СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БРИКЕТОВ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ОКИСЛЕННЫЙ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2009 года по МПК C22B1/242 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к утилизации железосодержащих отходов, которые могут использоваться как дополнительное сырье для доменного и сталеплавильного производств.

Известен способ производства холоднопрессованных брикетов из железосодержащих отходов металлургического производства, включающий использование в шихте магнетитсодержащих и мелкофракционных гематитсодержащих материалов, смешивание их со связующим компонентом и последующее брикетирование. (см. патент РФ №2093592, МПК 6 С22В 1/24, заявлен 21.06.1993 г.).

В качестве мелкофракционного гематитсодержащего материала могут быть использованы мелкофракционные железные руды (приблизительно 57 мас.%), содержащие сопутствующие железной руде минералы, что снижает процент содержания окислов железа в брикете. В качестве магнетитсодержащего материала используют окалину (приблизительно 36 мас.%). Для восстановимости окислов железа смешивание компонентов шихты осуществляют в два этапа, на первом этапе смешивают магнетитсодержащие и мелкофракционные гематитсодержащие материалы с образованием слоя гематитсодержащего материала вокруг частиц магнетитсодержащего материала, а на втором этапе вводят связующее и сточные воды.

Недостатком способа является неэффективная прямая восстанавливаемость окислов железа, обусловленная невозможностью удовлетворительного смешивания компонентов шихты, существенно отличающихся по физико-химическим свойствам вследствие применения при ее подготовке метода механического смешивания. Большая разница в гранулометрическом составе составных компонентов шихты не может обеспечить получения развитой поверхности реагирующих веществ, особенно в условиях большой массы шихты. Это ухудшает кинетику процесса, замедляет восстановление окислов, снижает степень извлечения элементов из окислов железа.

Недостатком способа является также недостаточное содержание гематитсодержащего материала, в результате чего не весь магнетитсодержащий материал переходит в гематитовую форму, поскольку только она может непосредственно восстанавливаться в доменной печи. Это приводит к невысокому содержанию восстанавливаемых окислов железа в брикете.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является способ изготовления брикетов для металлургического производства на основе промышленных отходов, содержащих окисленный железосодержащий материал, включающий извлечение окисленного железосодержащего материала из промышленных отходов, смешивание его со связующим и последующее брикетирование (см. а.с. СССР №779423, М.Кл.3 С22В 1/00, заявлено 24.07.78). Брикеты, полученные на линии совместным прессованием подсушенной пульпы мелких фракций марганцевой руды, сухой колошниковой пыли, измельченного сухого бентонита и др. примесей содержат недостаточное количество относительно легко восстанавливаемого окисленного железосодержащего материала.

Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого технического решения, есть извлечение окисленного железосодержащего материала из промышленных отходов, смешивание его с связующим и последующее формование брикетов.

Недостатком способа по прототипу является отсутствие операций, обеспечивающих возможность извлечения из отходов обогащения железной руды железорудного концентрата, имеющего повышенное содержание легко восстанавливаемых в условиях доменной печи окислов железа в брикете.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ изготовления брикетов для металлургического производства на основе промышленных отходов, содержащих окисленный железосодержащий материал, путем обеспечения возможности повышения содержания окислов железа и других полезных элементов (CaO, MgO, С и др.) в брикете за счет введения операций, обеспечивающих извлечение из отходов обогащения железной руды железорудного концентрата.

Это возвращает отходы обогащения железной руды в металлургическое производство в виде сырья с повышенным содержанием легко восстанавливаемых в условиях доменной печи окислов железа и других полезных элементов, что обеспечивает экономию кусковой руды, окатышей и в целом обеспечивает экологически безопасный способ переработки отходов.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления брикетов для металлургического производства на основе промышленных отходов, содержащих окисленный железосодержащий материал, включающий извлечение окисленного железосодержащего материала из промышленных отходов, смешивание его с связующим и последующее формование брикетов, согласно изобретению, в качестве промышленных отходов, содержащих окисленный железосодержащий материал, используют отходы обогащения железной руды, при этом из них грохочением выделяют фракции от 0,1 мм до 2 мм и от 2 мм до 10 мм, при этом из фракции от 2 мм до 10 мм окисленный железосодержащий материал извлекают магнитной сепарацией, а отходы обогащения железной руды фракцией от 0,1 мм до 2 мм смешивают с водой и гидродинамической классификацией извлекают окисленный железосодержащий материал, после чего полученную пульпу с повышенным содержанием окисленного железосодержащего материала обезвоживают.

