CZ2022446A3 - Způsob získávání železitého koncentrátu z metalurgických strusek - Google Patents

Abstract

Způsob získávání železitého koncentrátu z metalurgických strusek z výroby oceli, obsahujících nejméně 10 % hmotn. Fe, spočívá v jejich postupném drcení a mletí na granulát o zrnitosti maximálně 1,0 mm a v následné magnetické separaci v granulátu obsaženého magnetického podílu, přičemž granulát se před zahájením magnetické separace smísí s vodou v poměru 1 hmotn. díl granulátu ku 10 až 100 hmotn. dílům vody pro získání dobře míchatelné suspenze, která se po jejím rozmíchání za pokračujícího stálého míchání podrobuje po dobu 2 až 30 min. magnetické separaci za současného spolupůsobení ultrazvuku o frekvenci 20 až 40 kHz. Magnetickou separací získaný magnetický podíl se pak vysouší do konstantní hmotnosti za vzniku železitého koncentrátu s obsahem 20 až 80 % hmotn. Fe. Granulát se ještě před jeho smísením s vodou může případně podrobit kalcinaci při teplotě 600 až 1000 °C po dobu minimálně 60 min. Pro zvýšení účinnosti tohoto způsobu se kalcinaci za stejných podmínek může podrobit i magnetickou separací nezachycený zbytkový podíl, který se samostatně nebo ve směsi s novým granulátem po smíchání s vodou podrobí opakované magnetické separaci za současného spolupůsobení ultrazvuku.

Description

Způsob získávání železitého koncentrátu z metalurgických strusek

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu získávání železitého koncentrátu z metalurgických strusek z výroby oceli, určeného pro jeho využití do vsázek metalurgických agregátů.

Dosavadní stav techniky

V současné době je již obecně známá recyklace metalurgických strusek za účelem získání a opětovného využití v nich obsaženého kovového podílu při metalurgických procesech. Tato recyklace obvykle spočívá v drcení a mletí metalurgických strusek na jemný granulát, z něhož se v něm obsažený kovový podíl magnetickou separací, prováděnou např. v bubnových separátorech, oddělí.

Z řady existujících patentových spisů je takováto recyklace metalurgických strusek pomocí magnetické separace známá např. ze spisu EP 2261383, jehož předmětem je způsob, zařízení a otočný buben pro zpracování pánvové strusky. Způsob zpracování pánvové strusky zahrnuje kroky, jako je vyprázdnění zbytkového materiálu přítomného v pánvi na lože z recyklovaných materiálů, alespoň částečné ztuhnutí naneseného zbytkového materiálu, zavedení alespoň částečně ztuhlého materiálu do uzavřeného rotujícího bubnu, hašení a dezintegrace zbytkového materiálu uvnitř rotujícího bubnu a oddělení práškové části od kovových krust zbytkového materiálu pomocí rotace tohoto zbytkového materiálu v uzavřeném rotujícím bubnu. Oddělování železné frakce, mající menší velikost, se pak provádí pomocí magnetické separace, a oddělování větších částic vibračním proséváním.

Magnetická separace je dále známá i ze spisu US 2015/02029798, jehož předmětem je způsob a systém zpracování struskového materiálu za vzniku vedlejších produktů, včetně hotového produktu bohatého na železo a hotového produktu s nízkým obsahem jemného železa. Ze spisu WO 2019/054087 je dále známý způsob zpracování struskové kaše, obsahující rozdrcené nebo práškové částice strusky z výroby oceli, prováděný v magnetickém rotujícím bubnu a umožňující zvýšit koncentraci Fe v získávaném produktu.

Ze spisu US 2015/0007696 je pak známý způsob získávání Fe ze strusky, vznikající při výrobě oceli, při němž se struska nejprve zahřívá na teplotu 1450 °C až 1600 °C, načež se ochladí na teplotu 1150 °C až 1250 °C, na níž se udržuje po dobu min. 10 min. pro umožnění vysrážení Fe. Po rychlém ochlazení strusky na pokojovou teplotu pak následuje drcení ztuhlé strusky a magnetické oddělení její magnetické části od nemagnetické části.

