CZ304321B6

CZ304321B6 - Způsob výroby stabilizované přísadové brikety

Info

Publication number: CZ304321B6
Application number: CZ2006-215A
Authority: CZ
Inventors: Karel Gajdzica; Martin Gajdzica
Original assignee: Karel Gajdzica; Martin Gajdzica
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2014-03-05
Also published as: CZ2006215A3

Abstract

Způsob výroby stabilizované přísadové brikety z kovonosných a/nebo nemetalických materiálů, zejména z materiálů vznikajících při hutních procesech jako vedlejší produkt případně jako odpad, tvořené stabilizovanou směsí chemicky nestabilních složek, jako jsou zvláště hutní kaly a odprašky, jemné frakce feritického podílu v množství 1 až 80 % hmotn., obsahujícím například okuje, ocelové či litinové třísky, drobné kusové částice feritického šrotu nebo jehlice, broky či jejich směsi, jakož dále i pojiva, případných ostatních doprovodných přimísenin a zbytkového podílu vody, spočívá ve vzájemném mísení jejích jednotlivých složek a zpracování do tvaru brikety s tím, že chemicky nestabilní složky se stabilizují přimísením stabilizátoru, například na bázi cementu, vápna a vápenocementové směsi. Nestabilní složky se přitom ještě před jejich stabilizací nejprve promísí alespoň částečně s nejméně jednou ostatní složkou vyráběné brikety, přičemž stabilizaci přídavkem stabilizátoru za spolupůsobení vody a následnému vystavení stabilizační době se podrobuje takto připravená výchozí směs nestabilních a stabilních složek, která se po uplynutí stabilizační doby poté mísí v požadovaném poměru se zbývajícími složkami kompletní briketové směsi.

Description

Vynález se týká způsobu výroby stabilizované přísadové brikety ze stabilizovaných kovonosných i nemetalických materiálů, zejména materiálů vznikajících při hutních procesech jako vedlejší produkt, popřípadě hutních odpadů, kalů a odprašků, určené pro využití ve vsázkách do hutních agregátů.

Dosavadní stav techniky

V hutnictví se jako přísada do vsázky hutních agregátů běžně používají brikety, vyrobené z hutních odpadů či obdobných látek, a to za účelem zejména problematické likvidace těchto materiálů a zároveň efektivního využití v nich obsažených prvků. Briketováním se přitom dosahuje podstatně menších nákladů na jejich zpracování než při dosud běžně používaném zpracování těchto materiálů přes aglomeraci.

V podstatě bezproblémové je briketování chemicky, fyzikálně i jinak stálých materiálů, které se před lisováním do briket obvykle pro zvýšení soudržnosti a tím pevnosti vyráběné brikety míchají s nejrůznějšími pojivý. Například ze zveřejněné přihlášky vynálezu CZ PV 4215-90 je známý suchý způsob briketování hutních prachů za studená, při němž se hutní prach, zejména ocelový prach vzniklý při dmýchání kyslíku, ve směsi s alespoň jednou z látek, jako je vápno, dolomit, magnézií, dunit, olivín a bauxit, ve vypálené nebo nevypálené podobě, při normální teplotě 20 °C nad 1000 MPa lisuje na přepravy schopné bezprašné brikety. Rovněž je známy způsob výroby za studená lisovaných briket z hutní odpadní látky, obsahující železo, jako jsou okuje, mícháním této hutní odpadní látky s pojivém, vytvořeným z jedné nebo více složek, například s vápenným hydrátem a melasou dle zveřejněné přihlášky vynálezu CZ PV 1523-94. Podstata tohoto způsobu spočívá v tom, že okuje se míchají s hematitickou jemnou látkou při tvorbě obalové vrstvy, sestávající z částic hematitické pevné látky a obsahující jednotlivé magnetické částice a následně se přimíchává pojivo.

Velmi problematické je naopak briketování nestabilních materiálů, například hutních odpadů, nestabilních hutních kalů či odprašků, v nichž dlouhodobě probíhají nejrůznější reakce, mající negativní vliv na stabilitu, pevnost a tvar případně z nich vyrobeného vsázkového materiálu. Hutní kaly vznikají při odsávání spalin z metalurgických procesů na čistírnách, kde jsou tyto spaliny na filtrech zkrápěny vodou a tím jsou ve formě kalů vytěsněny v nich obsažené prachové částice. Tyto kaly jsou poté zahušťovány a dosud v převážné míře pouze deponovány na skládkách, kde v nich následně vzniká chemická reakce, při které metalické železo postupně oxiduje na oxid železitý. Při této reakci vzniká teplota až 100 °C, přičemž průběh reakce a výše teploty jsou nevypočitatelné. Kromě metalického železa, kterého je obvykle v kalech nejvíce, obsahují tyto kaly další nejrůznější kovové i nekovové prvky a jejich sloučeniny. Proto v deponovaných hutních kalech dochází zároveň i k dalším reakcím, jejichž chemismus není dosud dostatečně popsán. Takto deponované materiály tak neúnosně zatěžují životní prostředí, přičemž jejich množství neustále narůstá. Jsou sice známé způsoby dalšího využití těchto látek, nicméně tyto způsoby jsou natolik neefektivní, že jsou využívány vzhledem kjejich množství v podstatě pouze sporadicky, například při výrobě cementu. Obdobně je to i v případě hutních odprašků, tyto jsou ovšem jímány a deponovány v prachové podobě se zvýšením negativním vlivem na čistotu ovzduší.

