способ гранулирования шламов и при необходимости пылевидного материала и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ гранулирования шламового и при необходимости пылевидного материала, включающий смешивание гранулируемого материала с одним или несколькими способными к гидратации или гидравлическим способом затвердевающими твердыми веществами и водой, причем твердые вещества вступают в экзотермическую реакцию с водой и действуют в смеси в качестве связующих веществ, при этом твердые вещества оставляют полностью или частично гидратировать или затвердевать и причем смесь, содержащая полностью гидратированные или затвердевшие вещества, формуется в гранулированный материал, отличающийся тем, что твердые вещества или твердое вещество и при необходимости гранулируемый пылевидный материал смачивают и увлажняют водой до соприкосновения с гранулируемым материалом, находящимся в смесительной емкости, и затем смешивают с гранулируемым материалом, причем в твердые вещества или твердое вещество подают столько воды, что в последующем процессе смешивания и/или гранулирования устанавливается температура, поддерживающая или вызывающая дальнейшую сушку непрореагировавшей воды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в твердое вещество или твердые вещества подают столько воды, что после этого устанавливается температура смешения 80-97°С, предпочтительно 88-95°С.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в твердое вещество или твердые вещества подают количество воды, которое, по меньшей мере, одинаково с количеством воды, необходимым для полной гидратации и отверждения.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве гидратирующего или гидравлическим путем затвердевающего материла применяют негашеную известь, предпочтительно жесткую негашеную известь.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что пылевидный материал увлажняют водой, по существу, одновременно и вместе с твердым веществом или твердыми веществами.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что применяют шламовый материал с влагосодержанием 20-50%, предпочтительно 30-40%.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что пылевидный материал смачивают водой отдельно от твердого вещества или твердых веществ и после этого смешивают со смоченными твердыми веществами.

8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что температуру смешения и гранулирования измеряют непрерывно и/или с перерывами и в зависимости от измеренной температуры управляют подачей воды, и/или подачей твердых веществ, и/или скоростью смешения и гранулирования.

9. Устройство для гранулирования шламового и при необходимости пылевидного материала, способом по любому из пп.1-9, содержащее смесительный реактор (1), включающий смесительную емкость (2) и приводимое смесительное устройство (3), устройство подачи (6) одного или нескольких способных к гидратации или затвердевающих гидравлическим способом твердых веществ (7) и при необходимости пылевидного материала (14), по меньшей мере, одно устройство (6, 8, 25) для подачи гранулируемого материала (9, 14, 23), устройство (15) для подачи воды и устройство гранулирования и при необходимости устройство (25) для подачи пылевидного материала (23) в смесительную емкость (2), в которое входит устройство (24) для подачи воды для смачивания пылевидного материала (23), подаваемого по устройству (25), причем устройство (15) для подачи воды входит в устройство (6) для подачи твердого вещества или твердых веществ таким образом, что подаваемое твердое вещество или твердые вещества смачиваются и увлажняются подаваемой водой до их соприкосновения с гранулируемым материалом в смесительной емкости (2), в которой установлены один или несколько датчиков температуры (17), которые соединены с устройством (19) для измерения и регулирования, соединенным с устройством (15) для подачи воды, и/или устройством (22) для дозирования твердого вещества или твердых веществ (7), и/или приводом (5) смесительного устройства (3).

10. Устройство п.9, отличающееся тем, что на смесительной емкости (2) установлено вытяжное устройство (12) для испаряемой жидкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу гранулирования шламового и, при необходимости, пылевидного материала, причем гранулируемый материал смешивают со способными к гидратации и гидравлическим способом затвердевающими твердыми веществами и водой, и твердые вещества вступают в экзотермическую реакцию с водой и действуют в смеси в качестве связующих веществ, причем твердые вещества оставляют полностью или частично гидратировать или схватываться, и причем смесь, содержащая полностью или частично гидратированные или схваченные твердые вещества, формуется в гранулированный материал. Кроме того, изобретение относится к устройству для осуществления способа.

Гранулирование шламов затвердевающими гидравлическим способом твердыми веществами известно из уровня техники.

