PL219622B1 - Sposób brykietowania i formowania ciśnieniowego zawierających spoiwo drobnoziarnistych mineralnych mieszanin o wysokiej wilgotności - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób brykietowania i formowania ciśnieniowego zawierających spoiwo mineralnych mieszanin o wysokiej wilgotności.

Operacja brykietowania i formowania ciśnieniowego zawierających spoiwo mineralnych mieszanin o wysokiej wilgotności ma duże znaczenie w różnych dziedzinach techniki i stosowana jest między innymi przy przygotowaniu wsadu hutniczego ze wzbogaconych koncentratów rud metali, na przykład miedzi, przy formowaniu wyrobów ceramicznych, a także przy wytwarzaniu brykietów paliwowych z paliw o znacznym stopniu rozdrobnienia i zawilgocenia, jak również przy przygotowywaniu do utylizacji rozdrobnionych i silnie zawilgoconych materiałów odpadowych.

Ze względów technologicznych, proces brykietowania i ciśnieniowego formowania w matrycach i w warunkach izostatycznych drobnoziarnistych mieszanin mineralnych lub węglowych wymaga niskiej wilgotności przetwarzanych mieszanin, najczęściej nie wyższej niż 5-6%. Wyższa wilgotność mieszanin uniemożliwia uzyskanie dostatecznego stopnia zagęszczenia w procesie ciśnieniowego zagęszczania. To ograniczenie wymaga stosowania kosztownego i długotrwałego procesu suszenia takich mieszanin do odpowiedniej wilgotności w zakresie 3-5%.

Znane są sposoby przygotowania mieszanin do formowania ciśnieniowego, w tym do brykietowania, polegające na uprzednim ich granulowaniu. Ponieważ proces granulowania wymaga stosowania dodatku wody lub roztworów spoiw w ilości 8-30% wagowych w zależności od rodzaju surowca, granulaty takie są podawane suszeniu do wilgotności nie wyższej niż 6% przed wykorzystaniem ich w procesie zagęszczania ciśnieniowego lub też stosowania technik granulacji, takich jak suszenie rozpyłowe, które dają suchy lub półsuchy granulat.

Znany jest z opisu patentowego nr PL 175 198 sposób wytwarzania brykietów z odpadów bazaltowych, popiołów lotnych lub koncentratów rud metali, polegający na użyciu jako spoiwa oddzielnie spreparowanej mieszaniny ługu sodowego lub potasowego i amorficznej krzemionki, które to spoiwo miesza się z materiałem podstawowym, a mieszaninę przed brykietowaniem suszy się.

Również z opisu patentowego nr PL 161 270 znany jest sposób wytwarzania brykietów z pyłu i drobnych frakcji żelazostopów, polegający na mieszaniu pyłu i drobnych frakcji żelazostopów z wodnymi roztworami wysokopolimeryzowanych substancji będących pochodnymi celulozy, takich jak sól sodowa karboksymetylocelulozy, metyloceluloza lub hydroetyloceluloza. Do mieszaniny w czasie procesu mieszania wprowadza się dodatki przyśpieszające twardnienie brykietów oraz dodatki grafitujące. Brykiety mogą być użyte do modyfikacji żeliwa w formie odlewniczej, kadzi lub jako komponent wsadu metalowego.

Ze zgłoszenia patentowego nr P. 295 740 znany jest także sposób wytwarzania brykietów z materiałów miedzionośnych, który polega na tym, że do materiałów miedzionośnych dodaje się wodny roztwór lepiszcza w ilości 0,5-2,9 części wagowych, w przeliczeniu na suchą masę, na 100 części wagowych materiałów miedzionośnych, całość miesza się, po czym suszy do zawartości wody 4-7% i formuje brykiety w znany sposób. Jako lepiszcze stosuje się zhydrolizowane surowce skrobiowe, które uprzednio rozcieńcza się wodą lub przegrzaną parą wodną w stosunku 1:0,1 +1.

