способ получения окускованного материала

Формула изобретения

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.%.

Описание изобретения к патенту

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 SO ₄), 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 Al ₂O₃) 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	Na3AlF 6	19,2	17,2
К	0,7-1.1	0,4-0,6	Na 5AI3F14	10,5	0,5
AI	10,5-15,5	2,5-5,0	K2NaAIF 6	2,1	1,55
F	19-23	7-12	Na2SO 4NaF	5,0
Са	0,4-0,8	0,5-0,8	CaF 2	1,2	L72
Mg	0,2-0,6	0,3-0,7	MgF 2	1,0	0,8
Fe	1,0-1,8	0,3-1,0	SiO 2	0,5	0,35
Si	0,2-0,3	0,1-0,2	Fe 2O3	2,1	0,85
S	0,95-2,1	0,05-0,3	AI 2О3	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/SiO 2
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/м 3	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).