Способ брикетирования углеродных восстановителей

Изобретение описывает способ брикетирования углеродных восстановителей, преимущественно буроугольного или каменного полукокса (кокса), включающий смешение связующих материалов с полукоксом (коксом), прессование и сушку брикетов, отличающийся тем, что в качестве связующих материалов используют комбинированное связующее, содержащее высокотемпературный и низкотемпературный компоненты, причем сначала смешивают углеродный восстановитель с высокотемпературным компонентом, затем добавляют низкотемпературный компонент, при этом в качестве высокотемпературного компонента используют кубовые продукты переработки нефти в виде смолы пиролиза или каталитического газойля в количестве 25-30 масс. %, а в качестве низкотемпературного компонента используют органические вещества в виде раствора клейковины или мелассы в количестве 70-75 масс. %. Технический результат заключается в повышении механической и термической прочности брикета. 4 з.п. ф-лы, 4 пр., 3 табл.

 

Изобретение относится к области технологии подготовки и производства брикетов, применяемых в качестве восстановителя для получения технического кремния и других металлургических процессов.

Известно техническое решение «Способ приготовления формованного материала для производства кремния» (патент RU 2151738, С01В 33/025, опубл. 27.06.2000 г.), направленное на переработку кремния, сущность которого заключается в способе получения одного из компонентов шихты. При этом шихта для производства кремния включает кварцит, древесную щепу, нефтяной кокс, древесный уголь, мелкодисперсный кремнезем и щелочное связующее, содержит мелкодисперсный кремнезем в виде пыли электрофильтров газоочистки производства кремния при следующем соотношении компонентов, масс. %: кварцит 35-45; древесная щепа 19-26; нефтяной кокс 11-15; древесный уголь 7-10; пыль электрофильтров газоочистки производства кремния 4,5-11; щелочное связующее 0,5-1,3, причем часть кремнезем-углеродсодержащей шихты представлена в виде предварительно сформованного материала в количестве 10-30% от массы шихты. Приготовление ее компонента - формованного материала включает смешение мелкодисперсного кремнеземсодержащего материала с углеродсодержащим восстановителем и щелочным связующим, формование и сушку, в качестве кремнеземсодержащего материала используют пыль электрофильтров газоочистки производства кремния, восстановителя - нефтяной кокс, на формование подают шихту следующего состава, масс. %: нефтяной кокс 55-70, пыль электрофильтров газоочистки производства кремния 25-50, щелочное связующее 3-5 и формуют материал крупностью 6-50 мм и сушат до влажности 6-8%, кроме того, на формование подают нефтекокс, содержащий фракцию не более 8 мм, в количестве не менее 70 масс. %, а на смешение подают 10-15%-ный водный раствор щелочи натрия. Однако в данном техническом решении из-за высокого содержания летучих компонентов в брикетах, полученных из брикетированной смеси, часть кремнийсодержащего сырья в виде тонкодисперсной фракции не участвует в технологическом процессе и уносится из шихты с дымовыми газами, что уменьшает реакционную способность углеродного восстановителя и снижает качество получаемого металлического кремния из рудного сырья.

Известен состав углебрикетной шихты, содержащий, масс. %: коксовую мелочь 34-36; древесные опилки 1,5-2,5; жидкое стекло 6,5-7,4; нефтяной битум 2,5-3,5; антрацитовую мелочь - остальное (а.с. SU 1546469, C10L 5/10, опубл. 28.02.1990 г.).

Недостатком такого известного состава является наличие нефтяного битума, требующего нагрева перед смешением до температуры 220-250°С и пропарки приготовленной брикетной массы острым паром с температурой 210°С, что значительно усложняет процесс брикетирования, делает его энергоемким. Все это, с учетом использования дорогостоящего жидкого стекла (до 7,4 масс. %), что повышает себестоимость брикетов.