Так, например, из патента ЕР 0031894 А2 известно перемешивание содержащего воду шлама с твердым веществом, способным к гидратации или затвердевающим гидравлическим способом, и гранулирование смеси. При этом негашеная известь и шлам подаются двумя шнековыми конвейерами, которые сначала раздельно подают негашеную известь и шлам в смеситель и гранулятор, причем смеситель и гранулятор образованы двумя шнековыми конвейерами, которые работают друг в друга.

Таким образом создается место передачи негашеной извести и шлама, которое находится на достаточно большом расстоянии от места ввода негашеной извести и поэтому устраняет проблемы, вытекающие вследствие экзотермической реакции негашеной извести со шламовой водой.

В ЕР 0805786 В1 шламы, которые выделяются при восстановлении железной руды газом-восстановителем вначале в виде пыли и отделяются в промывателе в форме шламов, перемешиваются с негашеной известью и, при необходимости, угольной пылью и затем гранулируются.

Общим для обоих вышеуказанных способов является то, что при перемешивании влажных шламов со способными к гидратации или затвердевающими гидравлическим способом твердыми веществами получаемые свойства связующего твердых веществ зависят от влажности шламов. Но так как влажность шламов, как правило, не постоянна, при добавлении твердых веществ это приводит к колебаниям технологических условий и впоследствии к непостоянству качества гранулированных материалов. Одновременное гранулирование пыли без дополнительной добавки воды возможно только в той мере, в какой шламы содержат избыток воды.

Задачей настоящего изобретения является создание способа, в котором сокращены проблемы при перемешивании твердых веществ в гранулируемый материал и который позволяет также перерабатывать шламовый и пылевидный материал в любых количественных соотношениях в гранулированный материал одинаково высокого качества.

В соответствии с изобретением, данная задача решается посредством того, что твердые вещества и, при необходимости, гранулируемый пылевидный материал смачивают или увлажняют водой и затем и/или по существу одновременно с этим перемешивают с гранулируемым материалом.

Мера увлажнять твердые вещества водой, а именно до перемешивания с гранулируемым материалом и соответственно по существу одновременно с этим, действует двояко: часть воды вступает в реакцию с твердыми веществами еще до того, как они будут смешаны с материалом. Следствием этого является то, что гранулируемый материал уже частично перемешивается со связующим веществом, а не с веществом, из которого только должно было бы быть образовано общее связующее вещество.

Во-вторых, часть воды еще сохраняется, в результате чего становится возможным перемешивание влажных шламов и увлажненной пыли с влажным твердым веществом. Известные затруднения, возникающие при перемешивании влажных веществ с сухими, например окомкование, значительно уменьшаются или полностью исчезают.

Под пылевидным материалом при этом понимается пыль, например углеродистая пыль или оксидная пыль, например рудная пыль, пыль из фильтров и т.д., которая не может действовать в качестве связующего вещества. Следовательно, способом в соответствии с изобретением охвачены как примеры применения, в которых гранулироваться должны исключительно шламы, так и исключительно пыль, при необходимости с перемешиванием долей шламов.

Предпочтительно в твердые вещества добавляют столько воды, чтобы в последующем процессе перемешивания и гранулирования установилась температура, поддерживающая и вызывающая дальнейшее высыхание невзаимодействующей воды.

Так как вода вступает в экзотермическую реакцию с твердыми веществами, то устанавливаемая температура смешивания и гранулирования может управляться регулированием подачей воды.

При этом подача воды преимущественно регулируется таким образом, что в твердые вещества подается столько воды, чтобы после этого установилась температура смешивания 80-97°С, предпочтительно 88-95°С.

С помощью способа в соответствии с изобретением можно целенаправленно устанавливать и поддерживать постоянным высокий уровень температуры. Постоянно высокий уровень температуры позволяет, с одной стороны, иметь равномерно высокую скорость химического восстановления, а также высокую производительность испарения. Поэтому в результате способ в соответствии с изобретением обеспечивает ускоренное изготовление гранулированного материала постоянно высокого качества.