Кроме того, отходы обогащения железной руды фракцией от 0,1 мм до 2 мм смешивают с водой в пропорции ((6/4):(7/4)), а формование брикетов осуществляют вибрационным прессованием.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Использование в качестве промышленных отходов, содержащих окисленный железосодержащий материал, отходов обогащения железной руды, позволяет направить на утилизацию железосодержащую часть отходов обогащения железной руды - железорудный концентрат, имеющий повышенное содержание окислов железа и полезные элементы (CaO, MgO, С и др.). Кроме того, мелкофракционный состав окисленного железосодержащего материала способствует получению брикетов с высокими металлургическими свойствами.

Грохочение промышленных отходов и выделение крупных фракций из общей массы отходов, хранящихся на открытом воздухе при естественной влажности, позволяет осуществить сепарацию отходов без предварительной их подсушки, а также удалить фракции размером более 10 мм, не содержащие окисленного железосодержащего материала.

Комбинированный способ обогащения применяется в результате того, что железо в руде находится как в виде мелких фракций, которые можно отмыть водой, (гидродинамическая классификация) от примесей песка и глины, так и в более твердой породе, из которой его добывают путем сухой магнитной сепарации.

Сухая магнитная сепарация обеспечивает отбор более крупных (от 2 мм до 10 мм) ферромагнитных частиц окисленного железосодержащего материала, а гидродинамическая классификация обеспечивает извлечение мелких фракций (от 0,1 мм до 2 мм) окисленного железосодержащего материала из железосодержащих отходов обогащения железной руды.

Прежде чем подать мелкую фракцию, смешанную с песчано-глинистым веществом, на обогащение на винтовой сепаратор ее смешивают с водой в соотношении ((6/4:(7/4)).

Приведенное соотношение является оптимальным, поскольку обеспечивает наивысший процент выхода мелких фракций железорудного концентрата при извлечении его гидродинамической классификацией из отходов обогащения железной руды.

Гранулометрический состав извлекаемого грохочением окисленного железосодержащего материала (фракции от 0,1 мм до 10 мм) обеспечивает удовлетворительное смешивание компонентов шихты, имеющих мало отличающиеся физико-химические свойства. Наличие в шихте фракций размером приблизительно 10 мм, которые являются опорным зерном при застывании брикетов, способствует улучшению отвердевания брикетов.

Обезвоживание полученного железорудного концентрата осуществляют до содержания влаги в нем 8-12%, поскольку содержание влаги больше 12% препятствует его хранению, транспортировке и переработке, кроме того, такое содержание влаги обеспечивает оптимальную влажность шихты для последующего брикетирования.

Таким образом, в качестве окисленного железосодержащего материала в шихте для изготовления брикета используется извлеченный из отходов обогащения железной руды железосодержащий материал, который по содержанию окислов железа и других элементов близок по своему составу к суперконцентрату (до 70% железа), получаемому при глубоком обогащении железной руды. Брикет, изготовленный из этой шихты, содержит значительно больше окислов железа, чем при использовании в качестве окисленного железосодержащего материала окалины, как это имеет место в прототипе.

Комбинированный способ извлечения окисленного железосодержащего материала из железосодержащих отходов обогащения железной руды (сухая магнитная сепарация самой крупной - от 2 мм до 10 мм части отходов и винтовая сепарация отходов размером от 0,1 мм до 2 мм) обеспечивает наиболее полное извлечение из промышленных отходов окисленного железосодержащего материала с высоким содержанием окислов железа, то есть получение брикета с повышенным содержанием окислов железа.