Известен угольный брикет, обладающий повышенной прочностью, а также способ его изготовления (патент RU 2224007, C10L 5/02, опубл. 12.12.2001 г.). Брикет, обладающий повышенной начальной прочностью и состоящий из 100 вес. ч. угольной мелочи, 1-5 вес. ч. негашеной извести и 7-15 вес. ч. мелассы. Брикет имеет сопротивление дробимости не ниже 70% и интенсивность пылеобразования не более 20% и пригоден для применения в плавильно-восстановительном процессе получения железа. В брикете угольная мелочь содержит от 6 до 15 вес. % влаги. В брикете негашеная известь содержит частицы размерами не более 1 мм, причем доля частиц размерами не более 0,3 мм составляет не менее 50% по весу. Способ изготовления таких брикетов включает в себя операции: смешивания 1-5 вес. ч. негашеной извести со 100 вес. ч. угольной мелочи и выдерживания смеси; смешивания 7-15 вес. ч. мелассы с выдержанной смесью и их перемешивания и прямого формирования перемешанной смеси с целью получения брикетов. Способ, при котором угольная мелочь содержит от 6 до 15 вес. % влаги. Способ, при котором негашеная известь содержит частицы размерами не более 1 мм, причем доля частиц размерами не более 0,3 мм составляет не менее 50% по весу. Способ, в котором осуществляют выдерживание от 2 мин до 2 ч для превращения негашеной извести в гашеную. Способ, в котором перемешивание осуществляют в течение 2-50 мин для повышения скорости отвердения. Способ, в котором после прямого формирования не осуществляют операцию нагрева и сушки.

Недостатком данного изобретения является то, что для достижения повышенной прочности используется связующая способность сахарата кальция, образующегося в результате химической реакции между негашеной известью и мелассой. Однако химическая реакция между негашеной известью и мелассой ограничивается коротким временем нахождения в системе. Негашеная известь быстро реагирует с влагой и с мелассой, способствует отвердению ингредиентов, что препятствует равномерному распределению негашеной извести по смеси, это снижает механическую прочность и затрудняет хранение и транспортировку.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является способ получения углеродсодержащих брикетов (патент RU 2376342, C10L 5/12, опубл. 20.12.2009 г.). Способ брикетирования полукокса, преимущественно буроугольного, включает стадии подготовки исходных компонентов, смешивание, прессование, сушку и пропитку, предусматривает измельчение исходных компонентов на стадии подготовки до гранулометрического состава 0-7 мм и добавление гашеной извести с водоизвестковым отношением 3/1-5/1 с содержанием СаО от 5 до 15%, а после смешивания компонентов, прессования и сушки пропитку брикетов раствором жидкого стекла.

Недостатком изобретения является сложность технологического процесса изготовления брикетов и высокое содержание золы и нежелательных примесей.

Решаемой задачей изобретения является создание эффективных углеродных брикетов восстановителей на основе полукокса бурого угля, применяемых для производства кристаллического кремния и улучшающих технико-экономические показатели процесса плавки.

При этом техническим результатом является повышение механической и термической прочности брикета.

Технический результат достигается за счет того, что в способе брикетирования углеродных восстановителей, преимущественно буроугольного или каменного полукокса (кокса), включающем смешение связующих материалов с полукоксом (коксом), прессование и сушку брикетов, согласно заявляемому изобретению, в качестве связующих материалов используют комбинированное связующее, содержащее высокотемпературный и низкотемпературный компоненты, причем сначала смешивают углеродный восстановитель с высокотемпературным компонентом, затем добавляют низкотемпературный компонент, при этом в качестве высокотемпературного компонента используют кубовые продукты переработки нефти в виде смолы пиролиза или каталитического газойля в количестве 25-30 масс. %, а в качестве низкотемпературного компонента используют органические вещества в виде раствора клейковины или мелассы, в количестве 70-75 масс. %.

Заявляемое изобретение дополняют следующие уточняющие признаки. Соотношение смеси комбинированного связующего и полукокса (кокса) составляет 1:2.

Углеродный восстановитель перед смешением его со связующим может быть измельчен до гранулометрического состава до 3 мм.

Брикетирование углеродных восстановителей ведут под давлением 50-100 МПа.

Сушку брикетов осуществляют при температуре 150-170°C в течение 40-60 мин.