Но, разумеется, температурой смешения можно управлять не только путем изменения подачи воды, но и дополнительно путем регулирования количества способных к гидратации и затвердевающих гидравлическим способом твердых веществ.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения способа согласно изобретению, в твердые вещества добавляют такое количество воды, которое, по меньшей мере, одинаково с количеством воды, которое необходимо для полной гидратации и затвердения твердых веществ.

Обнаружилось, что способом в соответствии с изобретением достигаются лучшие результаты по качеству гранулированных материалов и, в частности, однородность смеси и механическая стабильность, если добавлять такое количество воды, которое, по меньшей мере, равно, предпочтительно больше того количества, которое теоретически стехиометрически необходимо для полной реакции обмена твердых веществ.

Так как реакция обмена твердых веществ с водой до момента обеспечения контакта с гранулируемым материалом еще неполная, консистенция смеси твердого вещества с водой в данном случае является оптимальной для хорошего перемешивания с гранулируемым материалом.

Особенно предпочтительным для способа согласно изобретению оказалось применение негашеной извести, в частности твердой негашеной извести в качестве способного к гидратации или гидравлическим путем затвердевающего твердого вещества.

Но для способа согласно изобретению могут применяться также и аналогичные вещества, например обожженный доломит.

По одному из вариантов выполнения способа в соответствии с изобретением пылевидный материал увлажняют водой по существу одновременно и вместе с твердыми материалами.

В частности, при гранулировании пыли представляется возможным увлажнять одновременно твердые вещества и пылевидный материал одним и тем же водным потоком.

По другому варианту выполнения шламовый материал перемешивают с твердыми веществами после того, как твердые вещества увлажнены водой.

В соответствии с другим предпочтительным признаком, шламы с влажностью 20-50%, предпочтительно 30-40%, смешивают с твердыми веществами.

Шламы с такой влажностью по их консистенции и манипулированию с ними хорошо подходят для способа согласно изобретению. Влажность достаточно мала, поэтому по сравнению с уровнем техники также отсутствует повышенная потребность в способных к гидратации и гидравлическим путем затвердевающих твердых телах.

Еще один вариант выполнения, который используется при обработке пыли, заключается в том, что пылевидный материал смачивают водой раздельно от твердых веществ и только после этого смешивают с влажными твердыми веществами.

Но до настоящего времени при непосредственном примешивании сухой пыли во влажные шламы вследствие заданной влажности шламов создавались узкие пределы для смешиваемых количеств пыли. В данном случае дополнительно возникает проблема смешивания сухих веществ с влажными.

Согласно изобретению, с помощью каждого из вариантов выполнения, в которых обрабатывается пыль, можно обрабатывать значительно большие количества пыли, чем это имеет место до настоящего времени при заданном количестве шламовой воды. Далее создается также преимущество в том, что уже влажный материал можно примешивать в шлам и в увлажненные твердые вещества, чем, как и в технологии без пыли, задается сокращенная по сравнению с уровнем техники продолжительность реакции и тем самым оптимальное использование объема реактора, а также явное улучшение качества гранулированного материала.

Путем введения воды в пыль она вначале увлажняется, и свободные поверхности частиц пыли, частично также внутри капилляров, смачиваются. Благодаря смачиванию не допускается, чтобы после введения твердых веществ на некоторых местах соотношение твердых веществ и воды, а также относительно пыли было более соответствующего предела.

Еще одно преимущество, имеющее значение при обработке всех видов пыли, но в частности, трудно смачиваемой пыли и при применении негашеной извести, заключается в том, что вследствие образования гидроокиси кальция при реакции окиси кальция с водой устанавливается высокий водородный показатель (рН), который также способствует смачиваемости пылевидных веществ.

Для оптимального осуществления процесса и влияния на него целесообразно непрерывно или с перерывами измерять температуру смешивания и гранулирования и в зависимости от измеренной температуры управлять подачей воды и/или подачей твердых веществ и/или скоростью смешивания и гранулирования.

Подача воды и твердых веществ оказывает влияние на устанавливающуюся температуру смешивания и гранулирования и тем самым на скорость реакции, а регулирование скорости смешивания и гранулирования (путем регулирования частоты вращения смесительного реактора/гранулятора) обеспечивает соответствие продолжительности реакции в смесительном реакторе.