Známá je rovněž i kombinace magnetické separace a ultrazvukového působení na zpracovávaný materiál za účelem získání koncentrátu s relativně vysokým obsahem Fe, jako je tomu např. u řešení dle spisu US 2014033867, jehož předmětem je způsob zpracování železné rudy nízké jakosti. Tento způsob spočívá v tom, že ze zpracovávané železné rudy se nejprve připraví suspenze, která se následně podrobí ultrazvukovému ošetření a poté magnetické separaci na magnetickou frakci železné rudy a zbývající část, obsahující paramagnetickou frakci železné rudy a materiál neobsahující železo. Tato zbývající část se pak opětovně podrobí ultrazvukovému ošetření a magnetickému oddělení paramagnetické frakce železné rudy.

Z americké patentové přihlášky US 2019300381 A1 je známý způsob přípravy magnetitu, zahrnující kroky reakce materiálu obsahujícího wustit s vodou při teplotě 100 až 500 °C pro získání pevné frakce obsahující magnetit, a následného získání magnetitu pomocí magnetické separace. Magnetická separace je provedena na suspenzi uvedené pevné frakce ve vodném kyselém roztoku o pH < 6 (např. v roztoku kyseliny chlorovodíkové nebo octové). Pro rozrušení pevných agregátů

- 1 CZ 2022 - 446 A3 může být na suspenzi aplikován ultrazvuk. Podle jednoho provedení lze uvedenou pevnou frakci obsahující magnetit rozemlít, následně z ní připravit suspenzi ve vodném roztoku, a na to aplikovat ultrazvuk a magnetickou separaci.

Mezinárodní patentová přihláška WO 2018122799 A1 popisuje způsob přípravy feritového plniva pro hustou kapalnou suspenzi, zahrnující kroky rozemletí a mechanické klasifikace jednotlivých frakcí.

Mezinárodní patentová přihláška WO 2015105472 A1 se týká způsobu zpracování rudy v ocelářském průmyslu, zejména v technologii zpracování kalů vznikajících při čištění plynu a jiných metalurgických revizích, a lze jej rovněž použít pro zpracování odpadu vznikajícího v metalurgických a důlních provozech a elektrárnách na tuhé palivo.

Úkolem nyní předkládaného vynálezu je využití kombinace magnetické separace a ultrazvukového působení i pro recyklaci metalurgických strusek s cílem získání koncentrátu s podstatně vyšším obsahem Fe než u výše uvedených dosavadních způsobů zpracování těchto strusek.

Podstata vynálezu

Tento úkol je do značné míry vyřešen způsobem získávání železitého koncentrátu z metalurgických strusek z výroby oceli, obsahujících nejméně 10 % hmotn. Fe, zahrnujícím jejich postupné drcení a mletí na granulát o zrnitosti maximálně 1,0 mm a následnou magnetickou separaci v granulátu obsaženého magnetického podílu, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že granulát se před zahájením magnetické separace nejprve smísí s vodou v poměru 1 hmotn. díl granulátu ku 10 až 100 hmotn. dílům vody pro získání dobře míchatelné suspenze, která se po jejím rozmíchání za pokračujícího stálého míchání podrobuje po dobu 2 až 30 min. magnetické separaci vlivem působení magnetického pole za současného spolupůsobení ultrazvuku o frekvenci 20 až 40 kHz. Po vysušení magnetického podílu do konstantní hmotnosti se takto získá železitý koncentrát s obsahem 20 až 80 % hmotn. Fe, přičemž zbytek tvoří fáze s obsahem CaO, SiO2, Al2O3, MgO a dalších oxidů, jejichž obsah jednotlivě nepřesahuje 40 % hmotn., a případné další přimíseniny a nečistoty.

Podstata vynálezu spočívá dále v tom, že pro intenzifikaci tohoto způsobu a podporu tvorby magneticky aktivních částic se z ocelárenských strusek nadrcený a namletý granulát před jeho smísením s vodou s výhodou podrobuje kalcinaci při teplotě 600 až 1000 °C po dobu min. 60 min. Obsah Fe v koncentrátu získaného magnetickou separací kalcinovaného granulátu je vůči stavu, kdy granulát kalcinovaný není, vyšší až o 25 %.

