SE440229B - Process for agglomerering av kolhaltigt stoft till herdade massor - Google Patents

Description

8901815-3 2 och med hjälp av högtryckspressar. De därvid framställda bri- ketterna är ganska sköra, och de har en benägenhet att smulas sönder under normal hantering och transport. Vid sintringspro- cesser som vanligen används för framställning av härdade, kross- beständiga mineralagglomerat utnyttjas temperaturer som ligger betydligt högre än förbränningstemperaturen för kolhaltiga mate- rial. Hydrotermiska processer vid låga temperaturer har använts för agglomerering och härdning av från stålverk härrörande mine- ralmalmer och järnhaltiga avfallsprodukter som har relativt hög hållfasthet. Sådana processer är beskrivna exempelvis i de ameri- kanska patentskrifterna 5 255 571, 5 770 416 och 3 895 088.

Denna processtyp har emellertid inte använts för att agglomerera och härda material som innehåller en stor andel brännbara orga~ niska komponenter med relativt låg hållfasthet. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att ange en billig process för framställning av härdade, krossbeständiga agglo~ merat av kolhaltigt stoft.

Enligt uppfinningen anges en process för agglomerering av kolhaltigt stoft med en partikelstorlek som i medeltal är mindre än ca »B mesh till härdade massor med hög hållfasthet, varvid denna process kännetecknas av följande steg: (a) beredning av en fuktad blandning som innefattar en stor andel kolhaltigt stoft, ca l till ca 15 viktprocent av ett bindemedel valt bland oxiderna, hydroxiderna och karbonaterna av kalcium och magnesium och bland- ningar därav, och ca 0,25 till ca 10 viktprocent av ett kisel- haltigt material som innehåller tillgänglig S102 för reaktion med bindemedlet under bildning av silikat- eller hydrosilikat- bindningar därmed, varvid viktprocentuppgifterna grundar sig på den totala vikten av torrsubstansen i den nämnda blandningen; (b) förvaring av den nämnda fuktade blandningen en tid som är tillräcklig för att en väsentlig del av den fria inre fuktig- heten i porerna i de kolhaltiga partiklarna skall migrera till dessas yta; (c) forming av fristående agglomerat av den nämnda fuktade blandningen; (d) torkning av de nämnda agglomeraten för att minska halten fri fuktighet däri till ca 5 viktprocent eller mindre; och (e) hydrotermisk härdning av de nämnda agglomeraten genom att dessa bringas i kontakt med ånga vid en temperatur av 8001815-3 3 ca 1oo° till ca 250% en tia som ar tillräcklig- m: att :arma dem till härdade och odelat bundna massor.

De nämnda meshvärdena grundar sig pà.amerikanska normer (U.S. Bureau of Standards).

De härdade agglomeratens krossbeständighet eller tryck- hâllfasthet kan ökas ytterligare genom att de torkas efter härd- ningssteget så att väsentligen hela mängden fri fuktighet avlägs- nas från dem.

Processer enligt uppfinningen skall nu beskrivas närmare såsom exempel.

Man framställer först en utgångsblandning nenom att nog- grant sammanblanda kolhaltigt stoft, ett finfördelat bindemedel, ett finfördelat kiselhaltigt material och en tillräcklig mängd vatten för att bilda ett fuktat material som kan formas till fristående agglomeratmassor. Om så önskas kan de fasta bestånds- delarna i utgàngsblandningen sammanblandas i torr form och sedan fuktas eller tillsättes tillsammans med vatten ocn olandas under bildning av en homogen dispersion.

Bland godtagbara bindemedel kan nämnas oxiderna, hydrcsi- derna och karbonaterna av kalcium och magnesium och blandningar därav, varvid osläckt kalk, CaO, och släckt kalk, Ca(0H)¿. före- trädesvis används. Den använda mängden bindemedel är ca l till ca 15 víktprocent, räknat på torrsubstansens totala vikt. Vid användning av mindre än ca l viktprocent bindemedel har de er- hållna härdade agglomeraten en krossbeständighet eller tryck- hållfasthet som är för låg för att godtagas för hantering eller transport. Bindemedelsmängder som överstiger ca 15 viktprocent ökar å andra sidan inte märkbart de härdade agglomeratons tryck- hållfasthet men minskar deras kolhalt på ett icke önskvärt sätt.

Den företrädesvis använda mängden bindemedel i utgångsblandningen är ca 5 till ca lO viktprocent, räknat på torrsubstanscns totala vikt.

