EA022798B1

EA022798B1 - Method of transformation of small lumpy mineral carbonates into form suitable for combustion

Info

Publication number: EA022798B1
Application number: EA201001447A
Authority: EA
Inventors: Роберт Розен
Original assignee: Хосокава Альпине Актингезелльшафт
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2016-03-31
Also published as: EA201001447A1; UA105484C2; DE102009048435B4; DE102009048435A1

Abstract

The invention relates to a method of transformation of small lumpy mineral carbonates into a form suitable for combustion including the following steps: drying mineral carbonates to a residual moisture content of 1 wt.% or less, simultaneously with carbonates grinding to a particle size of 1 mm or less, wherein grinding and drying are performed in an impact-reflective grinder driven by hot air; bringing the moisture content of ground carbonates to a range from about 2 to about 8 wt.%; mixing the ground wet carbonates with starch, wherein the added amount of starch in total is from 1 to 10 wt.% of the mass of the ground carbonates; and compacting the obtained mixture using a roller press. This method ensures, for example, effective transfer of small fractions separated from chalk during combustion to the form suitable for combustion in a furnace so that they can be used in industry after combustion, while earlier they were dumped to disposal areas as waste.

Description

Настоящее изобретение относится к способу перевода мелкокускового минерального карбоната в пригодную для обжига форму, а также к брикетам или гранулятам, по существу, состоящим из карбоната кальция, которые могут быть получены способом согласно настоящему изобретению.The present invention relates to a method for converting small-sized mineral carbonate into a calcining form, as well as to briquettes or granules essentially consisting of calcium carbonate, which can be obtained by the method according to the present invention.

Если в контексте настоящего изобретения идет речь о мелкокусковых минеральных карбонатах, то прежде всего подразумевается минеральный карбонат кальция в форме мела. Карбонат магния, известный под названием доломит или магнезит, и карбонат стронция являются другими карбонатами, которые могут перерабатываться с использованием способа согласно настоящему изобретению.If in the context of the present invention we are talking about small-sized mineral carbonates, then mineral calcium carbonate in the form of chalk is primarily meant. Magnesium carbonate, known as dolomite or magnesite, and strontium carbonate are other carbonates that can be processed using the method according to the present invention.

Мел добывают в каменоломнях. Поскольку мел не имеет кристаллической структуры, то он очень легко разламывается и поэтому в своей исходной форме непригоден для многих промышленных применений. Обычно мел посредством обжига превращают в оксид кальция, называемый также жженой известью, который механически гораздо стабильнее, чем мел. Реакцию, протекающую в процессе обжига, можно описать химическим уравнениемChalk is mined in quarries. Since the chalk does not have a crystalline structure, it breaks very easily and therefore, in its original form, is unsuitable for many industrial applications. Typically, chalk is fired into calcium oxide, also called burnt lime, which is mechanically much more stable than chalk. The reaction occurring during the firing process can be described by the chemical equation

то есть карбонат кальция, например, в форме мела, превращается в оксид кальция с выделением диоксида углерода. Этот процесс обжига осуществляется в больших печах, которые могут быть выполнены в форме вращающихся трубчатых печей, шахтных печей или многоярусных печей. В любом случае исходный материал, подлежащий обжигу, не должен быть слишком мелкокусковым, так как в противном случае очень велики потери на фильтре (доля материала, попадающего в фильтр) или может закупориться обжиговая печь, а куски, подходящие по величине для обжига, должны обладать минимальной механической прочностью, чтобы в процессе обжига в обжиговой печи они не распадались на более мелкие куски.that is, calcium carbonate, for example, in the form of chalk, is converted to calcium oxide with the release of carbon dioxide. This firing process is carried out in large furnaces, which can be in the form of rotary tube furnaces, shaft furnaces or multi-tier furnaces. In any case, the starting material to be fired should not be too small, as otherwise the losses on the filter will be very large (the proportion of material entering the filter) or the kiln may become clogged, and pieces suitable for the firing should have minimum mechanical strength, so that during the firing process in the kiln, they do not fall apart into smaller pieces.

