EA025530B1 - Способ получения упрочненных гранул из железосодержащих частиц - Google Patents

Abstract

Предложен способ получения упрочненных гранул из железосодержащих частиц, в котором частицы смешивают по меньшей мере с одним связующим и водой или водным основанием с получением смеси, из смеси формуют гранулы, гранулы упрочняют и подвергают восстановлению с помощью подаваемого восстановителя, отличающийся тем, что железосодержащие частицы сначала смешивают по меньшей мере с одним связующим с получением первой смеси, а эту первую смесь затем смешивают с водой или водным основанием с получением второй смеси, и железосодержащие пылевые отходы, образующиеся при упрочнении и/или восстановлении, подают рециклом на смешивание, таким образом снова смешивая пылевые отходы со связующим, причем указанное связующее представляет собой глинистый минерал.

Description

Настоящее изобретение относится к способу получения упрочненных гранул из железосодержащих частиц, в котором частицы смешивают по меньшей мере с одним связующим и водой или водным основанием с получением смеси; из смеси формуют гранулы, гранулы упрочняют и упрочненные гранулы подвергают восстановлению с помощью подаваемого восстановителя.

Железосодержащие частицы получают во многих процессах. С одной стороны, их получают уже тогда, когда необходимо отделить соединения железа для дальнейшей обработки, поскольку в железосодержащих минералах железо в чистом виде не присутствует. Напротив, эти минералы представляют собой смеси с не содержащими железо породами, так называемыми пустыми породами. Для отсеивания такой пустой породы в обычной практике сырьевой материал тонко измельчают и выделяют соединения железа из этой порошкообразной смеси. Так получают концентрат железной руды в виде частиц диаметром <100 мкм.

Перед непосредственной металлизацией концентрат железной руды необходимо подвергнуть дополнительной обработке, поскольку размер частиц концентрата с диаметром <100 мкм непригоден для известных в производстве железа и стали технологий восстановления. В шахтных печах и вращающихся обжиговых печах можно использовать только частицы диаметром >10 мм, тогда как для процессов с псевдоожиженным слоем требуются частицы размером от 60 мкм до 1 мм. Для увеличения размеров частиц тонкоизмельченную железосодержащую руду обычно формуют с получением окатышей или гранул.

При восстановлении железосодержащих материалов, например по технологиям Мгйгех, Спсогсй. ЗЬ-КЛ и Н1ЗМЕЬТ, дополнительно образуется значительное количество пылевых отходов чрезвычайно мелкой зернистости с приблизительным размером частиц <100 мкм. Железо в этой пыли содержится частично в металлической форме. До настоящего времени было почти невозможно возвращать в процесс эти отходы, и большое их количество отправляли на свалку. Помимо устаревшего непроизводительного расходования сырьевого материала, существует опасность воспламенения пыли. В книге РеПеОегеп νοη Е18епег7еи, 1980, Меуег, Зрппдег Уегкщ Вегйи, Не1Йе1Ьег§ и Уегкщ ЗоППешеп тЬН, 1980 описана возможность использования таких пылевых отходов при окатывании железосодержащих руд. Подобно тому, как получают частицы из железной руды, из пылевых отходов также можно получить гранулы большего диаметра.

Из νθ 98/49352 А1 известен способ грануляции мелкозернистых фракций железной руды с применением связующего вещества. Подходящим связующим веществом, например, является бентонит - порода, которая содержит смесь различных глинистых минералов, самым важным из которых является монтмориллонит (от 60 до 80 мас.%).

В ИЗ 6024790 отмечена целесообразность активирования этого связующего материала бентонита посредством ионного обмена с интеркалированными катионами для применения его по назначению. Активированный бентонит обычно имеет улучшенную набухаемость и более высокую термостойкость. Процесс активации, описанный в ИЗ 6024790, необходимо выполнять в течение от нескольких часов до нескольких дней, чтобы гарантировать успешное завершение ионного обмена.

В 1Р 63103851 указано, что при добавлении в бентонит небольшого количества гидроксида натрия происходит активация глинистого материала.

В ИЕ 2517543 описан способ агломерации металлургической пыли, в котором металлургическую пыль смешивают со связующим в количестве от 2 до 20 мас.% и с кремнийсодержащим материалом в количестве примерно от 0,5 до 5 мас.%, из этой смеси формируют окатыши или гранулы и затем их упрочняют. Способ также предусматривает возможность добавления к связующему дополнительных компонентов, таких как гидроксид натрия, карбонат натрий и бикарбонат натрия в количестве примерно 3 мас.%.