Z opisu patentowego nr PL 172 681 znany jest sposób wytwarzania brykietów stanowiących materiał wsadowy do tworzenia żużla w piecach do topienia, zwłaszcza w żeliwiakach, w którym brykiet jest wytwarzany z przemysłowych odpadów - pyłów i piasków, zwłaszcza pyłu filtracyjnego i piasku formierskiego, zwłaszcza zawierających SiO₂, a pyły i piaski są ze sobą mieszane i zwilżane wodą, a następnie dodaje się do nich jako lepik ług posiarczynowy w procentowym stosunku wagowym od 1 do 10%, po czym z uzyskanej masy w formach pod ciśnieniem wytwarza się brykiet, który na koniec jest poddawany procesowi utwardzania.

Ze zgłoszenia patentowego nr P. 326 250 znany jest sposób brykietowania miałów mineralnych, który prowadzi się drogą wyciskania na zimno wyrobów kształtowych, stosując jako lepiszcze alkaliczną rezolową żywicę fenolowo-formaldehydową utwardzoną estrem łącznie z oksyanionem dla zwiększenia wytrzymałości na mokro. Z uwagi na wysoką zawartość wody wynalazek ten zaleca brykietowanie metodą wyciskania,

W innych, znanych procesach brykietowania jako spoiwo stosuje się przykładowo melasę (patent nr PL 188 382), spoiwa bitumiczne (zgłoszenie patentowe nr P. 315 232) lub ług posulfitowy.

Znany jest także sposób brykietowania koncentratów miedzi umożliwiający zwiększenie wytrzymałości uzyskanych brykietów przy jednoczesnej częściowej eliminacji ługu posulfitowego, który polega na stosowaniu jako lepiszcza do brykietowania koncentratów miedziowych mieszaniny siarPL 219 622 B1 ₃ czanu żelazawego z ługiem posulfitowym o gęstości 1,10-1,25 g/cm , zawierającej 3-12% wagowych stałego siarczanu żelazawego i 5-12% wagowych ługu posulfitowego w stosunku do masy koncentratu miedzi. Mieszanina ta przed brykietowaniem musi być suszona do wilgotności 4-5%.

Sposób brykietowania i formowania ciśnieniowego według wynalazku polega na tym, że zawierającą spoiwo drobnoziarnistą mieszaninę składników mineralnych o wysokiej wilgotności poddaje się granulacji znanymi metodami do uzyskania granulatu o uziarnieniu 0,2-15 mm, korzystnie o uziarnieniu 1-5 mm, a uzyskany granulat poddaje się procesowi osuszania powierzchniowego poszczególnych granulek i następnie prasuje w formach lub brykietuje.

Korzystnie, gdy proces osuszania powierzchni granulatu prowadzi się stosując przewietrzanie urządzenia granulującego, w którym granulat jest poddawany mieszaniu lub nawiew ciepłego powietrza w dowolnego typu suszami, lub nawiew ciepłego powietrza na otwartego typu transporter granulatu.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku proces osuszania powierzchni granulatu prowadzi się w urządzeniu granulującym pokrywając powierzchnię wytworzonego, wilgotnego granulatu warstwą suchej mieszaniny wyjściowej, korzystnie wzbogaconej w składnik wiążący.

W innym, korzystnym przykładzie wykonania proces osuszania powierzchni granulatu prowadzi się metodą przewietrzania granulatu nagrzanego do temperatury podwyższonej w wyniku reakcji egzotermicznej zachodzącej w granulowanym materiale.

Sposób brykietowania i formowania według wynalazku wykazuje szczególnie korzystną efektywność, gdy proces osuszania powierzchni granulatu prowadzi się do uzyskania stopnia redukcji średniej wilgotności granulatu o co najmniej 5% w stosunku do wilgotności granulatu bezpośrednio po jego wytworzeniu.