Вибрационное прессование брикетов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях обеспечивает необходимую плотность и прочность брикетов, а также условия для обволакивания частиц магнетита мелкими гематитовими фракциями. Это улучшает условия изготовления свободных от восстановителя брикетов, имеющих не только высокую прочность без предварительной или последующей термообработки, но и почти полностью восстанавливающихся в условиях доменной печи.

Способ реализуется с помощью линии для изготовления брикетов для металлургического производства на основе промышленных отходов, содержащих окисленный железосодержащий материал, представленной на фиг.1, где приведена схема размещения оборудования линии для изготовления брикетов для металлургического производства на основе промышленных отходов, содержащих окисленный железосодержащий материал.

Линия для изготовления брикетов для металлургического производства на основе промышленных отходов, содержащих окисленный железосодержащий материал, содержит установленные с возможностью взаимодействия систему извлечения окисленного железосодержащего материала из промышленных отходов и систему формования брикетов.

Система формования брикетов содержит установленные по ходу технологического процесса емкости 20 для приема сырья и связующего, смеситель 16, устройство 17 формования брикетов, соединенные между собой механизмами подачи, дозирования и транспортирования. Система извлечения окисленного железосодержащего материала из промышленных отходов, а именно из отходов обогащения железных руд, содержит установленные последовательно и связанные механизмами подачи 3 и транспортирования 4 расходный бункер 2 и средство для грохочения 6, соединенное механизмом транспортирования 11 с установкой сухой магнитной сепарации, содержащей последовательно установленные стержневой 12 и роликовый 13 магнитные сепараторы, и механизмом транспортирования 5 с установкой гидродинамической классификации промышленных отходов в составе установленных по ходу технологического процесса и соединенных механизмами транспортирования шнекового смесителя 7, винтового сепаратора 9 и механизма 14 обезвоживания, причем обе установки установлены с возможностью взаимодействия с емкостью 20 для приема сырья и связующего системы формования брикетов.

В качестве механизма обезвоживания линия содержит ленточный вакуум-фильтр 14, а в качестве механизма транспортирования она содержит шламонасосы 8 и 10 и конвейеры 4, 5 11, кроме того, линия в качестве устройства 17 системы формования брикетов содержит вибрационный пресс.

Линия для изготовления брикетов для металлургического производства на основе промышленных отходов, содержащих окисленный железосодержащий материал, приведенная на фиг.1, работает следующим образом.

Отходы обогащения железной руды фронтальным погрузчиком 1 подают в расходный бункер 2, из которого их посредством механизма 3 подачи (вибрационного питателя) подают на конвейер 4 и дальше на средство 6 для грохочения.

На средстве 6 для грохочения проводят разделение отходов на фракции от 0,1 мм до 2 мм, от 2 мм до 10 мм и более 10 мм, последнюю изымают из процесса в отвал.

Отходы размером фракций от 2 мм до 10 мм конвейером 11 передают на стержневой магнитный сепаратор 12, на котором ферромагнитные частицы оседают на стержнях и после накопления автоматически перегружаются в емкость 20 для принятия сырья и из нее передают на устройство 17 системы формования брикетов.

Материал, прошедший через стержневой магнитный сепаратор 12, передают на роликовый сепаратор 13, на котором происходит отбор ферромагнитных материалов более мелких частиц, прошедших с материалом через стержневой магнитный сепаратор 12.

Окисленный железосодержащий материал фракцией от 0,1 мм до 2 мм передают конвейером 5 в шнековий смеситель 7, куда одновременно поступает вода в соотношении к твердому как ((6/4):(7/4)).

После перемешивания, пульпа шламонасосом 8 перекачивается в шламораспределитель винтового сепаратора 9.

Назначение винтового сепаратора 9 - обогащение «хвостов» обогащения железных руд. В результате взаимодействия центробежных сил инерции, веса, трения и сил гидродинамического давления водного потока, расслоившиеся минеральные зерна перераспределяются по ширине (сечению) желоба: зерна большей плотности концентрируются у внутренней границы потока, а легкие зерна пустой породы - у внешнего борта.