Из ЕР 1290232 В1 известен способ производства металлизированного железорудного агломерата из тонкодисперсных железосодержащих частиц с использованием связующего, где в качестве связующего используют целлюлозные волокна. При формовании частиц целлюлозные волокна действуют как связующее, но благодаря высокому содержанию в них углерода их также можно применять в качестве восстановителя в последующем процессе восстановления.

В ЕР 0916742 также описан способ, при котором восстановитель уже включен в состав железосодержащих гранул. Для этой цели сырьевой материал, содержащий оксид железа, смешивают с углеродистым материалом, органическим связующим и неорганическим коагулятором, и затем смешивают с водой. Полученные таким образом окатыши, снабженные диспергирующим агентом, высушивают и затем подвергают восстановлению. В качестве диспергирующего агента можно, например, также использовать раствор гидроксида натрия.

Однако эти известные способы имеют ряд недостатков. С одной стороны, обычной практикой является включение восстановителя уже в состав получаемых гранул или окатышей. Однако в результате, количество восстановителя уже предварительно задают при изготовлении окатышей, тогда как оно должно зависеть от соотношения между железом и восстановителем в соответствующем окатыше.

С другой стороны, при использовании таких способов существует риск того, что окатыши будут сильно различаться по составу и, вследствие этого, после восстановления будет получен конечный продукт с различным содержанием металлического железа.

- 1 025530

Более того, может случиться так, что введенный восстановитель не прореагирует полностью при восстановлении окатышей и, следовательно, будет в них присутствовать после восстановления, что может неблагоприятно воздействовать на дальнейшую обработку.

Общим для тех способов производства, в которых не добавляют восстановитель, является то, что для обеспечения достаточной твердости и прочности окатышей связующее необходимо активировать. Эту активацию, которую можно выполнять, например, с использованием гидроксида натрия, обычно осуществляют так, что сначала связующее приводят в контакт с активирующим агентом, а протекающие реакции прерывают только по истечении периода времени, составляющего, по меньшей мере, несколько часов.

Однако, при использовании неактивированного связующего, такого как бентонит, качество гранулированных частиц сильно зависит от состава железосодержащей руды. Следует избегать распада гранулированных частиц при обжиге, поскольку в этом случае частицы опять будут иметь только такие малые размеры, которые не подходят для последующей обработки.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является получение прочных гранул из железосодержащих руд без предварительного включения в эти гранулы восстановителя или без необходимости использовать активированное связующее.

Эту задачу можно решить способом по изобретению, признаки которого изложены в п.1 формулы изобретения. Для этой цели железосодержащие частицы сначала смешивают со связующим, а затем с водой или водным основанием с получением смеси. Эту смесь впоследствии формуют с получением гранул (гранулирование), и эти гранулы упрочняют. Упрочненные гранулы либо восстанавливают уже во время упрочнения, либо подвергают восстановлению ниже по потоку. В каждом случае восстановление проводят с помощью подаваемого восстановителя. Существенным признаком является то, что железосодержащие частицы сначала смешивают по меньшей мере с одним связующим с получением первой смеси, а эту первую смесь затем смешивают с водным основанием или водой с получением второй смеси.

Поскольку в данном способе восстановитель не включают в состав гранул, способ согласно изобретению подходит для гранулирования железосодержащих частиц, в которых уже присутствует металлическое железо. Содержание металлического железа может составлять более 30 мас.%, предпочтительно более 40 мас.% и особенно предпочтительно от 45 до 85 мас.%. Обычно содержание железа в частично металлизированных пылевых отходах составляет от 70 до 85 мас.%.

Средний диаметр частиц (й₅₀) в используемых железосодержащих частицах составляет от 0,01 до 0,1 мм. Предпочтительно частицы имеют размер <60 мкм, в частности <40 мкм, при обычном диаметре от 20 до 30 мкм. Целесообразно, в частности, когда железосодержащие частицы получены из железной руды, подвергать частицы предварительному измельчению, прежде всего, когда частицы очень неоднородны по размерам.

Кроме того, можно смешивать частицы мелкозернистой железосодержащей руды с частицами, в которых уже присутствует металлическое железо.