Как правило, меловой материал, поступающий из каменоломни, первоначально подвергают грубому предварительному дроблению, а затем получают из него фракцию с размером кусков от 20 до 130 мм или подфракции. Ту часть раздробленного мелового материала, которая имеет размер кусков >40 мм, снова дробят. Однако в процессе дробления образуется и фракция мелового материала с размером кусков <20 мм. Эта фракция может составлять до 50% исходного материала. Как указано выше, эта фракция по причине своей мелкозернистости, то есть слишком малого размера кусков, непригодна для того, чтобы ее использовать в промышленном процессе обжига. Если для этой фракции не находится другого применения (например, в качестве наполнителя), то часто эту фракцию с размером кусков <20 мм выгружают в отвал как почти ничего не стоящий материал.As a rule, the chalk material coming from the quarry is initially subjected to rough preliminary crushing, and then a fraction with a piece size of 20 to 130 mm or sub-fractions is obtained from it. That part of the crushed chalk material, which has a piece size> 40 mm, is again crushed. However, in the process of crushing, a fraction of the chalk material is formed with a piece size <20 mm. This fraction can comprise up to 50% of the starting material. As indicated above, this fraction, due to its fine grain size, that is, too small a piece size, is unsuitable for use in an industrial firing process. If for this fraction there is no other use (for example, as a filler), then often this fraction with a size of pieces <20 mm is unloaded into the dump as almost worthless material.

Задача настоящего изобретения состояла, прежде всего, в том, чтобы такой мелкокусковой отвальный материал, состоящий из минеральных карбонатов, сделать пригодным для процесса обжига извести.The objective of the present invention was, first of all, that such a small-piece dump material, consisting of mineral carbonates, to make suitable for the process of calcining lime.

Согласно настоящему изобретению эта задача была решена за счет способа перевода мелкокусковых минеральных карбонатов в пригодную для обжига форму, который включает в себя следующие стадии: сушку минерального карбоната до остаточного содержания влаги, равного 1 мас.% или менее одновременно с размалыванием карбонатов до частиц с размером 1 мм и менее, причем размалывание и сушку осуществляют в ударно-отражательной мельнице, приводимой в движение горячим воздухом; доведение содержания влаги в размолотых карбонатах до диапазона от примерно 2 до примерно 8 мас.%; смешивание размолотых влажных карбонатов с крахмалом, причем добавляемое количество крахмала в совокупности составляет от 1 до 10 мас.% от массы размолотых карбонатов, и уплотнение полученной смеси с помощью валкового пресса.According to the present invention, this problem was solved by a method of converting small-sized mineral carbonates into a suitable for burning form, which includes the following steps: drying the mineral carbonate to a residual moisture content of 1 wt.% Or less simultaneously with grinding the carbonates to particles with a size 1 mm or less, moreover, grinding and drying is carried out in a shock-reflective mill driven by hot air; adjusting the moisture content of the milled carbonates to a range of from about 2 to about 8% by weight; mixing the crushed wet carbonates with starch, and the added amount of starch in the aggregate is from 1 to 10 wt.% by weight of the crushed carbonates, and compaction of the resulting mixture using a roller press.

Способ согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность получения пригодного для обжига гранулята или, если валковый пресс выполнен в форме брикетировочной машины, пригодных для обжига в печи брикетов из мелкокусковых минеральных карбонатов, таких как вышеупомянутый отвальный материал, и за счет этого обеспечить широкое использование огромных количеств ранее не использовавшегося материала.The method according to the present invention makes it possible to obtain granulate suitable for roasting or, if the roller press is made in the form of a briquetting machine, suitable for roasting briquettes from small-sized mineral carbonates, such as the aforementioned dump material, and thereby ensure the widespread use of huge quantities not previously material used.

Полученный посредством уплотнения способом согласно настоящему изобретению материал в форме гранулята или брикетов, который после уплотнения можно высушить, обладает очень хорошим механическим сцеплением, то есть высокой механической прочностью, что делает его пригодным для использования в промышленном процессе обжига, причем этот процесс обжига можно проводить в любых обычно используемых для этого обжиговых печах (шахтных печах, многоярусных печах, вращающихся трубчатых печах). Другими словами, способ согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность так изменить характеристики обжига, например, мелкокускового мелового материала, что при всех технически применимых способах обжига будут получены стабильные брикеты жженой извести или стабильные грануляты жженой извести с желаемым размером частиц. Так как крахмал, так же как и целлюлоза, является углеводородом, то в процессе обжига брикетов или гранулятов, полученных согласно настоящему изобретению, не образуется силикатов, что обеспечивает возможность использования обожженного материала при производстве стали (в качестве восстановителя).The material obtained in the form of granules or briquettes obtained by compaction by the method according to the present invention, which can be dried after compaction, has very good mechanical adhesion, that is, high mechanical strength, which makes it suitable for use in an industrial firing process, and this firing process can be carried out in any kilns commonly used for this (shaft kilns, multi-tier kilns, rotary tube furnaces). In other words, the method according to the present invention makes it possible to change the firing characteristics of, for example, lumpy chalk material so that with all technically applicable firing methods stable baked lime briquettes or stable baked lime granules with the desired particle size are obtained. Since starch, like cellulose, is a hydrocarbon, silicates are not formed during the firing of briquettes or granules obtained according to the present invention, which makes it possible to use the calcined material in the production of steel (as a reducing agent).