Pro využití hutních kovonosných odpadů v oblasti hutnictví je dále známý způsob úpravy jemnozrnných hutních úletů a kalů s obsahem zinku a olova na bazické, částečně metabolizované pelety, a zinkoolovnatý prach redukcí jemnozrnných úletů a kalů za případné přítomnosti tavidla podle přihlášky vynálezu CZ PV 550-91. Jemnozmný úlet a/nebo kal se přitom mísí s vápnem v množství nezbytném k dosažení bazicity rezultující směsi 2,5 až 5, načež se směs homogenizuje a peletizuje k získání pelet o velikosti 3 až 25 mm a tyto pelety se redukují při teplotě 980 až 1050 °C po dobu 1 až 5 hodin. Z přihlášky CZ PV 3911-89 je známý rovněž metalotermický způsob zpracování, v tomto případě kalírenských kalů, podle něhož se 18 až 28 hmotn. dílů kalírenských kalů smísí s 62 až 82 hmotn. díly hliníkové krupice a případně až s 10 hmotn. díly nehašeného vápna, načež se vyvolá aluminotermická reakce, čímž vznikne ocelový slitek pro vsázku do ocelářské pece. Jak je z těchto známých způsobů zpracování hutních odpadních kalů patrno, je toto zpracování značně technologicky náročné a v mnoha případech nevyhovující jak z hlediska omezených druhů zpracovávaných kalů, tak z hlediska jejich uplatnění jako přísady do vsázky nejrůznějších hutních agregátů.

Dosud nejefektivnějším způsobem zpracování nestabilních hutních odpadů pro jejich zpětné využití v hutnictví je zatím řešení dle přihlášky CZ PV 2005-629, jejímž předmětem je přísadová briketa, určená pro široké použití ve vsázkách do nejrůznějších hutních agregátů, a způsob její výroby. Podstata tohoto řešení spočívá v tom, že přísadová briketa obsahuje jako základní složku 50 až 98 % hmotn. kovonosných a/nebo nemetalických hutních odpadů, chemicky stabilizovaných hutních kalů a odprašků, dále pak 1 až 25 % hmotn. pojivá, zbytek tvoří voda a případné doprovodné odpadové přimíseniny. Původně nestabilní kovonosné i nemetalické hutní kaly či odprašky se přitom před lisováním do podoby briket nejprve stabilizují přimícháním stabilizátoru, načež se po stabilizační dobu vystaví jeho působení za účelem ukončení v nich probíhajících reakcí. Stabilizační doba činí zpravidla nejméně 1 až 30 dnů, přičemž s výhodou se hutní kaly stabilizují stabilizátorem na bázi cementu, vápna nebo vápenocementové směsi v množství 1 až 28 kg na 100 kg hutního kalu za spolupůsobení vody, která se do stabilizačního procesu přidává samostatně nebo která je v hutních kalech obsažena. Takto vyrobené přísadové brikety pak mají potřebnou kusovost, otěruvzdomost, pevnost, jsou dobře tavitelné, chemicky, mechanicky a objemově stálé ajejich tvar je dán požadavky odběratele na vsázku.

Úkolem předkládaného vynálezu je na základě řešení dle CZ PV 2005-629 rozšířit sortiment těchto přísadových briket na bázi stabilizovaných hutních kalů a odprašků s cílem dále zefektivnit jak jejich využití v hutnictví, tak i jejich vlastní výrobu.