Tento způsob získávání železitého koncentrátu podle vynálezu lze přitom provádět s využitím např. ultrazvukových van, do nichž se vloží nádoby s připravenou suspenzí, které jsou opatřeny míchacími vřeteny a po svém vnějším obvodu permanentními magnety či elektromagnety, nebo s využitím ultrazvukových ponorných sond. Další intenzifikaci procesu lze docílit i použitím více ultrazvukových jehel, případně kombinací ultrazvukové vany a jedné či více ultrazvukových jehel.

Podstata vynálezu spočívá dále i v tom, že magnetickou separací nezachycený zbylý podíl, který přitom stále může vykazovat poměrně vysoký obsah Fe, se vysuší, podrobí kalcinaci opět při teplotě 600 až 1000 °C po dobu min. 60 min. a pak se samostatně nebo ve směsi s novým ze strusky nadrceným, namletým a případně rovněž kalcinovaným granulátem znovu smíchá s vodou, načež se podrobí další magnetické separaci za spolupůsobení ultrazvuku. Tímto postupem se získá vyšší množství magneticky separovatelného podílu.

- 2 CZ 2022 - 446 A3

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Dle prvního příkladu uskutečnění vynálezu se nejprve provede výběr pánvové strusky s obsahem 17 % hmotn. Fe, načež se tato struska upraví na granulát pomocí drcení a následného mletí na granulometrii pod 0,1 mm. Poté se provede příprava suspenze smícháním granulátu s vodou v poměru 1 hmotn. díl granulátu ku 40 hmotn. dílům vody v nádobě válcového tvaru, na jejíž vnější straně je umístěn pás s neodymovými magnety, načež se tato nádoba se suspenzí vloží do ultrazvukové lázně, resp. do ultrazvukové vany s obsahem vody. Do nádoby se suspenzí se ponoří vřetenové míchadlo a spustí se úvodní promíchání s rychlostí rotace 250 rpm po dobu 2 minut.

Po tomto úvodním promíchání je za stálého pokračujícího míchání a působení magnetického pole, vyvolaného neodymovými magnety, inicializováno působení ultrazvuku o frekvenci 40 kHz a výkonu 130 W na tuto suspenzi prostřednictvím ultrazvukové vany po dobu 10 min. Po uplynutí této doby je míchání i působení ultrazvuku zastaveno a nemagnetický podíl ve struskovém granulátu se z nádoby odstraní slitím suspenze.

Magnetický podíl, zadržený na vnitřních stěnách pomocí neodymových magnetů, se pak získá odstraněním těchto magnetů z vnějších stěn nádoby, načež je pak vysoušen do dosažení konstantní hmotnosti po dobu 24 hod. při teplotě 70 °C za vzniku železitého koncentrátu v množství 23 % hmotn. z původního množství pánvové strusky, obsahujícím 31 % hmotn. Fe, 35 % hmotn. CaO, 7 % hmotn. SÍO2, 2 % hmotn. AI2O3 a 4 % hmotn. MgO, přičemž zbytek tvoří další přimíseniny a nečistoty.

Příklad 2

Dle druhého příkladu uskutečnění vynálezu se nejprve provede výběr strusky z mimopecního odsíření s obsahem 34 % hmotn. Fe, načež se tato struska upraví na granulát pomocí drcení a následného mletí na granulometrii pod 0,1 mm. Poté se provede příprava suspenze smícháním granulátu s vodou v poměru 1 hmot. díl granulátu ku 60 hmot. dílům vody v nádobě, opatřené po vnějším obvodu, obdobně jako v příkladu 1, neodymovými magnety. Do nádoby se suspenzí se ponoří vřetenové míchadlo s rychlostí rotace 250 rpm a ultrazvuková ponorná sonda, načež se spustí míchání po dobu 2 min.

