Способ получения окускованного материала
Владельцы патента RU 2291208:
Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" (RU)
Изобретение относится к области подготовки руд и концентратов к дальнейшей переработке, в частности к процессам окускования железорудных материалов, плавикового шпата и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также в химической промышленности. Шихту, содержащую окусковываемый материал, углеродсодержащий компонент, флюс и тонкодисперсные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства, смешивают, формуют и подвергают термообработке. Тонкодисперсные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства вводят в шихту в виде хвостов флотации угольной пены в количестве 0,3-2,5 мас.%. Изобретение позволит расширить сырьевую базу за счет вовлечения в переработку отходов алюминиевого производства в виде хвостов флотации угольной пены, позволяющих частично заменить топливо и флюс. 4 табл.
Изобретение относится к области подготовки руд и концентратов к дальнейшей переработке, в частности к процессам окускования железорудных материалов, плавикового шпата и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также в химической промышленности.
Существующие способы подготовки руд и концентратов к металлургическому переделу, включают получение окускованных материалов. Окускованные материалы получают агломерацией, производством окатышей и брикетированием (Полтавец В.В. Доменное производство. М.: Металлургия, 1972, с.81).
Предлагаемое техническое решение распространяется на подготовку сырья, связанную с переделами агломерации, производства окатышей и брикетирования. Во всех случаях окусковываемые мелкодисперсные материалы предварительно смешивают, формуют и термообрабатывают.
Существующие способы получения окускованных материалов имеют ряд недостатков:
- использование в качестве топлива (восстановителя) и флюса (связующего) достаточно дорогих и дефицитных материалов при их значительном расходе;
- необходимость тщательной подготовки шихтовых материалов и особенно связующего по гранулометрическому составу;
- высокая температура тепловой обработки окусковываемого материала (в случае производства окатышей и агломерации).
Указанные недостатки в значительной степени устраняются в известном способе получения окатышей плавикового шпата, принятом за прототип (Авторское свидетельство СССР №979512, С 22 В 1/243, опубл. 07.12.82, БИ №45).
В способе-прототипе, включающем смешение, формование и термообработку шихты, содержащей окусковываемый материал, углеродсодержащий компонент, флюс и различные добавки, с целью снижения эксплуатационных затрат и улучшения санитарно-гигиенических условий труда предлагается использовать в качестве связующего пыли алюминиевого производства в количестве 2-2,5 вес.% концентрата. Обжиг проводят при 950-980°С. Преимущества данного способа-прототипа заключаются в том, что:
- в производственный процесс взамен дорогих и дефицитных материалов вовлекаются отходы алюминиевого производства;
- исключается необходимость подготовки связующего по гранулометрическому составу, т.к. пыли алюминиевого производства имеют среднюю крупность 10-20 мкм;
- снижается температура тепловой обработки окусковываемого материала.
К недостаткам способа, выбранного за прототип, относится то, что пыли алюминиевого производства содержат в своем составе вредные примеси: сера, содержащаяся в пыли в виде сульфата натрия (Na2 SO4), в количестве 1,5-2,0%; смолистые вещества, в частности (антрацен, фенантрен, флуорантен, пирен, хризен, бенз(а)флуорантен, бенз(е)пирен), содержание которых в среднем составляет около 4%; бериллий в виде фторида (BeF2), в количестве 0,005-0,01%; натрий в виде натриево-алюминиевых фторидов в количестве 6-16,5%; алюминий в виде натриево-алюминиевых фторидов и глинозема, в количестве 10-27%.
Сера, смолистые вещества и соединения бериллия при термической обработке окусковываемого материала будут выделяться в газовую фазу, ухудшая экологическую обстановку и санитарно-гигиенические условия труда.
Соединения натрия имеют тенденцию оказывать разрушающее воздействие на футеровку металлургических агрегатов при последующей переработке окускованного материала.
Соединения алюминия (преимущественно Al2O3) повышают температуру плавления шлаков, снижают их жидкотекучесть, а также требуют дополнительного расхода извести на поддержание необходимой основности шлака.
Задачей изобретения является улучшение экологической обстановки и санитарно-гигиенических условий труда, повышение качества окускованного материала, снижение затрат на его производство, расширение сырьевой базы за счет вовлечения в переработку отходов алюминиевого производства.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения окускованных материалов, включающем смешение, формование и термообработку шихты, содержащей окусковываемый материал, углеродсодержащий компонент, флюс и различные добавки, в шихту дополнительно вводят тонкодисперсные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства в виде "хвостов флотации" угольной пены в количестве 0,3-2,5% мас.
В отличие от прототипа, в предлагаемом решении, в состав шихты для получения окускованных материалов дополнительно вводят другой тонкодисперсный фторуглеродсодержащий отход алюминиевого производства "хвосты флотации" угольной пены в количестве 0,3-2,5 мас.%.
При электролитическом производстве алюминия на 1 тонну металла образуется 40-50 кг тонкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов, которые представлены основными видами: пыли газоочистки и "хвосты флотации" угольной пены.