Пульпа с повышенным содержанием полезного компонента (окислы железа), прошедшая через винтовой сепаратор 9, передается на ленточный вакуум-фильтр 14 и после обезвоживания осадка поступает в емкость 20 для принятия сырья.

Отфильтрованная влага возвращается в смеситель 7.

Пульпа, содержащая пустую породу, шламонасосом 10 перекачивается в отвал.

Полученный путем переработки «хвостов» обогащения железных руд железосодержащий продукт с повышенным содержанием окислов железа поступает в емкость 20 для принятия сырья и дальше к смесителю 16, куда через дозатор подается со склада 18 доза связующего вещества (цемент, известь, шлак, органические связующие вещества и др.).

Каждую порцию шихты перемешивают в течение определенного времени, а затем транспортером подают на вибрационный пресс 17.

После формования брикеты набирают прочность в естественных условиях.

Среднее значение химического состава полученных брикетов приведено в табл.1.

Таблица 1 Наименование Fe общ FeO Fe₂O₃ CaO MgO SiO₂ Al₂О₃ MnO С SO3 ПМПП Металлургические брикеты 50,00 56,00 7,5-12,00 50,00-54,00 14,00-15,00 1,10 3,5-4,50 2,90 0,50 5,00 0,35 8,05

Исходя из требований потребителя брикетов, из емкости 19 в состав сырья добавляют железосодержащий материал (прокатная окалина, магнитная составляющая металлургических шлаков, дробь и др.), а из емкости 15 пылесодержащие отходы металлургического производства (колошниковая пыль и др.).

Способ изготовления брикетов возвращает отходы обогащения железной руды в металлургическое производство в виде сырья с повышенным содержанием окислов железа, обеспечивает экономию кусковой руды, окатышей и в целом обеспечивает экологически безопасный способ переработки отходов.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к утилизации железосодержащих отходов, которые могут использоваться как дополнительное сырье для доменного и сталеплавильного производств. Из промышленных отходов, содержащих окисленный железосодержащий материал, извлекают окисленный железосодержащий материал, смешивают его с связующим с последующим формованием брикетов вибрационным прессованием. В качестве промышленных отходов используют отходы обогащения железной руды, при этом из них грохочением выделяют фракции от 0,1 до 2 мм и от 2 мм до 10 мм. При этом из фракции от 2 мм до 10 мм окисленный железосодержащий материал извлекают путем магнитной сепарации, а отходы обогащения железной руды фракции от 0,1 мм до 2 мм смешивают с водой в пропорции ((6/4):(7/4)) и гидродинамической классификацией извлекают окисленный железосодержащий материал, после чего полученную пульпу с повышенным содержанием окисленного железосодержащего материала обезвоживают. Изобретение обеспечивает возврат отходов обогащения железной руды в металлургическое производство в виде сырья с повышенным содержанием легко восстанавливаемых в условиях доменной печи окислов железа и других полезных элементов, что обеспечивает экономию кусковой руды, окатышей и в целом обеспечивает экологически безопасный способ переработки отходов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления брикетов для металлургического производства на основе промышленных отходов, содержащих окисленный железосодержащий материал, включающий извлечение окисленного железосодержащего материала из промышленных отходов, смешивание его с связующим и последующее формование брикетов, отличающийся тем, что в качестве промышленных отходов, содержащих окисленный железосодержащий материал, используют отходы обогащения железной руды, при этом из них грохочением выделяют фракции от 0,1 до 2 мм и от 2 до 10 мм, при этом из фракции от 2 до 10 мм окисленный железосодержащий материал извлекают путем магнитной сепарации, а отходы обогащения железной руды фракции от 0,1 до 2 мм смешивают с водой и гидродинамической классификацией извлекают окисленный железосодержащий материал, после чего полученную пульпу с повышенным содержанием окисленного железосодержащего материала обезвоживают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формование брикетов производят вибрационным прессованием.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходы обогащения железной руды фракции от 0,1 до 2 мм смешивают с водой в пропорции ((6/4):(7/4)).