ирина Васильевна - кандидат химических наук, доцент, заведующий лабораторией.

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск.

Irina V. Matsukevich - Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Head of Laboratory, Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus.

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk.

irinavas.k1975@gmail.comКулиничН. В.KulinichN. V.

Кулинич Наталья Владимировна - научный сотрудник.

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск.

Natallia V. Kulinich – Researcher, Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus.

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk.

kulinich.55@yandex.byТавгеньВ. В.TauhenV. V.

Тавгень Вячеслав Владимирович - кандидат технических наук, ведущий инженер.

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск.

Viachaslau V. Tauhen - Ph. D. (Engineering), Lead Engineer, Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus.

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk.

Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus202208062022582203210Copyright © Мацукевич И.В., Кулинич Н.В., Тавгень В.В., 20222022Мацукевич И.В., Кулинич Н.В., Тавгень В.В.Matsukevich I.V., Kulinich N.V., Tauhen V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/723

B настоящее время объемы использования пыли газоочистных установок электросталеплавильных печей (ПГУ) крайне незначительны, при хранении они оказывают воздействие на окружающую среду, в то же время представляют собой материал, имеющий ценный состав (оксиды железа, цветные металлы и др.), перспективный для вторичного использования. Однако вторичное использование цинксодержащей ПГУ в черной металлургии приводит к накоплению цинка в футеровках доменных печей и частым неисправностям. Установлено, что оксид цинка находится в основном в связанном состоянии в составе фазы франклинита (Zn,Mn,Fe)(Fe,Mn)2O4. Исследованы процессы твердофазного восстановления пыли газоочистных установок электросталеплавильных печей с получением цинкового концентрата и губчатого железа, которые являются востребованным сырьем для цветной и черной металлургии. Определены оптимальные условия процесса восстановления, исследованы физико-химические характеристики, гранулометрический и фазовый состав исходных материалов и продуктов восстановления. Установлено, что применение комбинации восстановителей различной природы (угольный кокс и Н2) в процессе термообработки при 1100 °С и охлаждения в восстановительной среде (Ar/H2) позволяет получить губчатое железо с высокой степенью металлизации - 97,5 %.

Currently, the volumes of use of dust from gas-cleaning devices (DGD) of electric steel furnaces are extremely insignificant, as they have an impact on the environment during storage, but at the same time, they represent the material that has a valuable composition (oxides of iron, non-ferrous metals, etc.) and is promising for recycling. However, the secondary use of zinc-containing DGD in ferrous metallurgy leads to the accumulation of zinc in the lining of blast furnaces and frequent malfunctions. It has been established that zinc oxide remains mainly in the bound state in the franklinite phase (Zn,Mn,Fe)(Fe,Mn)2O4. The processes of solid-phase reduction of dust from gas-cleaning devices of electric steel furnaces with the production of zinc concentrate and sponge iron, that are raw materials in demand for non-ferrous and ferrous metallurgy, are studied. The optimal conditions for the reduction process were determined, the physicochemical characteristics, granulometric and phase composition of the starting materials and reduction products were studied. It has been established, that the use of a combination of reducing agents of different nature (coal coke and H2) during heat treatment at 1100 °C and cooling in a reducing medium (Ar/H2) makes it possible to obtain sponge iron with a high degree of metallization - 97,5 %.