Ввиду того, что слишком большое количество связующего нежелательно для дальнейшей обработки частиц железа, оказалось благоприятным содержание связующего вещества в первой смеси от 0,01 до 5 мас.%, предпочтительно от 0,1 до 1,5 мас.%, а особенно предпочтительно от 0,3 до 1,2 мас.%. Таким образом, можно гарантировать достаточную прочность формованных гранул без повышенного шлакообразования во время дальнейшей обработки железосодержащих гранул.

В качестве связующего предпочтительно использовать глинистые минералы. Помимо доступности при низкой стоимости, в пользу применения глинистых минералов в качестве связующих веществ служит тот факт, что введение восстановителя в состав самих отдельных частиц может привести к тому, что продукт станет чрезвычайно разнородным по качеству. Подходящие глинистые минералы предпочтительно включают бентонит или также органические связующие, такие как Репйиг®.

Что касается водного основания, особенно пригодными являются водные щелочные основания, т.е. водные растворы гидроксидов щелочных металлов. Благодаря низкой закупочной цене, особенно рекомендуется использовать гидроксид натрия.

Количество щелочной жидкости должно составлять от 10 ррт (частей на миллион) до 1 мас.%, обычно от 20 до 3000 ррт, особенно предпочтительно от 30 до 1000 ррт.

Способ может быть выполнен особенно эффективным образом, когда время смешивания как для смешивания железосодержащих частиц со связующим, так и для смешивания полученной таким образом первой смеси с водой или водным диспергирующим агентом составляет более 10 с, предпочтительно более 20 с, особенно предпочтительно более 30 с и наиболее предпочтительно >5 мин, но в любом случае <30 мин. Согласно изобретению, время гранулирования по порядку величины такое же, как и время смешивания.

Для успешной дальнейшей обработки полученные частицы гранулята должны иметь размер от 0,1 до 30 мм, предпочтительно от 0,2 до 20 мм. Было обнаружено, что особенно предпочтительно оказалось получение окатышей диаметром предпочтительно от 8 до 18 мм или частиц гранулята диаметром предпочтительно от 0,3 до 2 мм.

Содержание воды в получаемых частицах необходимо доводить до примерно 5-30 мас.%, предпоч- 2 025530 тительно 6-12 мас.%. Особенно важным фактором для установления содержания воды является количество железа, уже присутствующего в форме металла, т.к. при слишком высоком содержании воды получаемые гранулированные частицы могут повторно окисляться водой.

После формования частиц гранулята их подвергают обжигу и таким образом упрочняют; при этом благоприятная для упрочнения температура составляет от 600 до 1500°С. Для окатышей диаметром от 8 до 18 мм рекомендуется температура обжига от 1200 до 1450°С, а для частиц гранулята диаметром от 0,3 до 2 мм особенно благоприятна температура от 650 до 1300°С. Предпочтительная температура обжига составляет от 750 до 1200°С, в частности от 800 до 1100°С. Кроме того, было обнаружено, что для частиц гранулята с металлизированной мелочью требуется более длительный обжиг при температуре ниже 1000°С, в частности ниже 900°С.

Упрочнение можно выполнять обычными способами упрочнения и обжига, например в псевдоожиженном слое, циркулирующем псевдоожиженном слое или во вращающейся печи для обжига. Упрочнение также можно выполнять в части аппарата для восстановления или в восстановительной среде. Его также можно выполнять в условиях инертной среды, например в природном газе или азоте. Также возможно проводить операцию обжига в окислительных условиях. В этом случае содержание кислорода в газе должно составлять от 0,1 до 10 мас.%, предпочтительно от 1 до 7 мас.%. Окислительные условия способствуют пониженному окислению того железа, которое уже присутствует в металлической форме. Таким образом, возможно гомогенизировать состав окатышей до начала процесса восстановления.

Восстановление можно проводить в любом аппарате для восстановления, таком как печь с псевдоожиженным слоем, шахтная печь, доменная печь, вращающаяся печь, карусельная печь или электродуговая печь (ЭДП). Восстановление следует проводить таким образом, чтобы можно было достичь степени восстановления 30%, предпочтительно более 50%, особенно предпочтительно более 70% и наиболее предпочтительно от 75 до 99%. Степень восстановления определяют методом мокрого химического анализа на содержание общего железа (те(Ре_общ)), металлического железа (\у(Ре°)) и двухвалентного железа (\у(Ре²')). и из полученных данных затем рассчитывают степень восстановления К следующим образом: Р=(\у(Ре⁰)+1/3\у(Ре²'))Лу(Ре_об|||)). где ν() обозначает соответствующие величины в массовых процентах.