Stosując sposób brykietowania i formowania według wynalazku szczególnie korzystne efekty uzyskuje się wtedy, gdy formowana drobnoziarnista mieszanina mineralna zawiera przynajmniej jeden składnik wybrany z grupy obejmującej produkty i odpady ze wzbogacania flotacyjnego, rudy metali, rudy metali z dodatkami suchych i wilgotnych odpadów przemysłowych i odpadów palnych, szlamy i pyły odpadowe, suche masy ceramiczne i masy ceramiczne po odwodnieniu metodami mechanicznymi oraz drobnoziarniste węgle i szlamy węglowe.

Sposób według wynalazku przeznaczony jest do formownia ciśnieniowego wszelkiego typu jednoskładnikowych i wieloskładnikowych mieszanin, zawierających wodę lub wodne roztwory spoiw organicznych i nieorganicznych. W szczególności, sposobem według wynalazku można formować produkty i odpady wzbogacania flotacyjnego, rudy metali, rudy metali z dodatkami suchych i wilgotnych odpadów przemysłowych i odpadów palnych, wszelkiego typu szlamy i pyły odpadowe, suche masy ceramiczne i masy ceramiczne po odwodnieniu metodami mechanicznymi (ciasta filtracyjne) oraz drobnoziarniste węgle i szlamy węglowe.

Osuszanie powierzchniowe granulatu w sposobie według wynalazku prowadzi się metodą termiczną, przez pudrowanie, stosując osuszanie reakcyjne lub kombinację tych sposobów.

Osuszanie termiczne w sposobie według wynalazku polega na wykorzystaniu przepływu ciepłego powietrza wokół ziaren granulatu, korzystnie przy mechanicznym wspomaganiu procesu wymiany ciepła między medium suszącym a poszczególnymi granulkami, polegającym na przemieszczaniu i przesypywaniu suszonego granulatu. Proces prowadzi się do uzyskania wysuszonej warstwy nie grubszej niż ok. 10% średnicy granulek.

Osuszanie powierzchni granulatu przez pudrowanie w sposobie według wynalazku polega na pokryciu powierzchni granulatu, w końcowej fazie procesu granulacji, warstwą suchego składnika mieszaniny do formowania brykietowania. Operację osuszania przez pudrowanie realizuje się w ten sposób, że po zgranulowaniu granulat posypuje się suchą, sproszkowaną mieszaniną o tym samym składzie lub składzie zmodyfikowanym poprzez dodatek składnika wiążącego, którą stosuje się w takiej ilości, aby całkowicie związała się z powierzchnią wilgotnych granulek i nie utworzyła osobnej frakcji pylastej. Proces pudrowania prowadzi się w urządzeniu granulującym lub w mieszalniku.

Osuszanie reakcyjne polega na wykorzystaniu ciepła reakcji egzotermicznych wywołanych w mieszaninie do brykietowania jako źródła ciepła wspomagającego proces odparowania wody z powierzchni granulek. Operacja ta polega na krótkim sezonowaniu nagrzanego w wyniku reakcji egzotermicznej granulatu w warunkach ułatwiających odparowanie wody z powierzchni granulatu.

Sposób według wynalazku znajduje szczególne zastosowanie w technologiach wykorzystujących egzotermiczne reakcje do ograniczenia wilgotności wyjściowych materiałów i wytworzenia faz spełniających rolę spoiwa nadającego materiałowi po ciśnieniowym zaformowaniu wymagane własno4

PL 219 622 B1 ści mechaniczne. Pozwala on wykorzystać energię tych reakcji do będącego istotą wynalazku procesu osuszania powierzchni granulek bez konieczności stosowania zewnętrznych źródeł ciepła.