Det använda kiselhaltiga materialet kan vara vilket natur- ligt eller artificiellt kiselhaltigt material som helst som innehåller tillgänglig S102, som kan reagera med bindcmedlet under bildning av silikat- eller hydronilikatbindningar därmed vid de betingelser som råder under det hydrotavmiuka näronings- steget. Som representativa exempel på godtagbara kiselhaltiga Pooxgouamn 8001815-3 4 material kan nämnas finmald kvarts, kvartssand, bentonit, diatomacê- jord, valklera, natrium-, kalcium-, magnesium- och aluminlumsili- kater, pyrogen kiseldioxid, olika hydratiserade kiseldioxider och blandningar därav. Av dessa är finmald kvarts och kvartssand lämpligast.

Den mängd kiselhaltigt material som sätts till utgångs- blandningen kan utgöra ca 0,25 till ca 10 viktprocent, företrädes~ vis ca 1 till ca 5 viktprocent, räknat på torrsubstansens totala vikt. Om man använder mindre mängder kiselhaltigt material än ca 0,25 viktprocent kan man i allmänhet inte erhålla härdade agglo- merat med en tryckhållfasthet omkring 858 kPa eller högre inom i praktiken rimliga härdningstider. Större mängder än ca lO vikt- procent ökar å andra sidan inte tryckhållfastheten märkbart och kan på ett icke önskvärt sätt minska kolhalten.

Den mängd vatten som ingår i utgångsblandningen varierar beroende på den agglomereringsteknik som använts. När man exempel- vis använder en kulformingsprocess med en trumma eller skiva för att forma de sfäriska kulorna bör den totala mängden vatten i den fuktade utgângsblandningen i allmänhet ligga inom intervallet från ca lo till ca 20 viktprocent, företrädesvis ca 15 till ca 17 viktprocent. Vid användning av en brikettpress bör mängden vatten i den fuktade utgångsblandningen å andra sidan vara ca 5 till ca 15 viktprocent, företrädesvis ca 8 till ca lO viktprocent.

Den genomsnittliga partikelstorleken hos det kolhaltiga stoftet bör vara mindre än ca -5 mesh och bör företrädesvis ligga inom intervallet från ca 200 till ca 400 mesh. Bindemedlets och det kiselhaltiga materialets genomsnittliga partikelstorlek är i allmänhet ca 200 till 400 mesh. Minst hälften av samtliga fasta material i utgångsblandningen bör företrädesvis ha en genomsnitt- lig partikelstorlek som är mindre än ca 525 mesh.

Kolhaltigt stoft har i allmänhet många små kapillär- lilfnaarlde porer eller fördjupningar. Under blandningssteget har vatten en benägenhet att absorberas i dessa porer eller fördjup- ningar. Denna fria interna fuktighet omvandlas till ånga under det hydrotermiska härdningssteget och förorsakar en väsentlig minskning av de härdade agglomeratens tryckhållfasthet och i vissa sprickbildning eller brott då omåttligt stora mängder föreligger I i porerna eller fördjupningarna. Detta problem minskas genom att 8OÛ1815“3 man före agglomereringen låter den fuktiga blandningen stå en tid som är tillräcklig för att en väsentlig del av den fria in- terna fuktigheten i porerna i det kolhaltiga stoftet skall migre« ra till ytan.

Tiden och betingelserna för detta steg kan variera avse« värt och beror i första hand pà den speciella typ av kolhaltigt stoft och bindemedel som används. Torrdestillerat stoft till exempel, såsom kokspulver och ofullständi¿t förbränt oituminöst kolstoft (bitumincus coal char fines), är i allmänhet :ner poröst än bituminöst kolstoft eller antracitkolstoft och har en benäfen- het att absorbera mer fuktighet. Därför fordras en länfifre för- varingstíd för torrdestillerat stoft. Detta steg kan genomföras vid rumstemperatur, ty det är inte nödvändigt att faktiskt av- lägsna fuktighet från blandningen. Den önskade migrationen av överskottsfuktighet från porerna i det kolhaltiga materialet kan emellertid påskyndas genom upphettning av den fuktiga blandningen till förhöjd temperatur.

När kalcium- och/eller magnesiumoxid används som binde- medel, reagerar den med den fuktighet som finns i blandningen under bildning av hydrater. Den exoterma hydratiseringsreaktionen visar en benägenhet att påskynda migrationen av fuktighet från porerna í det kolhaltiga stoftet, vilket resulterar i en förkort~ ning av den förvaringstid som erfordras utan yttre uppvïrmnin¿.