Предметом настоящего изобретения является также устройство для осуществления способа согласно изобретению со смесительным реактором, содержащим смесительную емкость и приводимое смесительное устройство, подающее устройство для способных к гидратации и затвердевающих гидравлическим способом твердых веществ, по меньшей мере, одно подающее устройство гранулируемого материала, подающее устройство воды, и с гранулятором.

С помощью устройства согласно изобретению должны быть уменьшены проблемы при перемешивании твердых веществ и гранулируемого материала и должна быть возможна переработка шламового материала в любых количественных соотношениях относительно гранулированного материала соответственно одинаково высокого качества.

Данная задача решается посредством того, что в устройство для подачи твердых веществ входит устройство для подачи воды таким образом, что поданные твердые вещества смачиваются поданной водой. Устройство для подачи воды выполнено при этом таким образом, что твердые вещества смачиваются еще до того, как они соприкоснутся с другим материалом, который уже находится в смесительной емкости.

При этом смесительная емкость целесообразно выполнена в виде смесительного барабана, и смесительное устройство - в виде смесительного вала с закрепленными на нем мешалками.

Установленный предпочтительно за смесительной емкостью гранулятор пространственно отделен от смесительной емкости, приблизительно по типу, описанному в ЕР 0805786 Bl. Но изобретение содержит также одноступенчатый смеситель/гранулятор, в котором смесительная емкость и соответственно смесительное устройство с закрепленными на нем грануляционными инструментами способствует изготовлению гранулированного материала.

Целесообразно на смесительной емкости установить вытяжное устройство для испаряемой жидкости, через которое из смесительной емкости в ходе перемешивания и гранулирования отводится высыхающая влага.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, в смесительной емкости установлены один или несколько датчиков температуры, которые соединены с устройством для измерения и регулирования, причем устройство для измерения и регулирования соединено с устройством для подачи воды и/или устройством для подачи твердого вещества, и/или с приводом смесительного устройства.

Тем самым можно оказывать оптимальное воздействие на осуществление процесса, в частности на устанавливаемую температуру, продолжительность реакции, остаточную влажность в гранулированном материале и благодаря этому на качество гранулирования.

При этом в устройство для измерения и регулирования можно известным путем снаружи вводить заданное значение температуры перемешивания и гранулирования.

Для обеспечения гранулирования пыли, не способной к гидратации или гидравлическим путем не затвердевающей, в частности такой пыли, как оксидная пыль и/или углеродистая пыль, их следует подавать в смесительную емкость.

При этом предпочтительно подавать пылевидный материал в смесительную емкость через устройство для подачи твердых веществ, причем твердые вещества и пыль вместе смачиваются водой, которая подается устройством для подачи воды. Пылевидный материал снова смачивается до того, как он соприкоснется с материалом, уже находящимся в смесительной емкости, и тем самым будет перемешан.

В соответствии с другим признаком, на смесительной емкости предусмотрено отдельное подающее устройство, посредством которого пылевидный материал подается в смесительную емкость, в устройство для подачи пыли входит еще одно устройство для подачи воды так, что пыль, вводимая через отдельное устройство для подачи пыли, смачивается водой, поданной еще одним устройством для подачи воды.

Также и другое устройство для подачи воды установлено таким образом, что пылевидный материал смачивается еще до того, как он будет соприкасаться с другим материалом, уже находящимся в смесительном устройстве, и тем самым перемешиваться.

Ниже способ и устройство согласно изобретению поясняются с помощью схематически представленных на чертежах фиг.1 и 2 вариантов выполнения.

Изображенный на фиг.1 смесительный реактор 1 состоит из смесительной емкости 2, выполненной в данном случае в виде смесительного барабана, и смесительного вала 3, на котором закреплены смесительный и гранулирующий инструменты 4.

Смесительный вал 3 приводится снаружи смесительной емкости 2, например, электродвигателем 5.

Смесительная емкость 2 снабжена устройством 6 для подачи твердых веществ 7, например негашеной извести, и устройством 8 для подачи шлама 9. Кроме того, смесительная емкость 2 снабжена устройством вытяжки 10 для гранулированных материалов 11 и устройством вытяжки 12 для испаряемой жидкости 13. В устройство 6 для подачи твердых веществ 7 можно дополнительно вводить пыль 14, и устройство 15 для подачи воды входит в устройство 6 для подачи твердых веществ.