Sposób według wynalazku został przedstawiony poniżej w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1

Do 92 części wagowych koncentratu miedziowego o wilgotności 7% dodano 6 części wagowych 50% kwasu siarkowego i 2 części wagowe wody i po intensywnym mieszaniu uzyskaną jednorodną masę poddano granulacji mechanicznej na dowolnym urządzeniu granulującym uzyskując granulat o uziarnieniu 1-5 mm, a następnie granulat poddano procesowi osuszania powierzchni granulek z wykorzystaniem energii reakcji chemicznej kwasu ze składnikami mineralnymi koncentratu, nagrzewającej granulat do temperatury 40-50°C, przez swobodne odparowanie wody przy transporcie granulatu na taśmociągu. Proces osuszania prowadzono do uzyskania średniej wilgotności granulatu na poziomie 10,5% i następnie poddano go procesowi brykietowania ciśnieniowego na dowolnym typie brykieciarek. Uzyskany brykiet odznacza się wysokim stopniem zagęszczenia i 100% odpornością na zrzut, a jego wytrzymałość mechaniczna wzrasta z czasem sezonowania. Uzyskano stopień zagęszczenia w zakresie 1,8-2,0.

P r z y k ł a d 2

Do urządzenia mieszająco-granulującego wprowadzono 90 części wagowych szlamu wapiennego o wilgotności 24-25% i 10 części wagowych mielonego wapna palonego i po ujednorodnieniu mieszaninę poddano granulacji. Utworzony granulat - nagrzany ciepłem reakcji wapna palonego z wodą - o uziarnieniu 1-8 mm przetrzymano w urządzeniu mieszającym przez 5 minut i następnie przetransportowano otwartym przenośnikiem taśmowym do maszyny brykietującej w celu przewietrzenia i ostudzenia granulatu. Uzyskane brykiety odznaczają się dobrą wytrzymałością mechaniczną, zawartością wilgoci w przedziale 8-12% i w czasie sezonowania ulegają procesowi utwardzania. Uzyskano stopień zagęszczenia w zakresie 1,6-1,9.

P r z y k ł a d 3

Do intensywnego mieszalnika granulującego wprowadzono 86,5 części wagowych suchego proszku kordierytowego o uziarnieniu do 0,63 mikrometra i w czasie mieszania dodano 13,5 części wagowych wody. Po ujednorodnieniu mieszaninę poddano procesowi granulacji uzyskując granulat o wielkości granulek do 2 mm. W końcowej fazie granulacji dodano do urządzenia granulującego suchy proszek materiału wyjściowego w ilości 10 części wagowych w przeliczeniu na masę granulatu, w celu pokrycia powierzchni granulek suchą warstwą materiału ceramicznego. Uzyskany granulat następnie zagęszczono ciśnieniowo znanymi sposobami formowania w matrycach lub na drodze prasowania izostatycznego. Uzyskane tym sposobem wypraski cechują się gęstością wyższą o 8% niż z granulatów wytwarzanych w instalacjach suszenia rozpyłowego i formowanych pod tym samym ciśnieniem.

P r z y k ł a d 4

Do intensywnego mieszalnika granulującego z pochyloną misą wprowadzono 100 części wagowych mlewa surowcowego do produkcji ceramicznych płytek ściennych o wilgotności 2-3% i uziarnieniu poniżej 0,1 mm i w czasie mieszania dodano 11 części wagowych wody. Mieszaninę poddano procesowi granulacji w tym samym urządzeniu, uzyskując granulat o wielkości granulek 1-4 mm. W końcowej fazie granulacji dodano do urządzenia suchy proszek materiału wyjściowego w ilości 5 części wagowych w przeliczeniu na masę granulatu, w celu pokrycia powierzchni granulek suchą warstwą materiału ceramicznego. Z uzyskanego granulatu formowano znanymi metodami płytki. Uformowane płytki są gotowe do procesu zdobienia i późniejszego wypalania. Stopień zagęszczenia wyprasek z tak przygotowanego granulatu jest o 8-10% gęstości teoretycznej wyższy niż z granulatów z suszarni rozpyłowych formowanych pod tym samym ciśnieniem.