Som en allmän regel gäller att den fuktade blandningen får stå i ca l - 48 tinnar, företrädesvis ca 2 till ca E timmar, vid eller omkring det omgivande trycket och vid en temperatur av ca 600 till ca 900. Högre temperaturer och tryck kan användas men är olämpligare på grund av högre driftskostnader. När kaluium~ eller magnesiumoxid används som bindemedel, placeras den fuktade blandningen företrädesvis i en sluten, termiskt isolerad behålla- re så att man kan utnyttja den exoterma hydratiseringsreaktionen.

Förstärkande tillsatsmedel kan inkluderas i utgångsbland- ningen för ytterligare ökning av de härdade aßfilomeratens håll- fasthet. Man kan exempelvis tillsätta finfördelad järnmalm för detta ändamål i en mängd upp till ca 50 viktprooent, räknat på torrsubstansens totala vikt. Agglomerat som innehåller både kol- haltigt stoft och järnmalmspartiklar är speciellt lämpliga för användning i en beskickning för en stàlframställningsprocess. lfooáLQUAI-ITY 8001815-3 6 Den fuktade blandningen formas därefter till osintrade agglomerat med önskad storlek och form för det avsedda ändamålet genom konventionell agglomereringsteknik, såsom formning, brikette- ring, kulrullning, strängsprutning, och liknande. Kulrullning med hjälp av en kulformningstallrik eller -trumma är lämpligast på grund av den lägre driftskostnaden. De osintrade agglomeraten formas företrädesvis till relativt kompakta konfigurationer, så- som cylindrar, klot, äggformer, kuddar, etc. och är i huvudsak befriade från alla tunna sektioner eller utsprång med skarpa vinklar som är känsliga för sprickor eller brott under hantering eller transport. Agglomeratens konfigurationer kontrolleras även så att de inte packas tätt tillsammans när de staplas på varandra och därigenom förhindrar passage av en uppvärmd, fuktbemängd vätska mellan sig under det följande härdningssteget. När de osintrade agglomeraten föreligger i form av kulor har de i all- mänhet en diameter av ca 5 till 50 mm, företrädesvis ca 10 till mm. När brikettering används har agglomeraten företrädesvis formen av kuddar eller ägg och en diameter upp till ca 75 mm.

Större kulor och briketter kan användas om så önskas.

För att erhålla härdade agglomerat med godtagbar kross- beständighet eller tryckhållfasthet torkar man de osintrade agglomeraten till en fri fukthalt av ca 5 viktprocent eller mindre, företrädesvis ca 3 viktprocent eller mindre, före det hydrotermiska härdningssteget. Denna torkning kan genomföras på vanligt sätt, såsom genom placering av de osintrade agglomeraten i en ugn eller genom blåsning av varm gas över dem, med använd- ning av torkningstemperaturer upp till sönderdelningstemperaturen för det kolhaltiga materialet. Den tid som erfordras för att reducera halten fri fuktighet i de osintrade agglomeraten till ca 5 viktprocent eller mindre beror pâ den använda torkningstem- peraturen, fukthalten i de osintrade agglomeraten, den nivå till vilken fukthalten reduceras, de osintrade agglomeratens stor- lek och form, etc. De osintrade agglomeraten kan om så önskas torkas till väsentligen helt torrt tillstånd och sedan besprutas med tillräckligt mycket vatten för att fukthalten skall höjas till den önskade nivån.

När de osintrade agglomeraten har torkats delvis eller 8001815-3 7 fullständigt införs de i en reaktionskammare eller ett tryckkärl, t.ex. en autoklav, där de upphettas till förhöjd temperatur i när- varo av fuktighet så att de enskilda partiklarna härdas och binds till en odelad massa med hög hållfasthet. Tryckhållfastheten hos de härdade agglomerat som framställts genom detta hydrotermiska härdningssteg beror i viss utsträckning på tiden, temperaturen och fukthalten i den använda atmosfären.

Tillförsel av värme till de osintrade agglomeraten kan ske enligt flera olika metoder. Användning av ånga är lämpligast, eftersom den bildar en samtidig källa för värme och fuktighet som erfordras för den hydrotermiaka reaktionen. man kan använda an- tingen mättad ånga eller så gott som mättad ånga. överhettad ånga har en benägenhet att bilda härdade agglomerat med reducerad håll- fasthet. Det är därför lämpligast att använda ånga vid tryck och temperaturer vid eller nära trycket och temperaturen för mättad ånga. Temperaturer som i allmänhet varierar från ca lOOÛ till 25000, företrädesvis ca 2000 till ca 2250C, kan användas ed till- fredsställande resultat för att man skall uppnå den önskade härd- ningen av de osintrade agglomeraten inom rimlig tid.