Отличительным признаком предлагаемого изобретения является: использование в качестве связующего для углеродных восстановителей-комбинированного связующего, состоящего из органических компонентов в виде растворов клейковины, крахмала или мелассы отвечающих за механическую прочность и кубовых остатков от переработки нефти в виде смолы пироллиза или каталитического газойля, обеспечивающих прочность брикетов при высоких температурах, с последующим брикетированием на валковом или экструдерном прессе и сушкой.

Комбинированное связующее представляет собой совокупность низкотемпературных и высокотемпературных компонентов, обеспечивающих высокую прочность брикетов во всем температурном интервале использования данного восстановителя. В первую очередь в восстановитель (например, в полукокс бурого угля) добавляется связующее, обеспечивающее прочность брикета при высокой температуре (высокотемпературный компонент). Частицы углеродного восстановителя, например, на основе бурого угля, имеют высокую удельную поверхность и пропитываются сначала высокотемпературными кубовыми остатками от переработки нефти, затем к углеродному восстановителю добавляется низкотемпературный компонент - органическое связующее, которое концентрируется на поверхности частиц углеродного восстановителя. Во время сушки полученных брикетов органическое связующее схватывается, образуя прочный каркас, что обеспечивает структурную прочность брикета при транспортировке и пересылках материала по технологическим переделам. При попадании брикета на колошник руднотермической печи, например при производстве кремния, в условиях высоких температур, органическое связующее начинает выгорать, при этом начинает снижаться механическая прочность брикета. Одновременно с этим процессом начинает нагреваться высокотемпературный компонент связующего, находящийся внутри угольных частиц полукокса. В условиях высоких температур кубовые остатки от переработки нефти начинают коксоваться, образуя мостики между частицами, не давая брикету развалиться в руднотермической печи, что обеспечивает полноту протекания процесса карботермического восстановления кремния и предотвращает вынос мелких частиц восстановителя в газоход печи и его перерасход при получении технического кремния.

В качестве низкотемпературного компонента используют органические вещества и на общую массу брикетируемого угольного восстановителя, используют сухие растворимые вещества, такие как клейковина (мука), 15-20 масс. % в водном растворе (50-60 масс. %), либо жидкие связующие материалы, такие как патока (меласса), 70-75 масс. %. Это необходимо для обеспечения достаточной механической прочности брикета при протекании процесса плавки, исключающего переизмельчение восстановителя при транспортировке его до электропечи, что способствует его сгоранию на колошнике печи и выносу с газами. В качестве высокотемпературного компонента, обеспечивающую прочность брикетов при высоких температурах, образовывая коксовый остаток, применяют кубовые продукты переработки нефти (газойль каталитический или смола пиролиза) 25-30 масс. %. Необходимая термостойкость проявляется в устойчивости к раздавливанию и истиранию восстановителя в условиях высоких температур на колошнике печи.

Способ включает смешивание углеродного восстановителя, например на основе бурого угля, который перед смешением может быть измельчен до фракционного состава до 3 мм, сначала с кубовыми остатками от переработки нефти (каталитический газойль, смола пиролиза нефти), затем добавляют органические компоненты связующего (клейковина, мука, патока, меласса), после этого шихту снова перемешивают в течение 5 минут, брикетирование проводят под давлением 50-100 МПа на валковом или экструдерном прессе, сушку ведут при температуре 150-170°C в течение 40-60 минут.

В технологии производства брикетов, применяемых в качестве углеродного восстановителя для получения технического кремния и в других металлургических процессах, важную роль играют свойства углеродного восстановителя:

Реакционная способность не менее 2,0 см3/г×с
Удельное электросопротивление не менее 1,37×103 Ом×см
Удельная площадь 120-500 м2
Механическая прочность на сжатие не менее 5,0 МПа
Термопрочность не менее 2,0 МПа

Примеры осуществления заявляемого способа.

Пример 1. Углеродистый восстановитель (полукокс бурого угля с фракционным составом до 3 мм (67-72 масс. %) сначала смешивали с каталитическим газойлем (8-10 масс. %), затем добавляли воду (15-20 масс. %) и снова перемешивали не менее 2-х минут, после этого добавляли сухую клейковину (муку 5-8 масс. %) и перемешивали в течение 5 минут.