P r z y k ł a d 5

Do intensywnego mieszalnika wyposażonego w mimośrodowo usytuowany wirnik wprowadzono 89 części wagowych szlamów metalurgicznych o wilgotności 25% i w czasie mieszania dodano 11 części wagowych mielonego wapna palonego. Uzyskaną mieszaninę poddano granulowaniu znanymi sposobami uzyskując granulat o uziarnieniu do 7 mm, który pozostawiono w urządzeniu granulującym w celu ochłodzenia i osuszenia jego powierzchni. Uzyskany w ten sposób granulat o wilgotności średniej 10% poddano brykietowaniu znanymi sposobami. Uzyskane brykiety w czasie sezonowania ulegają procesowi utwardzenia i stanowią składnik wsadu do wielkiego pieca. Uzyskano stopień zagęszczenia w zakresie 1,6-2,0.

PL 219 622 B1

P r z y k ł a d 6

100 części wagowych drobnoziarnistej rudy żelaza o wilgotności 8%, 2 części wagowe koksiku o uziarnieniu poniżej 1 mm i 2 części wagowe mielonego wapna palonego wprowadzono do mieszalnika z obrotowym narzędziem mieszającym i poddano granulowaniu dodając 8 części wagowych wody. Uzyskany granulat sezonowano w warunkach naturalnego lub wymuszonego nawiewu powietrza i po osuszeniu jego powierzchni poddano brykietowaniu znanymi sposobami, wytwarzając brykiety stanowiące wsad do wielkiego pieca. Własności wytrzymałościowe tak wytworzonych brykietów odpowiadają wymogom stawianym produktowi spiekania rudy na taśmie spiekalniczej. Sposób ten umożliwia uzyskanie stopnia zagęszczenia na poziomie 1,5-1,7 a wytrzymałość mechaniczna po sezonowaniu jest znacznie wyższa niż wytrzymałość spieku z taśmy spiekalniczej.

Claims (6)

1. Sposób brykietowania i formowania ciśnieniowego zawierających spoiwo drobnoziarnistych mineralnych mieszanin wieloskładnikowych o wysokiej wilgotności, obejmujący operację granulowania i brykietowania znanymi sposobami, znamienny tym, że mieszaninę granuluje się do uzyskania uziarnienia 0,2-15 mm, korzystnie 1-5 mm, a następnie uzyskany granulat poddaje się procesowi osuszania powierzchniowego poszczególnych granulek, po czym granulat brykietuje się lub prasuje w formach.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces osuszania powierzchni granulatu prowadzi się stosując przewietrzanie urządzenia granulującego, w którym granulat jest poddawany mieszaniu lub nawiew ciepłego powietrza w dowolnego typu suszami, lub nawiew ciepłego powietrza na otwartego typu transporter granulatu.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces osuszania powierzchni granulatu prowadzi się w urządzeniu granulującym pokrywając powierzchnię wytworzonego, wilgotnego granulatu warstwą suchej mieszaniny wyjściowej, korzystnie wzbogaconej w składnik wiążący.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces osuszania powierzchni granulatu prowadzi się metodą przewietrzania granulatu nagrzanego do temperatury podwyższonej w wyniku reakcji egzotermicznej zachodzącej w granulowanym materiale.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces osuszania powierzchni granulatu prowadzi się do uzyskania stopnia redukcji średniej wilgotności granulatu o co najmniej 5% w stosunku do wilgotności granulatu bezpośrednio po jego wytworzeniu.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że formowana mieszanina zawiera przynajmniej jeden składnik wybrany z grupy obejmującej produkty i odpady ze wzbogacania flotacyjnego, rudy metali, rudy metali z dodatkami suchych i wilgotnych odpadów przemysłowych i odpadów palnych, szlamy i pyły odpadowe, suche masy ceramiczne i masy ceramiczne po odwodnieniu metodami mechanicznymi oraz drobnoziarniste węgle i szlamy węglowe.