Чтобы можно было размолоть карбонатный материал, используемый в способе согласно настоящему изобретению, до размера частиц, равного 1 мм или менее, исходный материал не должен быть слишком влажным. Как известно специалистам в области способов помола, максимальная допустимая влаж- 1 022798 ность исходного материала зависит также от используемого способа помола или от используемого размалывающего устройства. Поэтому при определенных формах осуществления способа согласно настоящему изобретению может быть необходимо, чтобы минеральные карбонаты перед размалыванием или во время размалывания были высушены до остаточной влажности, равной 1 вес.% или меньше. Согласно предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения это может быть очень эффективно выполнено во время самого процесса размалывания, если размалывание осуществляется в ударноотражательной мельнице, приводимой в движение горячим воздухом, так как горячий воздух обеспечивает просушивание исходного материала в процессе размалывания.In order to grind the carbonate material used in the method according to the present invention to a particle size of 1 mm or less, the starting material should not be too wet. As is known to those skilled in the art of grinding methods, the maximum permissible moisture content of the starting material also depends on the grinding method used or on the grinding device used. Therefore, in certain embodiments of the method according to the present invention, it may be necessary that the mineral carbonates be dried to a residual moisture content of 1 wt.% Or less before milling or during milling. According to a preferred embodiment of the present invention, this can be very effectively accomplished during the grinding process itself, if the grinding is carried out in a shock-reflecting mill driven by hot air, since the hot air provides drying of the starting material during the grinding process.

После размалывания мелко размолотый карбонатный материал предпочтительно смешивается с крахмалом, хотя альтернативно могут быть также использованы целлюлоза или производные целлюлозы, или смеси вышеупомянутых веществ, или жидкое стекло, отработанный сульфидный щелок или меласса и гашеная известь (гидроксид кальция). Под термином жидкое стекло здесь следует понимать водорастворимые силикаты натрия и/или калия. В общей сложности выбранное вещество или смесь веществ добавляют в количестве, которое соответствует диапазону от 1 до 10 мас.% от массы размолотых карбонатов. Чтобы добавленное вещество или добавленная смесь веществ, например крахмал или целлюлоза, могли в достаточной степени оказать свое действие в способе согласно настоящему изобретению, содержание влаги в размолотых карбонатах следует довести до уровня в диапазоне от примерно 2 мас.% до примерно 8 мас.% (от сухой массы размолотых карбонатов). Если содержание влаги в исходном материале было достаточно высоким и если был использован способ размалывания, для которого такое содержание влаги является допустимым, то можно не использовать отдельное добавление жидкости для установления необходимого содержания влаги. Если же исходный материал до размалывания или во время процесса размалывания был высушен до малой остаточной влажности, то после завершения процесса размалывания можно добавить жидкость, например воду, в таком количестве, которое приведет к желаемому содержанию влаги. Добавление, например, крахмала или целлюлозы и добавление жидкости, если оно необходимо, к тонко размолотому карбонатному материалу можно осуществлять одновременно.After grinding, the finely ground carbonate material is preferably mixed with starch, although alternatively cellulose or cellulose derivatives or mixtures of the above substances or liquid glass, spent sulfide liquor or molasses and slaked lime (calcium hydroxide) can also be used. The term “liquid glass” is understood to mean water-soluble silicates of sodium and / or potassium. In total, the selected substance or mixture of substances is added in an amount that corresponds to a range from 1 to 10 wt.% By weight of the milled carbonates. So that the added substance or the added mixture of substances, for example starch or cellulose, can sufficiently exert its effect in the method according to the present invention, the moisture content in the milled carbonates should be brought to a level in the range from about 2 wt.% To about 8 wt.% ( from the dry mass of crushed carbonates). If the moisture content in the starting material was high enough and if a grinding method was used for which such a moisture content is acceptable, then you can not use a separate addition of liquid to establish the required moisture content. If the starting material was dried to a low residual moisture before grinding or during the grinding process, then after the grinding process is completed, you can add liquid, such as water, in such an amount that will lead to the desired moisture content. The addition of, for example, starch or cellulose and the addition of liquid, if necessary, to the finely ground carbonate material can be carried out simultaneously.