Po úvodním promíchání je za stálého, pokračujícího míchání inicializováno působení ultrazvuku o frekvenci 20 kHz a výkonu 360 W na tuto suspenzi prostřednictvím ultrazvukové ponorné sondy po dobu 10 min. Po uplynutí této doby je míchání i působení ultrazvuku zastaveno a nemagnetický podíl ve struskovém granulátu se z nádoby odstraní slitím suspenze. Získaný magnetický podíl z vnitřních stěn nádoby se pak vysouší do konstantní hmotnosti po dobu 24 hod. při teplotě 70 °C za vzniku železitého koncentrátu v množství 60 % hmotn. z původního množství strusky z mimopecního odsíření, který obsahuje 52 % hmotn. Fe, 9 % hmotn. CaO, 4 % hmotn. SiO2, 1 % hmotn. Al2O3 a 5 % hmotn. MgO, přičemž zbytek tvoří další přimíseniny a nečistoty.

Příklad 3

Dle třetího příkladu uskutečnění vynálezu se nejprve provede výběr pánvové strusky s obsahem 13 % hmotn. Fe, načež se tato struska upraví na granulát pomocí drcení a následného mletí na granulometrii pod 0,1 mm. Takto získaný granulát se podrobí kalcinaci při teplotě 1000 °C po dobu 60 min. Poté se provede příprava suspenze kalcinovaného granulátu jeho smícháním s vodou v poměru 1 hmotn. díl granulátu ku 40 hmotn. dílům vody v nádobě válcového tvaru, na jejíž vnější straně je umístěn pás s neodymovými magnety. Do nádoby se suspenzí se ponoří vřetenové míchadlo s rychlostí rotace 250 rpm a spustí se úvodní promíchání po dobu 2 minut.

- 3 CZ 2022 - 446 A3

Po tomto úvodním promíchání je za stálého, pokračujícího míchání a působení magnetického pole, vyvolaného neodymovými magnety, inicializováno působení ultrazvuku o frekvenci 20 kHz a výkonu 400 W na tuto suspenzi prostřednictvím ultrazvukové jehly po dobu 10 min. Po uplynutí této doby je míchání i působení ultrazvuku zastaveno a nemagnetický podíl ve struskovém granulátu se z nádoby odstraní slitím suspenze.

Magnetický podíl, zadržený na vnitřních stěnách pomocí neodymových magnetů, se pak získá odstraněním těchto magnetů z vnějších stěn nádoby, načež je pak vysoušen do dosažení konstantní hmotnosti po dobu 24 hod. při teplotě 70 °C za vzniku železitého koncentrátu v množství 31 % hmotn. z původního množství pánvové strusky, který obsahuje 34 % hmotn. Fe, 31 % hmotn. CaO, 8 % hmotn. SÍO2, 3 % hmotn. AI2O3 a 6 % hmotn. MgO, přičemž zbytek tvoří další přimíseniny a nečistoty.

Příklad 4

Dle čtvrtého příkladu uskutečnění vynálezu se nejprve provede výběr strusky z výroby oceli v kyslíkovém konvertoru s obsahem 21 % hmotn. Fe, načež se tato struska upraví na granulát pomocí drcení a následného mletí na granulometrii pod 0,1 mm. Poté se provede příprava suspenze smícháním granulátu s vodou v poměru 1 hmotn. díl granulátu ku 60 hmotn. dílům vody v nádobě, opatřené po vnějším obvodu obdobně jako v příkladu 1 neodymovými magnety. Do nádoby se suspenzí se ponoří vřetenové míchadlo s rychlostí rotace 250 rpm a ultrazvuková ponorná sonda, načež se spustí míchání po dobu 2 min.

Po úvodním promíchání je za stálého, pokračujícího míchání inicializováno působení ultrazvuku o frekvenci 20 kHz a výkonu 360 W na tuto suspenzi prostřednictvím ultrazvukové ponorné sondy po dobu 10 min. Po uplynutí této doby je míchání i působení ultrazvuku zastaveno a nemagnetický podíl ve struskovém granulátu se z nádoby odstraní slitím suspenze.