Устройства 6, 8 для подачи твердых веществ 7 и шламов 9 выполнены предпочтительно в виде загрузочного патрубка. Твердые вещества 7 и шламы 9 с помощью собственных устройств загрузки (на чертежах не изображены) подаются сначала в устройства для подачи. При этом устройство 15 для подачи воды выполнено предпочтительно в виде одного или нескольких сопел, из которых выходит "конус воды". Устройства для загрузки твердых веществ и пыли транспортируют непосредственно на данный конус воды. Следствием этого является немедленное и непосредственное смачивание твердых веществ и пыли.

При работе смесительного реактора 1 устройством 6 для подачи в смесительную емкость 2 загружается негашеная известь и оксидная пыль, и одновременно устройством 15 для подачи воды в смесительную емкость 2 впрыскивается вода, и водой смачиваются пыль и негашеная известь. Приводимый смесительный вал 3 мешалками и гранулирующими инструментами 4 создает поток материала 16 в направлении вытяжного устройства 10. Вода, известь и пыль перемешиваются друг с другом, и вода и негашеная известь начинают реакцию в Са(ОН) ₂, собственно связующее вещество. По устройству 8 для подачи в смесительную емкость 2 загружаются влажные шламы и перемешиваются со смесью из увлажненной пыли и увлажненной и частично прореагировавшей негашеной известью. В ходе дальнейшего перемешивания и гранулирования оставшаяся негашеная известь реагирует, и на втором участке пути перемешивания смесь формуется в гранулированный материал 11, отводимый устройством 10 для отвода гранулированного материала из смесительной емкости 2. Вследствие тепла, высвободившегося в результате реакции обмена негашеной извести с водой, часть оставшейся воды испаряется, и пар 13 отводится по устройству 12 для отвода пара.

Для измерения температуры перемешивания и гранулирования в смесительной емкости 2 в соответствующих местах установлены датчики температуры 17, соединенные сигнальными проводниками 18 с устройством 19 для измерения и регулирования. В устройство 19 для измерения и регулирования вводят снаружи заданное значение температуры 20, а также при необходимости заданное и фактическое значения технологических параметров и параметров гранулированного материала (на чертеже не изображено), как то остаточная влага гранулированного материала, время реакции, скорость подачи воды и негашеной извести и т.д. После выполненного устройством 19 для измерения и регулирования сравнения заданных и фактических значений при необходимости с учетом заданных пределов допуска с установки 19 для измерения и регулирования можно путем регулирования воздействовать на соответствующую часть установки, в частности, на электродвигатель 5, приводящий в движение смесительный вал 3, на установленный в устройстве для подачи воды насос 21 или на дозирующее устройство 22, управляющее подачей негашеной извести.

Изображенный на фиг.2 вариант выполнения отличается от показанного на фиг.1 варианта выполнения тем, что дополнительно предусмотрено отдельное устройство 25 для подачи пыли 23. Еще одно устройство 24 для подачи воды, которое предпочтительно одинаково с устройством 15 для подачи воды по конструкции и работе, входит в отдельное устройство 25 для подачи пыли.

Кроме того, позади смесительного реактора 1 установлен отдельный гранулятор 26, в котором производится изготовление гранулированного материала.

Пример выполнения

1800 кг/ч оксидной пыли и 2200 кг/ч негашеной извести загружают вместе по спускному желобу в смесительный реактор. Во время загрузки пыль и негашеную известь смачивают водой в количестве 1400 л/ч. Смоченную водой смесь из оксидной пыли и негашеной извести непосредственно после этого перемешивают с 8600 кг/ч частично обезвоженного шлама. Шлам имеет остаточную влажность приблизительно 31% и поступает из мокрых пылеуловителей рудовосстановительного агрегата.

В результате экзотермической реакции воды с негашеной известью в смесительном реакторе устанавливается постоянная температура около 91-92°С. После отвода испаряемой жидкости разгружают гранулированный материал с остаточной влажностью около 18%.