В качестве крахмалов предпочтительно используются технические крахмалы, например маниоковый крахмал, чтобы поддерживать низкие производственные затраты при использовании способа согласно настоящему изобретению.Technical starches, for example cassava starch, are preferably used as starches in order to maintain low production costs when using the method according to the present invention.

Для облегчения выбора добавляемого вещества в приведенной ниже таблице указано, какими преимуществами обладают отдельные вещества. Чем больше знаков + указано для вещества, тем более выражено соответствующее свойство.To facilitate the selection of the substance to be added, the table below shows the advantages of the individual substances. The more + signs indicated for a substance, the more pronounced the corresponding property.

Прочность в непросушенном состоянии Strength in unsophisticated condition Прочность после сушки Strength after drying Цена Price Доступность Availability Отсутствие загрязнений в конечном продукте Lack of pollution in the end product Крахмалы Starches +++ +++ ++ ++ + + + + +++ +++ Целлюлоза Cellulose +++ +++ ++ ++ + + + + +++ +++

Меласса Molasses + + +++ +++ +++ +++ ++ ++ ++ ++ Гашеная известь Slaked lime + + +++ +++ +++ +++ +++ +++ ++++ ++++ Отработанный сульфидный щелок Spent sulfide liquor ++ ++ ++ ++ ++ ++ + + + + Жидкое стекло Liquid glass ++ ++ +++ +++ ++ ++ ++ ++ ++ ++

Как уже было упомянуто, уплотнение в предпочтительных формах осуществления настоящего изобретения представляет собой брикетирование, то есть в качестве валкового пресса используется брикетировочная машина. Затем брикеты, полученные посредством брикетирования, предпочтительно отделяют на грохоте, а образующийся в результате просеивания мелкозернистый материал возвращают обратно в валковый пресс, выполненный в данном случае в форме брикетировочной машины.As already mentioned, the seal in the preferred embodiments of the present invention is briquetting, i.e. a briquetting machine is used as a roller press. Then, the briquettes obtained by briquetting are preferably separated on a screen, and the fine-grained material resulting from sieving is returned to the roller press, in this case in the form of a briquetting machine.

Согласно следующему предпочтительному варианту способа согласно настоящему изобретению с помощью валкового пресса получают листовой прессованный материал (так называемый §ейи1ре), который затем превращают в гранулы на стадии измельчения. Гранулят, полученный на стадии измельчения, предпочтительно разделяют на крупную фракцию и мелкую фракцию, причем мелкую фракцию сразу же отправляют обратно в валковый пресс. Крупная фракция полученного гранулята может иметь размеры частиц, например, в диапазоне от 5 до 10 мм, однако возможны и размеры частиц в диапазоне от 10 до 20 мм. Последняя фракция (от 10 до 20 мм) во все возрастающей степени востребуется сталелитейными заводами для получения жженой извести, так как жженая известь при производстве стали исполь- 2 022798 зуется в качестве восстановителя в доменных печах.According to a further preferred embodiment of the method according to the present invention, a sheet-pressed material (the so-called §éiépé) is obtained by means of a roller press, which is then turned into granules in a grinding step. The granulate obtained in the grinding step is preferably separated into a coarse fraction and a fine fraction, the fine fraction being immediately sent back to the roller press. A large fraction of the obtained granulate may have particle sizes, for example, in the range of 5 to 10 mm, but particle sizes in the range of 10 to 20 mm are also possible. The last fraction (from 10 to 20 mm) is increasingly demanded by steel mills for the production of burnt lime, since burnt lime in steel production is used as a reducing agent in blast furnaces.

В случае минерального карбоната речь предпочтительно идет о карбонате кальция, в частности, в форме мела, однако способ согласно настоящему изобретению не ограничен только карбонатом кальция, его можно применить и к другим карбонатам со сходными механическими свойствами.In the case of mineral carbonate, it is preferably calcium carbonate, in particular in the form of chalk, however, the method according to the present invention is not limited only to calcium carbonate, it can be applied to other carbonates with similar mechanical properties.

Настоящее изобретение относится также к брикетам или гранулятам, изготовленным, по существу, из карбоната кальция, которые могут быть получены способом согласно настоящему изобретению, описанным выше.The present invention also relates to briquettes or granules made essentially of calcium carbonate, which can be obtained by the method according to the present invention described above.