Podstata vynálezu

Tento úkol je řešen způsobem výroby stabilizované přísadové brikety z kovonosných a/nebo nemetalických materiálů, zejména materiálů vznikajících při hutních procesech jako vedlejší produkt případně jako hutní odpad, tvořené stabilizovanou směsí chemicky nestabilních složek, jako jsou zvláště hutní kaly a odprašky, jemné frakce feritického podílu v množství 1 až 80 % hmotn., obsahujícím například okuje, ocelové či litinové třísky, drobné kusové částice feritického šrotu nebo jehlice, broky či jejich směsi, jakož dále i pojivá, případných ostatních doprovodných přimíšením a zbytkového podílu vody. Způsob výroby je založen na vzájemném míšení těchto jednotlivých složek a zpracování do tvaru brikety s tím, že chemicky nestabilní složky se stabilizují přimíšením stabilizátoru, například na bázi cementu, vápna a vápenocementové směsi. Podstata způsobu dle vynálezu přitom spočívá v tom, že nestabilní složky se ještě před jejich stabilizací nejprve promísí alespoň částečně s nejméně jednou ostatní složkou vyráběné brikety, přičemž stabilizaci přídavkem stabilizátoru za spolupůsobení vody a následnému vystavení stabilizační době se podrobuje takto připravená výchozí směs nestabilních a stabilních složek, která se po uplynutí stabilizační doby poté mísí v požadovaném poměru se zbývajícími složkami kompletní briketové směsi.

Obvykle přichází v úvahu provést podstatnou část míšení jednotlivých složek před stabilizací této výchozí směsi. Doplnění této směsi o zbývající složky resp. o jejich zbývající množství do požadovaného poměřuje vhodné provést současně s jejím míšením s pojivém a vodou až před jejím zpracováním do briket, přičemž se v této fázi s výhodou výchozí směs doplňuje pouze o složky, jako je podsítný koks nebo nejjemnější frakce feritického podílu, které zvyšují účinek pojivá

-2CZ 304321 B6 a znamenají výslednou vyšší pevnost a otěruvzdomost vyráběné brikety, případně umožňující snížit množství použitého pojivá.

Je samozřejmě možné smísit nestabilní složky ihned se všemi ostatními složkami vyráběné brikety včetně jemné frakce feritických podílů v požadovaném poměru najednou, přičemž stabilizaci přídavkem stabilizátoru za spolupůsobení vody a následnému vystavení stabilizační době se podrobuje kompletní takto připravená briketová směs.

Jak je již známo ze zmíněné CZ PV 2005-629 činí zpravidla stabilizační doba nejméně 1 až 30 dnů a množství stabilizátoru 1 až 28 kg na 100 kg zpracovávaných hutních kalů či odprašků za spolupůsobení vody, která se do stabilizačního procesu přidává samostatně nebo jež je např. v hutních kalech obsažena. Na rozdíl od řešení dle této přihlášky se však tyto zejména chemicky nestabilní látky nestabilizují samostatně, nýbrž, jak uvedeno výše, ve směsi se všemi nebo alespoň jednou z ostatních složek, které stabilizaci nepotřebují. Veškeré míšení základních složek nebo alespoň jeho podstatnou část tak lze provést při jedné operaci, což podstatně zefektivňuje celou výrobu briket, homogenizuje briketovou směs a zrovnoměrňuje konečné složení briket.

Proces stabilizace celé směsi, tak jako při stabilizaci pouze samotného hutního kalu, obvykle probíhá v blocích, do kterých se zpracovávaná briketová směs s výhodou slisovává, přičemž před vlastním lisováním přísadových briket po uplynutí stabilizační doby je nutno tyto bloky samozřejmě rozmělnit na drť o potřebné velikosti zrn, která je přímo úměrná velikosti vyráběných briket.

Ze široké škály materiálů může stabilizovaná přísadová briketa, vyrobená způsobem podle vynálezu, obsahovat ve formě doprovodných přimísenin i kovonosné a/nebo nemetalické materiály nejrůznějších druhů, obtížně použitelné pro hutní proces z důvodů nevhodné kusovosti, například jemné a prachové podíly vápence, grafit, antracit nebo prachový kalcinovaný petrolejový koks, prachové či jemné frakce bauxitu, FeSi, FeSiMn, mleté konvertorové vyzdívky a svářkové strusky a podobně s cílem jejich likvidace a zároveň využití v nich obsažených prvků. Kromě všech výše uvedených materiálů, zejména zmíněných stabilizovaných hutních kalů a odprašků, může přísadová briketa podle vynálezu obsahovat samozřejmě i jiné neodpadové materiály, které jinak tvoří běžnou součást vsázky, například vsázkový koks a podobně. Množství těchto materiálů se může pohybovat v rozmezí 50 až 98 % hmotn. jak je tomu u řešení dle CZ PV 2005-629, nicméně zejména při vyšším obsahu přidávaného feritického podílu dle nyní předkládaného vynálezu i v množství menším, a to obvykle v rozmezí 20 až 80 % hmotn., případně i nižším. Přidáním jemné frakce feritického podílu v množství 1 až 80 % hmotn., jako jsou okuje, ocelové či litinové třísky, drobné kusové částice feritického šrotu nebo jehlice, broky či jejich směsi, přitom dochází ke zlepšení fyzikálně-chemických vlastností přísadových briket, jako je například zvýšení obsahu železa a rovněž zvýšení pevnosti brikety.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Stabilizovaná přísadová briketa, vyrobená dle tohoto příkladného provedení vynálezu, obsahuje 45 % hmotn. stabilizovaných kovonosných hutních kalů, 20 % hmotn. stabilizovaných hutních odprašků, 15 % hmotn. feritického podílu ve formě okují, 15 % hmotn. cementu jako pojivá, zbytek voda, přičemž použité kovonosné hutní kaly a hutní odprašky obsahují 58,6 % hmotn. Fe, 1,06% hmotn. MnO, 1,48 % hmotn. MgO, 2,76 % hmotn. Zn, 1,50 % hmotn. SiO₂, 4,01 % hmotn. CaO a dále již zanedbatelné množství dalších prvků, jako např. S, Cr, Pb, Cu, Ni, ajejich oxidů jako A1₂O₃, TiO₂, či solí jako CaF₂ atd.