Slitá suspenze s obsahem nemagnetického podílu se podrobí vakuové filtraci přes filtrační papír a získá se filtrační koláč. Získaný magnetický podíl z vnitřních stěn nádoby a filtrační koláč se pak odděleně vysouší do konstantní hmotnosti po dobu 24 hod. při teplotě 70 °C. Vysušený filtrační koláč se podrobí kalcinaci při teplotě 800 °C po dobu 60 min. Poté se provede příprava suspenze kalcinovaného filtračního koláče jeho smícháním s vodou v poměru 1 hmotn. díl vysušeného kalcinovaného filtračního koláče ku 40 hmotn. dílům vody v nádobě válcového tvaru, na jejíž vnější straně je umístěn pás s neodymovými magnety. Do nádoby se suspenzí se ponoří vřetenové míchadlo s rychlostí rotace 250 rpm a spustí se úvodní promíchání po dobu 2 minut. Po tomto úvodním promíchání je za stálého, pokračujícího míchání a působení magnetického pole, vyvolaného neodymovými magnety, inicializováno působení ultrazvuku o frekvenci 20 kHz a výkonu 400 W na tuto suspenzi prostřednictvím ultrazvukové jehly po dobu 10 min. Po uplynutí této doby je míchání i působení ultrazvuku zastaveno a nemagnetický podíl ve struskovém granulátu se z nádoby odstraní slitím suspenze.

Magnetický podíl, zadržený na vnitřních stěnách pomocí neodymových magnetů, se pak získá odstraněním těchto magnetů z vnějších stěn nádoby, načež je pak vysoušen do dosažení konstantní hmotnosti po dobu 24 hod. při teplotě 70 °C za vzniku železitého koncentrátu. Takto připravený koncentrát se spojí s koncentrátem připraveným z granulátu.

Postupem se získá železitý koncentrát v množství 53 % hmotn. z původního množství strusky s obsahem 37 % hmotn. Fe, 30 % hmotn. CaO, 4 % hmotn. SiO2, 1 % hmotn. AbO3 a 4 % hmotn. MgO, přičemž zbytek tvoří další přimíseniny a nečistoty.

- 4 CZ 2022 - 446 A3

Průmyslová využitelnost

Způsob získávání železitého koncentrátu z metalurgických strusek podle vynálezu lze široce 5 využívat při výrobě železa ve vysoké peci nebo jako vstupní, železo vnášející surovinovou složku v procesu aglomerace v metalurgické výrobě.

Claims (3)

1. Způsob získávání železitého koncentrátu z metalurgických strusek z výroby oceli, obsahujících nejméně 10 % hmotn. Fe, zahrnující jejich postupné drcení a mletí na granulát o zrnitosti maximálně 1,0 mm a následnou magnetickou separaci v granulátu obsaženého magnetického podílu, vyznačující se tím, že granulát se před zahájením magnetické separace smísí s vodou v poměru 1 hmotn. díl granulátu ku 10 až 100 hmotn. dílům vody pro získání dobře míchatelné suspenze, která se po jejím rozmíchání za pokračujícího stálého míchání podrobuje po dobu 2 až 30 min. magnetické separaci za současného spolupůsobení ultrazvuku o frekvenci 20 až 40 kHz, načež se magnetickou separací získaný magnetický podíl vysouší do konstantní hmotnosti za vzniku železitého koncentrátu s obsahem 20 až 80 % hmotn. Fe.

2. Způsob získávání železitého koncentrátu podle nároku 1, vyznačující se tím, že granulát se ještě před jeho smísením s vodou podrobuje kalcinaci při teplotě 600 až 1000 °C po dobu minimálně 60 min.

3. Způsob získávání železitého koncentrátu podle alespoň jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že magnetickou separací nezachycený zbytkový podíl se vysuší, podrobí kalcinaci opět při teplotě 600 až 1000 °C po dobu minimálně 60 min. a samostatně nebo ve směsi s novým granulátem se znovu rozmíchá s vodou, načež se za stálého míchání opakovaně podrobuje po dobu 2 až 30 min. magnetické separaci za současného spolupůsobení ultrazvuku o frekvenci 20 až 40 kHz, načež se magnetickou separací získaný magnetický podíl vysouší do konstantní hmotnosti za vzniku železitého koncentrátu s obsahem 20 až 50 % hmotn. Fe.