СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКУСКОВАННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2007 года по МПК C22B1/245 

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 1Химический состав, % мас.Усредненный молекулярный состав, % масНаименование элементовПыль и шламХвосты флотацииНаименование соединенийПыль и шламХвосты флота-С27-40,072-80С33,575,0Na11,5-14,54-8Na₃AlF₆19,217,2К0,7-1.10,4-0,6Na₅AI₃F₁₄10,50,5AI10,5-15,52,5-5,0K₂NaAIF₆2,11,55F19-237-12Na₂SO₄NaF5,0 Са0,4-0,80,5-0,8CaF₂1,2L72Mg0,2-0,60,3-0,7MgF₂1,00,8Fe1,0-1,80,3-1,0SiO₂0,50,35Si0,2-0,30,1-0,2Fe₂O₃2,10,85S0,95-2,10,05-0,3AI₂О₃10,64,0P0,04-0,060,01-002Na₂SO₄4,60,65Смолистые6,0-Смолистые6,0 

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 2Вид материалаХарактеристики материалаСод-ние С, % мас.Q, кДж/кгЛетучие, % мас.Зола, % мас.Основность золы, CaO/SiO₂123456Коксовая мелочь82267002,612,0 Хвосты флотации76,5260003,5206.0

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 3Примерный состав агломерационной шихты№Компоненты шихты для окускованияСодержание в шихте, % мас.по существующей технологиипо предлагаемому решению1Железный концентрат41,041,02Смесь аглоруд33,533,53Ока-типа1,71,74Возврат мелочи агломерата13,013,056Коксовая мелочь5,83,66Хвосты флотации угольной пены-2,57Известняк5,04,7 Итого100,0100,0

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 4Результаты опытов по получению агломерата для доменного производстваНаименование показателейСодержание хвостов флотации угольной пены в шихте, % мас.Содержание пыли., % мас. (прототип)00,10,31,52,53,52,5Насыпная плотность шихты, т/м³1,7881,7891,7911,7931,7961,8011,795Линейная скорость спекания в средних слоях, мм/мин20,0519,819,518,116,715,615,8Удельная производительность, т/м²·час1,2191,2161,2141,2101,2051,1921,195Механическая прочность по ГОСТ 15137-77 (фракция > 5 мм)67,1667,1667,2267,4167,5567,8066,45Выход годного агломерата, %62,162,162,662,963,564,062,7Примечание. 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).

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.

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.%.