При снижении содержания клейковины менее 5 масс. % снижается механическая прочность брикета до критичного значения. При увеличении клейковины более 8 масс. % прочность не значительно увеличивается, при этом увеличивается содержание летучих компонентов и затраты на приобретение данного связующего.

При содержании воды в составе брикетируемой смеси менее 15 масс. %, шихта, состоящая из мелкодисперсного полукокса, плохо брикетируется, при этом значительно снижается прочность брикета. При содержании воды в угольной шихте более 20 масс. % во время брикетирования выделяется избыточная влага и увеличивается время на сушку брикета.

При снижении содержания каталитического газойля менее 8 масс. % снижается термическая прочность брикета до критичного значения. При увеличении газойля более 10 масс. % термическая прочность не значительно увеличивается, при этом увеличивается содержание летучих компонентов и затраты на приобретение данного связующего. Результаты эксперимента представлены в табл. 1.

Пример 2. Углеродистый восстановитель-полукокс бурого угля измельчали до фракционного состава до 3 мм (70-77 масс. %), смешивали со смолой пиролиза (8-10 масс. %), затем добавляли мелассу (15-20 масс. %), предварительно нагретую до 70°C и перемешивали в течение 5 минут.

При снижении содержания мелассы менее 15 масс. % снижается механическая прочность брикета до критичного значения. При увеличении мелассы более 20 масс. % прочность не значительно увеличивается, при этом увеличивается содержание летучих компонентов и затраты на приобретение данного связующего.

При снижении содержания смолы пиролиза менее 8 масс. % снижается термическая прочность брикета до критичного значения. При увеличении смолы пиролиза более 10 масс. % термическая прочность не значительно увеличивается, при этом увеличивается содержание летучих компонентов и затраты на приобретение данного связующего. Результаты эксперимента представлены в табл. 2.

Пример 3. Полукокс бурого угля с фракционным составом до 3 мм (65-72 масс. %)) смешивали со смолой пиролиза (8-10 масс. %), затем добавляли мучной клейстер (20-25 масс. %) и перемешивали в течение 5 минут. Концентрация сухой муки в клейстере составляло 18%).

При снижении содержания мучного клейстера менее 20 масс. % снижается механическая прочность брикета до критичного значения. При увеличении мучного клейстера более 25 масс. % прочность не значительно увеличивается, при этом увеличивается содержание летучих компонентов и затраты на приобретение данного связующего. При снижении содержания смолы пиролиза менее 8 масс. % снижается термическая прочность брикета до критичного значения. При увеличении смолы пиролиза более 10 масс. % термическая прочность не значительно увеличивается, при этом увеличивается содержание летучих компонентов и затраты на приобретение данного связующего. Результаты эксперимента представлены в табл. 3.

Пример 4. Подготовленные по примерам 1-3 углеродные восстановители брикетировали под давлением 50-100 МПа. При давлении брикетирования менее 50 МПа снижается прочность брикета при испытании на сжатие, при давлении более 100 МПа прочность брикета повышается не значительно. Брикеты сушили при температуре 150°C-170°C в течение 40-60 минут.

При температуре сушки менее 150°C увеличивается продолжительность процесса сушки брикета. Увеличение температуры сушки более 170°C приводит к возгоранию брикета.

При снижении времени менее 40 минут процесса сушки брикета при заданных температурах снижается механическая прочность брикета. При увеличении продолжительности сушки более 60 минут механическая прочность брикета повышается не значительно.

1. Способ брикетирования углеродных восстановителей, преимущественно буроугольного или каменного полукокса (кокса), включающий смешение связующих материалов с полукоксом (коксом), прессование и сушку брикетов, отличающийся тем, что в качестве связующих материалов используют комбинированное связующее, содержащее высокотемпературный и низкотемпературный компоненты, причем сначала смешивают углеродный восстановитель с высокотемпературным компонентом, затем добавляют низкотемпературный компонент, при этом в качестве высокотемпературного компонента используют кубовые продукты переработки нефти в виде смолы пиролиза или каталитического газойля в количестве 25-30 масс. %, а в качестве низкотемпературного компонента используют органические вещества в виде раствора клейковины или мелассы в количестве 70-75 масс. %.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение смеси комбинированного связующего и полукокса (кокса) составляет 1:2.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что углеродный восстановитель перед смешением со связующим измельчают до гранулометрического состава до 3 мм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что брикетирование ведут под давлением 50-100 МПа.