В свою очередь пыли газоочистки электролизного производства состоят из пыли электрофильтров (сухая стадия газоочистки) и шламов газоочистки (мокрая стадия пылегазоулавливания).
"Хвосты флотации" угольной пены представляют собой тонкодисперсные отходы флотационного обогащения угольной пены, накапливающейся в электролите алюминиевого электролизера в результате неполного сгорания угольного анода.
Химические и усредненные молекулярные составы пылей алюминиевого производства и "хвостов флотации" угольной, пены представлены в табл.1.
| Таблица 1 | |||||
| Химический состав, % мас. | Усредненный молекулярный состав, % мас | ||||
| Наименование элементов | Пыль и шлам | Хвосты флотации | Наименование соединений | Пыль и шлам | Хвосты флота- |
| С | 27-40,0 | 72-80 | С | 33,5 | 75,0 |
| Na | 11,5-14,5 | 4-8 | Na3AlF6 | 19,2 | 17,2 |
| К | 0,7-1.1 | 0,4-0,6 | Na5AI3F14 | 10,5 | 0,5 |
| AI | 10,5-15,5 | 2,5-5,0 | K2NaAIF6 | 2,1 | 1,55 |
| F | 19-23 | 7-12 | Na2SO4NaF | 5,0 | |
| Са | 0,4-0,8 | 0,5-0,8 | CaF2 | 1,2 | L72 |
| Mg | 0,2-0,6 | 0,3-0,7 | MgF2 | 1,0 | 0,8 |
| Fe | 1,0-1,8 | 0,3-1,0 | SiO2 | 0,5 | 0,35 |
| Si | 0,2-0,3 | 0,1-0,2 | Fe2O3 | 2,1 | 0,85 |
| S | 0,95-2,1 | 0,05-0,3 | AI2О3 | 10,6 | 4,0 |
| P | 0,04-0,06 | 0,01-002 | Na2SO4 | 4,6 | 0,65 |
| Смолистые | 6,0 | - | Смолистые | 6,0 |
Из табл.1 видно, что, использование "хвостов флотации" угольной пены в качестве частичной замены топлива и флюса при окусковании материалов, имеет очевидное преимущество, по сравнению с пылями газоочистки алюминиевого производства, по следующим причинам:
1. "Хвосты флотации" содержат в 2-3 раза большее количество углерода (в форме кокса), по сравнению с пылями газоочистки.
2. "Хвосты флотации" содержат в 2 раза меньшее количество щелочных металлов (Na, К), которые являются нежелательными примесями, поскольку оказывают разрушающее воздействие на огнеупорную футеровку металлических агрегатов при последующей переработке окускованного материала.
3. "Хвосты флотации", по сравнению с пылями газоочистки, со держат значительно меньшее количество вредных примесей (S, P, Be, смолистых), ухудшающих экологическую обстановку на производстве.
Сравнение различных вариантов окускования материалов с использованием пылей алюминиевого производства и "хвостов флотации" показывает очевидные преимущества от использования последних.
В частности, при производстве окатышей использование "хвостов флотации", по сравнению с пылями алюминиевого производства, обеспечивает:
- снижение температуры обжига окускованного материала (следствием этого является снижение расхода топлива, выброса вредных газообразных продуктов). Это обусловлено, тем, что солевая фаза "хвостов флотации" состоит в основном из натриево-алюминиевых фторидов (Na3AIF6, Na5AI3F14) с небольшими примесями Al2 О3, CaF2, MgF2.
Температура плавления такой смеси составляет (950-955)°С, в то время как плавление солевой фазы пылей газоочистки начинается при температуре выше 980°С;
- улучшение санитарно-гигиенических условий труда и экологической обстановки, т.к. "хвосты флотации" по содержанию вредных примесей гораздо чище, чем пыли газоочистки алюминиевого производства;
- присутствие в составе окатышей высококачественного углеродистого материала, который при последующей металлургической обработке окатышей может выполнять функции топлива и восстановителя.
При агломерации железосодержащего материала использование пылей газоочистки алюминиевого производства практически неприемлемо по перечисленным выше причинам. Использование же "хвостов флотации" угольной пены в качестве частичного заменителя коксовой мелочи вполне оправдано. Что подтверждают данные характеристики материала, приведенные в табл.2.
| Таблица 2 | |||||
| Вид материала | Характеристики материала | ||||
| Сод-ние С, % мас. | Q, кДж/кг | Летучие, % мас. | Зола, % мас. | Основность золы, CaO/SiO2 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Коксовая мелочь | 82 | 26700 | 2,6 | 12,0 | |
| Хвосты флотации | 76,5 | 26000 | 3,5 | 20 | 6.0 |
Из сопоставления некоторых характеристик коксовой мелочи и "хвостов флотации", приведенных в табл.2, следует:
по теплотворной способности "хвосты флотации" незначительно уступают коксу при содержании летучих в коксе и "хвостах флотации", примерно одинаковых. При этом зола хвостов флотации", по сравнению с золой кокса, имеет очевидные преимущества, т.к. представляет собой самоплавкую пустую породу, в то время, как зола кокса требует дополнительного расхода извести для ошлакования.