пыль газоочисток электросталеплавильных производствоксид железаоксид цинкамикроструктурагранулометрический и фазовый составыgas cleaning dust of electric steelmaking plantsiron oxidezinc oxidemicrostructuregranulometric compositionphase compositionАвторы выражают благодарность сотрудникам Института общей и неорганической химии НАН Беларуси Л.В. Кульбицкой за запись рентгеновских дифрактограмм, Н.Л. Будейко за проведение рентгенофлуоресцентной спектроскопии, а также А.В. Поспелову (Белорусский государственный технологический университет) за изучение образцов с помощью сканирующей электронной микроскопии энергодисперсионного микрорентгеноспектрального анализа. Работа выполнена при поддержке ГПНИ «Химические процессы, реагенты и технологии, биорегуляторы и биооргхимия» (задания 2.1.3 «Коллоидно-химические основы технологий углубленной переработки минерального и техногенного сырья»).The authors are grateful to the following staff members of the Institute of General and Inorganic Chemistry, National Academy of Sciences of Belarus: L.V. Kulbitskaya for recording X-ray diffraction patterns, N.L. Budeiko for X-ray fluorescence spectroscopy, and to A.V. Pospelov (Belarusian State Technological University) for studying samples using scanning electron microscopy of energy dispersive X-ray microanalysis. The work was supported by the State Scientific Research Program “Chemical Processes, Reagents and Technologies, Bioregulators and Bioorganic Chemistry” (tasks 2.1.3 “Colloid-chemical foundations of technologies for advanced processing of mineral and technogenic raw materials”).ReferencesPyrometallurgical recycling of electric arc furnace dust / X. Lin [et al.] // Journal of Cleaner Production. - 2017. -N 149. - P. 1079-1100. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.02.128Lin X., Peng Zh., Yan J., Li Zh., Hwang J.-Y., Zhang Y., Li G., Jiang T. Pyrometallurgical recycling of electric arc furnace dust. Journal of Cleaner Production, 2017, vol. 149, pp. 1079-1100. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.02.128Pyrometallurgical recovery of zinc and valuable metals from electric arc furnace dust - A review / J. Wang [et al.] // Journal of Cleaner Production. - 2021. - N 298. - P. 126788-1-126788-23. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126788Wang J., Zhang Y. I., Cui K., Fu T., Gao J., Hussain Sh., AlGarni T. S. Pyrometallurgical recovery of zinc and valuable metals from electric arc furnace dust - A review. Journal of Cleaner Production, 2021, vol. 298, pp. 126788-1-126788-23. https://doi.org/10.1016/10.1016/j.jclepro.2021.126788Попов, А. А. К вопросу проблемы утилизации и цинксодержащей пыли сталеплавильных производств [Электронный ресурс] // Науковедение. - 2015. - Т. 7, № 2. - Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/124TVN215.pdf. - Дата доступа 26.08.2021.Popov A. A. To the question about the problem of the zinc bearingsteelmaking dust utilization. Naukovedenie [Research on research], 2015, vol. 7, no. 2. Availabe at: http://naukovedenie.ru/PDF/124TVN215.pdf (accessed 26 August 2021) (in Russian).Доронин, И. Е. Промышленные способы переработки сталеплавильной пыли / И. Е. Доронин, А. Г. Свяжин // Металлург. - 2010. - № 10. - С. 48-53.Doronin I. E., Svyazhin A. G. Commercial methods of recycling dust from steelmaking. Metallurgist, 2011, vol. 54, no. 9-10, pp. 673-681. https://doi.org/10.1007/s11015-011-9356-zПыль и шлам газоочисток металлургических заводов и анализ путей их утилизации / В. Н. Летимин [и др.] // Теория и технология металлургического производства. - 2015. - Т. 16, № 1. - С. 82-86.Letimin V. N., Makarova I. V., Vasileva M. S, Nasyrov T. M. Analysis of the ways for the disposal of gas cleaning dust and sludge at et the metallurgical enterprises. Teoriya i tekhnologiya metallurgicheskogo proizvodstva = Theory and Technology of Metallurgical Production, 2015, no. 1, vol. 16, pp. 82-86 (in Russian).Коваленко, А. М. О шламах газоочисток доменного и сталеплавильного производств / А. М. Коваленко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2012. - Т. 2, № 12(56). - С. 4-8.Kovalenko A. M. About gas purification sludges of domain and steel smelting manufactures. Vostochno-Evropeiskii zhurnal peredovyh tekhnologii = East-European Journal of Advanced Technologies, 2012, vol. 2, no. 12, рр. 4-8 (in Russian).Поиск способов утилизации пыли дуговых сталеплавильных печей на белорусском металлургическом заводе / А. В. Демин [и др.] // Литье и металлургия. - 2015. - № 3. - С. 74-79.Demin A. V., Rozhkov A. I., Grudnickij О. М., Nikolaev V. V., Feklistov A. V. Finding ways of recycling dust of arc steel furnaces at the Belarusian metallurgic plant. Lit'e i metallurgiya = Foundry production and metallurgy, 2015, no. 3, pp. 74-79 (in Russian).Wang, L. Microwave-intensified treatment of low-zinc EAF dust: A route toward high-grade metallized product with a focus on multiple elements / L. Wang, Z. Peng // Powder Technology. - 2021. - N 383. - P. 509-521. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2021.01.047Wang L., Peng Z. Microwave-intensified treatment of low-zinc EAF dust: A route toward high-grade metallized product with a focus on multiple elements. Powder Technology, 2021, vol. 383, pp. 509-521. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2021.01.047Comparison of electric arc furnace dust treatment technologies using exergy efficiency / Th. Suetens [et al.] // Journal of Cleaner Production. - 2014. - N 65. - P. 152-167. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2013.09.053Suetens Th., Klaasen B., Acker K. V., Blanpain B. Comparison of electric arc furnace dust treatment technologies using exergy efficiency. Journal of Cleaner Production, 2014, no. 65, pp. 152-167. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2013.09.053Comprehensive recycling of zinc and iron from smelting waste containing zinc ferrite by oriented transformation with SO2 / Y.-Ch. Li [et al.] // Journal of Cleaner Production. - 2020. - N 263. - P. 121468-1-121468-8. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121468Li Y.-Ch., Zhuo Sh.-N., Peng B., Min X.-B., Liu H., Ke Y. Comprehensive recycling of zinc and iron from smelting waste containing zinc ferrite by oriented transformation with SO2. Journal of Cleaner Production, 2020, vol. 263, pp. 1214681-121468-8. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121468Lanzerstorfer, C. Electric arc furnace (EAF) dust: Application of air classification for improved zinc enrichment in in-plant recycling / С. Lanzerstorfer // Journal of Cleaner Production. - 2018. - N 174. - P. 1-6. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.10.312Lanzerstorfer C. Electric arc furnace (EAF) dust: Application of air classification for improved zinc enrichment in inplant recycling. Journal of Cleaner Production, 2018, vol. 174, pp. 1-6. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.10.312Naiyang, M. Recycling of basic oxygen furnace steelmaking dust by in-process separation of zinc from the dust / M. Naiyang // Journal of Cleaner Production. - 2015. - N 112. - P. 4497-4504. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.07.009Naiyang Ma. Recycling of basic oxygen furnace steelmaking dust by in-process separation of zinc from the dust. Journal of Cleaner Production, 2015, vol. 112, pp. 4497-4504. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.07.009Microstructural, thermochemistry and mechanical evaluation of self-reducing pellets using electric arc furnace (EAF) dust containing zinc for Waelz process / L. J. H. Buitrago [et al.] // Materia (Rio de Janeiro). - 2018. - Vol. 22, N 2. -P. 1-13. https://doi.org/10.1590/s1517-707620180002.0343Buitrago L. J. H., Prada I. D., Amaral-Labat G., Beneduce F. Microstructural, thermochemistry and mechanical evaluation of self-reducing pellets using electric arc furnace (EAF) dust containing zinc for Waelz process. Materia (Rio de Janeiro), 2018, vol. 22, no. 2, pp. 1-13. https://doi.org/10.1590/s1517-707620180002.0343Pickle, C. A. Thermodynamic investigation of the sulphation roasting of electric arc furnace dust / C. A. Pickle, O. Marzoughi // Minerals. - 2019. - N 9(1). - P. 18-32. https://doi.org/10.1016/10.3390/min9010018Pickle Christopher A., Marzoughi Omid. Thermodynamic Investigation of the Sulphation Roasting of Electric Arc Furnace Dust. Minerals, 2019, vol. 9(1), pp. 18-32. https://doi.org/10.3390/min9010018Characterization study of electric arc furnace dust phases/ J. G. M. S. Machado [et al.] // Materials Research. -2006. - Vol. 9, N 1. - P. 41-45. https://doi.org/10.1590/S1516-14392006000100009Machado J. G. M. S., Brehm F. A., Moraes C. A., Carlos Alberto dos Santos, Vilela A. less. Characterization study of electric arc furnace dust phases. Materials Research, 2006, vol. 9, no. 1, pp. 41-45. https://doi.org/10.1590/S1516-14392006000100009Получение железооксидного пигмента из пыли металлургического производства для использования в строительстве / Е. Н. Федосеева [и др.] // Металлург. - 2015. - № 5. - С. 31-35.Fedoseeva E. N., Zanozina V. F., Zorin A. D., Samsonova L. E. Preparation of Iron Oxide Pigment from Metallurgical Production Dust for Use in Construction. Metallurgist, 2015, vol. 59, no. 5-6, pp. 374-379. https://doi.org/10.1007/s11015-015-0112-7Комплексное исследование физико-химических свойств пыли металлургического производства в целях определения основных направлений ее переработки / Е. О. Богдан [и др.] // Стекло и керамика. - 2020. - № 5. - С. 26-34.Bogdan E. O., Pauliukevich Yu. G., Laryionau P. S., Hundzilovich M. M., Chemik A. A. Comprehensive study of physical and chemical properties of dust of metallurgical production in order to determine the main directions of its processing. Glass and Ceramics, 2020, vol. 77, no. 5-6, pp. 183-189. https://doi.org/10.1007/s10717-020-00266-9Исследование процессов переработки пыли газоочистки сталеплавильных производств / С. Л. Римошевский [и др.] // Литье и металлургия. - 2021. - №. 1- С. 106-113. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2021-1-106-113Rimo shevsky S. L., Prokopchuk D. A., Golub D. M. Investigation of the processes of dust processing gas cleaning of steelmaking industries. Lit'e i metallurgiya = Foundry production and metallurgy, 2021, no. 1, pp. 106-113 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1683-6065-2021-1-106-113Летимин, В. Н. Оценка пирометаллургических способов обесцинковывания пыли и шламов сталеплавильных цехов / В. Н. Летимин, Т. М. Насыров, И. В. Макарова // Теория и технология металлургического производства. -2013. - №1 (13). - С. 67-70.Letimin V. N., Nasyrov T. M., Makarova I. V. Evaluation of pyrometallurgical methods for dezincification of dust and sludge from steelmaking plants. Teoriya i tekhnologiya metallurgicheskogo proizvodstva = Theory and technology of metallurgical production, 2013, no. 1 (13), pp. 67-70 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.