5. Способ по п. 1 отличающийся тем, что сушку брикетов осуществляют при температуре 150-170°C в течение 40-60 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к комплексной переработке углеродсодержащих материалов, таких как угли, торф, горючие сланцы, углеродсодержащих техногенных материалов, таких как отходы углеобогащения, отходы деревообработки, твердые коммунальные отходы, и может найти применение в энергетике, химической промышленности, черной металлургии.

Изобретение относится к способу получения металлического неодима из его оксида. Способ включает смешивание оксида неодима с графитовым порошком с последующим прессованием полученной смеси в брикеты и нагревом полученных брикетов в вакуумной или вакуумно-водородной печи для восстановления оксида.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к плавке сырья, содержащего цветные металлы. Согласно способу переработка низкоавтогенного сырья в печи взвешенной плавки включает подачу металлсодержащей шихты и флюса в виде шихтогазового факела в реакционную зону упомянутой печи струей кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, плавление шихты происходит с образованием расплавов штейна и шлака, разделение последних отстаиванием, раздельный вывод жидких продуктов плавки и газов.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению лигатур для постоянных магнитов на основе неодима. В способе смешивают оксид неодима с графитовым порошком и порошком железа или чугуна, полученную смесь прессуют в брикеты при давлении 80-120 МПа, укладывают брикеты в графитовый тигель, который помещают в вакуумную печь и нагревают до температуры 900-1000°C с образованием расплава и выдержкой его при этой температуре в течение 30-60 мин при остаточном давлении 0,25-5 кПа до разложения гидрооксида неодима и удаления паров воды, после завершения выдержки осуществляют откачку газа до давления 1-10 Па, последующий напуск инертного газа до давления 30-50 кПа с обеспечением создания безокислительной газовой атмосферы и подъема температуры до 1800-2000°C, и проводят процесс восстановления в течение 180-360 мин.

Изобретение относится к металлургической промышленности, преимущественно к металлургии кобальта. Способ получения кобальта включает приготовление шихты смешением кобальтсодержащего материала с горючими сланцами в качестве углеродсодержащего восстановителя, которые содержат кварцевый песок, металлы - кальций и магний.

Группа изобретений относится к получению металлического циркония из его рудных пород. Способ получения металлического циркония из водной суспензии частиц руды, содержащей соединения циркония, включает генерацию в объеме сырья физических трапецеидальных магнитных полей, напряженность которых составляет 1,1·105 - 1,5·105 А/м.
Изобретение относится к экстракции металлов из красного шлама. Красный шлам измельчают до размера частиц 5-500 мкм.

Группа изобретений относится к получению металлического цинка из его рудных пород. Способ получения металлического цинка из водной суспензии частиц, содержащих соединения цинка руды, включает генерацию в объеме сырья физических «треугольных» магнитных полей, напряженность которых составляет 8·104÷1,0·105 А/м.

Группа изобретений относится к получению металлического олова из его рудных пород. Способ получения металлического олова из водной суспензии частиц, содержащих соединения олова руды, включает генерацию в объеме сырья физических треугольных магнитных полей, напряженность которых составляет 8·104÷1,0·105 А/м.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть применено для обеднения медных шлаков. Способ обеднения медных шлаков включает обработку шлака оксидом кальция в присутствии восстановителя при повышенной температуре.
Изобретение раскрывает способ получения кускового топлива путем смешения исходных компонентов – углеродсодержащего материала, зернистого наполнителя и связующего, формования полученной смеси и сушки, при этом в качестве углеродсодержащего материала используют осадок фильтр-прессов углеобогатительной фабрики, получаемый в результате обогащения угля марок Д, ДГ, Г, с исходным гранулометрическим составом 0-100 мкм, в качестве связующего - смесь муки и смолы пиролизной тяжелой в соотношении 1:1, при этом исходные компоненты берут в следующем количестве, масс.
Изобретение раскрывает способ получения металлургического брикета, который заключается в смешении исходных компонентов – углеродсодержащего материала, представляющего собой мелочь коксовую марки МК-1, получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, двухкомпонентного связующего, содержащего смолу и крахмал в соотношении от (0,5-2):1, воды с температурой от 1 до 99°С, при этом исходные компоненты смешивают в следующем соотношении, мас.%: углеродсодержащий материал – не менее 50; двухкомпонентное связующее – 8–20; вода – остальное.