В качестве примера можно привести состав агломерационной шихты (см. табл.3). где в качестве частичной замены коксовой мелочи и известняка (извести) используются хвосты флотации угольной пены.
| Таблица 3 | |||
| Примерный состав агломерационной шихты | |||
| № | Компоненты шихты для окускования | Содержание в шихте, % мас. | |
| по существующей технологии | по предлагаемому решению | ||
| 1 | Железный концентрат | 41,0 | 41,0 |
| 2 | Смесь аглоруд | 33,5 | 33,5 |
| 3 | Ока-типа | 1,7 | 1,7 |
| 4 | Возврат мелочи агломерата | 13,0 | 13,0 |
| 56 | Коксовая мелочь | 5,8 | 3,6 |
| 6 | Хвосты флотации угольной пены | - | 2,5 |
| 7 | Известняк | 5,0 | 4,7 |
| Итого | 100,0 | 100,0 |
Из представленных в табл.3 данных следует, что:
а) в состав агломерационной шихты дополнительно к существующим восстановителю (коксовой мелочи) и флюсу (известняку) вводят хвосты флотации угольной пены, содержащие восстановитель (углерод) и флюс (натиевые фторалюминаты).
б) введение в состав аглошихты хвостов флотации угольной пены в количестве 2,5% мас. позволяет уменьшить расход традиционно используемых коксовой мелочи на 2.2% и флюса (известняка) на 0,3% без ухудшения основных технико-экономических показателей процесса агломерации железосодержащих материалов.
В качестве примера приведена сравнительная табл.4, где сопоставлены исходные данные и полученные результаты по предлагаемому техническому решению в сравнении с прототипом для процесса агломерации железорудных материалов.
| Таблица 4 | |||||||
| Результаты опытов по получению агломерата для доменного производства | |||||||
| Наименование показателей | Содержание хвостов флотации угольной пены в шихте, % мас. | Содержание пыли., % мас. (прототип) | |||||
| 0 | 0,1 | 0,3 | 1,5 | 2,5 | 3,5 | 2,5 | |
| Насыпная плотность шихты, т/м3 | 1,788 | 1,789 | 1,791 | 1,793 | 1,796 | 1,801 | 1,795 |
| Линейная скорость спекания в средних слоях, мм/мин | 20,05 | 19,8 | 19,5 | 18,1 | 16,7 | 15,6 | 15,8 |
| Удельная производительность, т/м2·час | 1,219 | 1,216 | 1,214 | 1,210 | 1,205 | 1,192 | 1,195 |
| Механическая прочность по ГОСТ 15137-77 (фракция > 5 мм) | 67,16 | 67,16 | 67,22 | 67,41 | 67,55 | 67,80 | 66,45 |
| Выход годного агломерата, % | 62,1 | 62,1 | 62,6 | 62,9 | 63,5 | 64,0 | 62,7 |
| Примечание. 1. В составе аглошихты во всех опытах варьировалось только содержание коксовой мелочи и хвостов флотации угольной пены. При этом суммарное содержание коксовой мелочи и хвостов флотации угольной пены оставалось неизменным на уровне 5,8% мас. | |||||||
| 2. Хвосты флотации угольной пены вводились в аглошихту в качестве частичной замены коксовой мелочи с коэффициентом по массе 1,16 (1 т коксовой мелочи = 1,16 т хвостов флотации). |
На основании анализа представленных в табл.4 данных можно сделать следующие выводы.
Введение в состав аглошихты хвостов флотации угольной пены в количестве 0,3-2,5% обеспечивает более высокие технико-экономические показатели процесса, по сравнению с прототипом. Снижение содержания в шихте хвостов флотации менее 0,3% понижает механическую прочность агломерата и уменьшает выход годного. Увеличение содержания в шихте хвостов флотации более 2,5% снижает производительность процесса.
Таким образом, введение в состав исходной шихты хвостов флотации угольной пены в количестве 0,3-2,5%, по сравнению с прототипом, приводит к более высокому техническому результату:
а) снижение количества отходов алюминиевого производства, вводимого в состав шихты, при идентичных показателях качества или повышение технико-экономических показателей процесса при одинаковом содержании отходов в шихте;
б) уменьшение щелочной нагрузки на металлургические агрегаты (например. доменную печь) при последующей переработке окускованного материала (см. табл.1);
в) сокращение выбросов токсичных соединений, выделяющихся при термической обработке окускованного материала (см. табл.1).
Способ получения окускованных материалов, включающий смешение, формование и термообработку шихты, содержащей окусковываемый материал, углеродсодержащий компонент, флюс и тонкодисперсные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства в виде хвостов флотации угольной пены, отличающийся тем, что используют хвосты флотации угольной пены в шихте в количестве 0,3-2,5 мас.%.