Далее будет более подробно описан пример осуществления способа согласно настоящему изобретению. Мелкокусковой или мелкозернистый карбонат кальция в виде кусочков мела в ударноотражательной мельнице, приводимой в движение горячим воздухом, высушивали до остаточной влажности <1% и размалывали до частиц размером <1 мм. Мелко размолотый меловой материал смешивали в смесителе с 5 мас.% крахмала и 8 мас.% воды (в обоих случаях в пересчете на массу сухого мелового материала). Полученную смесь затем брикетировали с помощью брикетировочной машины, при этом полученные брикеты с размерами 14x14x6 мм отделяли с помощью просеивающей машины, а мелкую фракцию сразу же отправляли обратно в брикетировочную машину.Next will be described in more detail an example implementation of the method according to the present invention. Fine-lumped or fine-grained calcium carbonate in the form of pieces of chalk in a shock-reflecting mill, driven by hot air, was dried to a residual moisture content of <1% and ground to particles <1 mm in size. Finely ground chalk material was mixed in a mixer with 5 wt.% Starch and 8 wt.% Water (in both cases, based on the mass of dry chalk material). The resulting mixture was then briquetted using a briquetting machine, while the resulting briquettes with dimensions of 14x14x6 mm were separated using a sieving machine, and the fine fraction was immediately sent back to the briquetting machine.

С использованием полученных брикетов в ходе испытания на способность выдерживать механические нагрузки были имитированы условия в шахтной печи, так как сжимающая нагрузка на брикеты, возникающая в шахтной печи, заметно выше, чем прочность при падении, требуемая от брикетов во вращающейся трубчатой печи. Полученные брикеты успешно выдержали условия шахтной печи, что означает, что брикеты, изготовленные таким образом, можно без проблем подвергать процессу обжига в многоярусной печи или во вращающейся трубчатой печи.Using the obtained briquettes during the test for the ability to withstand mechanical loads, the conditions in the shaft furnace were simulated, since the compressive load on the briquettes arising in the shaft furnace is noticeably higher than the falling strength required from the briquettes in a rotary tube furnace. The resulting briquettes successfully withstood the conditions of a shaft furnace, which means that briquettes made in this way can be easily fired in a multi-tier furnace or in a rotary tube furnace.

В заключение следует заметить, что приведенные ранее данные по размеру частиц не представляют собой абсолютные значения; их следует понимать в обычном для техники смысле, т.е., например, как результаты просеивания.In conclusion, it should be noted that the above particle size data do not represent absolute values; they should be understood in the usual sense for technology, i.e., for example, as the results of sifting.

Claims

1. A method of converting small-sized mineral carbonates into a suitable for burning form, which includes the following stages: drying the mineral carbonate to a residual moisture content of 1 wt.% Or less, simultaneously with grinding the carbonates to particles with a size of 1 mm or less, grinding and drying is carried out in a shock-reflective mill driven by hot air; adjusting the moisture content of the milled carbonates to a range of from about 2 to about 8% by weight; mixing the crushed wet carbonates with starch, and the added amount of starch in the aggregate is from 1 to 10 wt.% by weight of the crushed carbonates, and compaction of the resulting mixture using a roller press.

2. The method according to claim 1, characterized in that technical starch is used as starch.

3. The method according to claim 2, characterized in that the technical starch is cassava starch.

4. The method according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the seal is a briquetting.

5. The method according to claim 4, characterized in that the briquettes obtained by briquetting are separated by sieving, and the fine-grained material formed during sieving is sent back to the roller press.

6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that by means of a roller press, sheet material is obtained, which is subsequently granulated at the grinding stage.

7. The method according to claim 6, characterized in that the granulate obtained in the grinding stage is divided into a coarse fraction and a fine fraction, the fine fraction being sent back to the roller press, while the coarse fraction contains particles from 5 to 20 mm in size, and the fine fraction contains particles less than 5 mm in size.

8. The method according to claim 7, characterized in that the coarse fraction of the obtained granulate contains particles with sizes in the range from 5 to 10 mm.

9. The method according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the mineral carbonate is calcium carbonate.

10. The method according to claim 9, characterized in that the calcium carbonate is chalk.

11. The method according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the products obtained after compaction are dried.

12. The method according to claim 11, characterized in that the products obtained after compaction are briquettes.

13. Briquettes suitable for firing in a furnace, consisting essentially of calcium carbonate, characterized in that they are obtained using the method according to any one of claims 1 to 12.