Также было обнаружено, что выдержка частиц в течение по меньшей мере 1 ч, предпочтительно более 3 ч, после гранулирования и перед обжигом увеличивает прочность получаемых агломератов.

Кроме того, способ по изобретению позволяет осуществлять рециркуляцию пылевых отходов, образующихся на стадии упрочнения и/или на стадии восстановления, на стадию смешивания и/или гранулирования. Когда эти пылевые отходы подают рециклом на гранулирование, они входят в состав получаемых на этой стадии частиц. И они снова проходят через две технологические стадии упрочнения и восстановления, где возможно еще не восстановленные частицы также восстанавливаются в этих отходах. Таким способом можно предотвратить непопадание в конечный продукт ценных железосодержащих пылевых отходов.

Рециркуляция отходов в смесь, в частности, на первую стадию смешивания, особенно целесообразна, когда количество пылевых отходов, полученных при упрочнении и/или при восстановлении, относительно велико. При этом необходимо сами пылевые отходы также снова смешивать со связующим, поскольку в противном случае соотношение компонентов в смеси на стадии гранулирования может значительно отклоняться от заданного соотношения компонентов в смеси из-за высокого содержания железосодержащих пылевых отходов, и поэтому получаемые частицы не будут достаточно стабильными по составу. Такая рециркуляция, независимо от того, вводят ли пылевые отходы на стадию смешивания или стадию гранулирования, целесообразна в этом способе, в частности потому, что не требуется присутствие восстановителя в самих частицах, а его подают на стадии восстановления.

Далее изобретение описано подробно со ссылкой на чертеж и воплощения. Все признаки, описанные и/или проиллюстрированные, представляют предмет изобретения как таковые или в любом сочетании, независимо от их включения в формулу изобретения или отсылку.

Единственный чертеж изображает технологическую схему установки, используемой для реализации способа согласно изобретению.

Для производства железосодержащих гранул железосодержащие частицы сначала подают в смесительное устройство 1, где их смешивают со связующим, например бентонитом, подаваемым через питающий трубопровод 2. Через трубопровод 3 перемешанный таким образом материал (первая смесь) подают во второе смесительное устройство 4 и смешивают там с водой или водным основанием, например с водным раствором гидроксида натрия, который подают через питающий трубопровод 5 (вторая смесь). Конечно, при обработке в периодическом режиме также возможно выполнять смешивание железосодержащих частиц со связующим и водой или водным основанием последовательно в одном и том же смесительном устройстве.

Полученную таким образом смесь подают через трубопровод 6 в гранулирующее устройство 7, в котором из смеси формуют гранулы диаметром от 0,09 до 20 мм.

Затем гранулы перемещают в устройство 10 для упрочнения по трубопроводу 8. Устройство 10 для упрочнения здесь выполнено в виде реактора с циркулирующим псевдоожиженным слоем, в который по трубопроводу 12 подают псевдоожижающий газ. Через трубопровод 11 осуществляют подачу нагретых

- 3 025530 газов и/или топлива. Через трубопровод 15 упрочненные гранулы выгружают из циркулирующего псевдоожиженного слоя 14 и перемещают в аппарат для восстановления, например во вращающуюся печь 16. Восстановитель, например уголь, подают в аппарат 16 для восстановления через трубопровод 17. Полученный там продукт затем можно отправить либо во временное хранилище, либо непосредственно для дальнейшей обработки.

Пылевые отходы, которые образуются, например, в реакторе 10, подают в циклон 21 по трубопроводу 20. Оттуда пылевые отходы можно вновь подавать в смесительное устройство 1 по трубопроводу 22. В принципе, также возможно, по меньшей мере, частично, поставлять эти отходы в смесительное устройство 4 или в гранулирующее устройство 7. Также допускается извлекать пылевые отходы из аппарата 16 для восстановления.

Пример 1.