Изобретение раскрывает углекоксовый топливный брикет, включающий концентрат из угольной и коксовой пыли, и связующее, при этом в качестве кокса используют нефтяной кокс, а в качестве связующего используют смесь тяжелой смолы пиролиза нефти и гудрона при следующем их соотношении в связующем, мас.

Изобретение относится к технологии производства формованного твердого топлива на основе обезвоженных илов очистных сооружений осадков городских сточных вод (ОСВ) и может быть использовано для коммунально-бытовых нужд, а также в промышленности в котлах твердотопливных котельных, при этом частично решается проблема снижения загрязнения окружающей среды отходами.
Изобретение относится к способу получения топливных окатышей, включающий смешивание наполнителя, содержащего отходы обработки древесного сырья, горючего компонента в виде отходов нефтепродуктов и связующего, где в качестве горючего компонента используют также масложировые отходы пищевой промышленности, горючий компонент служит одновременно связующим, в смешиваемую массу добавляют порошкообразный загуститель из горючего материала, при этом вначале производят в течение 1,5-2 минут смешивание загустителя и горючего связующего в соотношении 0,2-1,0:1 для загущения последнего, затем в загущенную массу постепенно вводят наполнитель, составляющий в целом 0,5-1,0:1 к горючему связующему и снова перемешивают в течение 35-40 мин до образования окатышей устойчивой формы, затем снова добавляют загуститель в количестве 10-20% его первоначальной массы для предотвращения слипания окатышей и перемешивают еще 2-4 мин до получения готового продукта в виде округлых окатышей.

Изобретение относится к способу получения топливных брикетов, включающий смешение углеродного наполнителя с измельченным углем, добавление связующего вещества и брикетирование смеси под давлением, при этом осуществляют сухое смешение углеродного наполнителя, представляющего собой отходы производства алюминия, анодной массы и электродов в количестве 25,01-85,00 мас.% с измельченным бурым углем до получения 100% сухой массы с последующим добавлением к сухой массе связующего вещества.

Изобретение относится к способу получения формованных изделий, в частности брикетов, из смеси с размером зерна от мелкого до среднего с применением связующего. .

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано в различных отраслях промышленности. .
Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к получению связующего для брикетирования бурых углей. .
Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к получению связующего для брикетирования бурых углей. .
Изобретение раскрывает способ получения кускового топлива путем смешения исходных компонентов – углеродсодержащего материала, зернистого наполнителя и связующего, формования полученной смеси и сушки, при этом в качестве углеродсодержащего материала используют осадок фильтр-прессов углеобогатительной фабрики, получаемый в результате обогащения угля марок Д, ДГ, Г, с исходным гранулометрическим составом 0-100 мкм, в качестве связующего - смесь муки и смолы пиролизной тяжелой в соотношении 1:1, при этом исходные компоненты берут в следующем количестве, масс.

Изобретение описывает способ брикетирования углеродных восстановителей, преимущественно буроугольного или каменного полукокса, включающий смешение связующих материалов с полукоксом, прессование и сушку брикетов, отличающийся тем, что в качестве связующих материалов используют комбинированное связующее, содержащее высокотемпературный и низкотемпературный компоненты, причем сначала смешивают углеродный восстановитель с высокотемпературным компонентом, затем добавляют низкотемпературный компонент, при этом в качестве высокотемпературного компонента используют кубовые продукты переработки нефти в виде смолы пиролиза или каталитического газойля в количестве 25-30 масс. , а в качестве низкотемпературного компонента используют органические вещества в виде раствора клейковины или мелассы в количестве 70-75 масс. . Технический результат заключается в повышении механической и термической прочности брикета. 4 з.п. ф-лы, 4 пр., 3 табл.

Наверх