-3 CZ 304321 B6

Stabilizovaná přísadová briketa se vyrábí smísením všech v ní obsažených základních složek včetně hutních kalů a odprašků, se stabilizátorem, poté se přidá potřebné množství vody pro dosažení zavlhlé směsi, načež se tato kompletní briketová směs vystaví působení stabilizační doby. Stabilizátorem je vápenocementová směs v množství 9 na 100 kg stabilizované směsi. Stabilizační doba činí 15 dnů, přičemž na tuto dobu se briketová směs slisuje do bloků z důvodů lepší skladovatelnosti. Poté se bloky rozdrtí na částice o zrnitosti zhruba 0,1 až 20 mm. Rozdrcená briketová směs se poté pouze promísí s pojivém a vodou pro lisování do briket, načež jsou tyto brikety s výhodou ještě po dozrání, což je zhruba 28 dnů, vsázky schopné.

Příklad 2

Stabilizovaná přísadová briketa, vyrobená dle druhého příkladného provedení vynálezu obsahuje 25 % hmotn. ocelových broků, 20 % hmotn. okují, 15 % hmotn. litinových třísek, tj. celkem 60 % hmotn. feritického podílu, dále pak 20 % hmotn. stabilizovaných hutních odprašků, 15 % hmotn. cementu jako pojivá a zbytek voda. Co se týče použitých hutních odprašků, jedná se v podstatě o shodný materiál s hutními kaly jako z příkladu 1, jenž je pouze zachycován jinou technologií.

Stabilizovaná přísadová briketa se vyrábí obdobně jako v příkladu 1 pouze s tím rozdílem, že stabilizaci se podrobí nestabilní hutní odprašky ve směsi s celým podílem, tj. s 25 % hmotn. Ocelových broků, a pouze s polovinou podílu, tj. 10 % hmotn., okují. Stabilizátorem je cement v množství 7 na 100 kg stabilizované směsi. Stabilizační doba činí 10 dnů. Po jejím uplynutí se přidá do směsi zbylých 10 % hmotn. okují a celý podíl, tj. 15 % hmotn., litinových třísek, načež se směs za přidání pojivá a potřebného množství vody promíchá. Poté se kompletní briketová směs lisuje do briket za spolupůsobení vibrací.

Průmyslová využitelnost

Řešení dle vynálezu je využitelné ke zpracování v podstatě všech druhů metalických a nemetalických materiálů, vznikajících při hutním procesu jako vedlejší produkty včetně odpadů vratných z hutních podniků a kjejich opětovnému využití metalurgických procesech.

Claims

1. Způsob výroby stabilizované přísadové brikety z kovonosných a/nebo nemetalických materiálů, zejména z materiálů vznikajících při hutních procesech jako vedlejší produkt, případně jako hutní odpad, tvořené stabilizovanou směsí chemicky nestabilních složek, jako jsou zvláště hutní kaly a odprašky, jemné frakce feritického podílu v množství 1 až 80 % hmotn., obsahujícím například okuje, ocelové či litinové třísky, drobné kusové částice feritického šrotu nebo jehlice, broky či jejich směsi, jakož dále i pojivá, případných ostatních doprovodných přimísenin a zbytkového podílu vody, spočívající ve vzájemném míšení jejích jednotlivých složek a zpracování do tvaru brikety stím, že chemicky nestabilní složky se stabilizují přimíšením stabilizátoru, například na bázi cementu, vápna a vápenocementové směsi, vyznačující se tím, že nestabilní složky se ještě před jejich stabilizací nejprve promísí alespoň částečně s nejméně jednou ostatní složkou vyráběné brikety, přičemž stabilizaci přídavkem stabilizátoru za spolupůsobení vody a následnému vystavení stabilizační době se podrobuje takto připravená výchozí směs nestabilních a stabilních složek, která se po uplynutí stabilizační doby poté mísí v požadovaném poměru se zbývajícími složkami kompletní briketové směsi.