кг бетонита добавляют к 2 т сырой железосодержащей руды со средним размером частиц (б₅₀) 25 мкм. После смешивания примерно в течение 60 с добавляют воду, например обычную водопроводную воду, и примерно 400 ррт ΝαΟΗ (50 мас.% раствора ΝαΟΗ) в течение 30 с так, чтобы влагосодержание повысилось примерно до 9 мас.%. После гранулирования в течение 60 с полученные частицы гранулята размером (б₅₀) 700 мкм можно удалять из гранулирующего устройства. Часть частиц гранулята сразу же обжигают в псевдоожиженном слое при 1000°С. Гранулированный материал является твердым и при отделении выработка пылевых отходов составляет только примерно 7 мас.%. Агломерат восстанавливают в псевдоожиженном слое с получением степени восстановления вплоть до 95% и содержание пылевых отходов составляет всего лишь примерно 10 мас.%.

Другую часть полученных железосодержащих частиц гранулята выдерживают в течение 6 часов и затем обжигают при 1000°С. По сравнению с материалом, сразу же подвергнутым обжигу, этот материал тверже и выработка пылевых отходов составляет только примерно 4 мас.%. Во время восстановления выработка мелкодисперсных пылевых отходов составляет примерно 7 мас.%.

Для частиц железной руды, которые получают посредством таких же операций, но без добавления гидроксида натрия, выработка пылевых отходов достигает 35 мас.%, а при восстановлении содержание пылевых отходов составляет 40 мас.%.

Пример 2.

кг бетонита добавляют к 1 т сырой железосодержащей руды со средним размером частиц (б₅₀) 25 мкм и 1 т железосодержащих отходов с металлизацией 50 мас.% и средним размером 50 мкм. После смешивания примерно в течение 60 с добавляют водопроводную воду в течение 30 с так, чтобы влагосодержание достигло примерно 9 мас.%. После гранулирования в течение 60 с частицы гранулята размером (б₅₀) 700 мкм можно удалять из гранулирующего устройства. Часть частиц гранулята сразу же обжигают в псевдоожиженном слое при 850°С, при этом содержание кислорода в псевдоожижающем газе составляет примерно 5 мас.%.

Гранулированный материал является твердым и во время обжига выработка отходов составляет всего лишь примерно 1%. Частицы агломерата восстанавливают в псевдоожиженном слое с получением степени восстановления до 95%, при этом выработка пылевых отходов здесь также незначительна и составляет примерно 1 мас.%.

При обжиге при 1000°С железосодержащих частиц, полученных посредством таких же операций, но без добавления железосодержащих пылевых отходов, выработка пылевых отходов составляет примерно 5 мас.%. В процессе восстановления потери частиц гранулята составляют 5 мас.%.

- 4 025530

2, 3 4

5, 6 7

11, 12

Список позиционных обозначений смесительное устройство трубопровод смесительное устройство трубопровод гранулирующее устройство трубопровод реактор с псевдоожиженным слоем трубопровод колосниковая решетка циркулирующий псевдоожиженный слой трубопровод вращающаяся печь трубопровод трубопровод циклон трубопровод

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ получения упрочненных гранул из железосодержащих частиц, в котором частицы смешивают по меньшей мере с одним связующим и водой или водным основанием с получением смеси, из смеси формуют гранулы, гранулы упрочняют и подвергают восстановлению с помощью подаваемого восстановителя, отличающийся тем, что железосодержащие частицы сначала смешивают по меньшей мере с одним связующим с получением первой смеси, а эту первую смесь затем смешивают с водой или водным основанием с получением второй смеси, и железосодержащие пылевые отходы, образующиеся при упрочнении и/или восстановлении, подают рециклом на смешивание, таким образом снова смешивая пылевые отходы со связующим, причем указанное связующее представляет собой глинистый минерал.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что железосодержащие частицы имеют содержание металлического железа по меньшей мере 30 мас.% и средний диаметр частиц (6₅₀) составляет от 0,10 до 0,01 мм.
3. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержание связующего в первой смеси составляет от 0,01 до 5,00 мас.%.
4. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что водное основание представляет собой водный раствор гидроксидов щелочных металлов.
5. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что соответствующее время смешивания первой и второй смеси, так же как и время формования гранул, составляет от 10 с до 30 мин.
6. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что размер гранул составляет от 0,09 до 20,00 мм и содержание воды в гранулах составляет от 5 до 30 мас.%.
7. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что температура при упрочнении составляет 650-1500°С.
8. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что упрочнение проводят в окислительных или восстановительных условиях.