Autoklavtryck som ligger väsentligt ovanför atmosfärs- trycket är lämpligast för att minska härdningstiden och förbättra hållfastheten hos de erhållna härdade agglomeraten. Ekonomiska betingelser bestämmer i allmänhet att maximitrycket inte bör över- stiga ca 55 at, och ett tryck av ca lO till ca 25 at är lämpligast.

Agglomeratens uppehållstid i reaktionskammaren eller tryckkärlet beror på flera processvariabler, såsom tryck, tem- peratur och atmosfär i kammaren, agglomeratens sammansättning, etc. Denna tid måste i varje fall vara tillräcklig för att de enskilda partiklarna skall härdas och bindas till ett härdat till- stånd med hög hållfasthet. När högre temperaturer och tryck an- vänds är tiden för den hydrotermíska härdningen i allmänhet ca minuter till ca 8 timmar och företrädesvis ca 50 till ca bo minuter.

De härdade agglomeraten tas ut ur reaktionskammaren och är efter kylning färdiga att användas. De heta, härdade agglome- raten innehåller vanligen upp till ca 1,5 viktprocent fri fuktig- het och har tryckhållfasthetscgenskaper som är lämpliga för fler- 8001815-3 8 talet ändamål. Tryckhållfastheten hos de härdade agglomeraten kan ökas betydligt genom att de torkas snabbt, företrädesvis omedel- bart efter uttagningen ur reaktionskammaren och innan någon märk- bar kylning har ägt rum, varvid så gott som all fri fuktighet av- lägsnas från dem. Denna torkning kan genomföras på vilket lämp- ligt sätt som helst, t.ex. genom placering av de heta, härdade agglomeraten i en ugn eller genom blåsning av en het gas över dem.

Man använder i allmänhet en temperatur av ca lOO° till ca 550°C, företrädesvis ca 1500 till 25000, för detta torkningssteg efter härdningen.

Följande exempel anges för att åskådliggöra en företrädes- vis tillämpad utföringsform av uppfinningen och begränsar icke på något sätt uppfinningen.

Exempel En serie tester genomfördes för beräkning av krossbe- ständighet eller tryckhâllfasthet hos härdade agglomerat som fram- ställts av -200 mesh kokspulver enligt uppfinningen. I dessa tester användes varierande mängder Ca0, SiO2 och vatten i ut- gångsblandningen. Kbmponenterna sammanblandades i en blandare ca 2 minuter. Den erhållna blandningen placerades i en sluten behållare och förvarades vid 80°C i två timmar. Osintrade klot- formiga kulor (några med en diameter av l9 mm och andra med en diameter av 58 mm) framställdes av blandningarna i en vanlig an- ordning för formning av kulor. De osintrade kulorna torkades till en fukthalt av ca l viktprocent genom torkning i ugn vid en tem- peratur av ca ll0°C i 60 minuter. Torkade kulor från varje sats placerades sedan i en 5-liters högtrycksautoklav (typ Cenco- -Menzel) som innehöll 1,5 liter kokande vatten. Autoklaven upp- hettades till och hölls vid en temperatur av 2l5°C och ett tryck av 22 at. Härdade kulor från varje sats togs ut ur autoklaven efter olika uppehållstider och torkades i ugn vid en temperatur av ca llO°C i ca 50 minuter för att praktiskt taget all fri fuk- tighet skulle avlägsnas. Efter kylning mättes kulornas tryckhåll- fasthet med en fjädertestapparat enligt Dillon. Resultaten från dessa tester är sammanställda i tabell I.

Liknande resultat har erhållits med bituminöst kolstoft och bituminöst, ofullständigt förbränt kol (coal char). soo1a1s-3 wmmn I- wmí ma? æn om. 5 m. H m6 i -I moofl Nfifl m5 3 3.5 må m6 m i- m2. mïL 95 3 mwöfi o ß w il ämm mwfi NRH 3 miüwfi n ß H s w s m s n n H nwvpg woflm omv wzæammnwmmoa .É aâøäm azmoomm mmfießfiëmmmmø .àñqo än: .uzflfizaammzäšüw m: QÉ i smmsmqmqåfiowms es Jäqmoafiš mzmmznfizazfimwwšwsw mnmmßm H .Hflümuwß .Hfimflàš BOHBAÉWwHM E00 AWQWEHQZHN MMQÛZKÉ mfišmmnflmdxw MWQAJNEWZZH EOW MSE mOm .Hümëwdhflåëvwmfi

Claims (6)

8001815-3 '10 Av dessa resultat framgår att härdade kulor med en tryckhållfasthet som överstiger 858 kPa kan framställas av _koksstoft enligt uppfinningen med relativt lågt tryck och låg temperatur och en så kort uppehållstid som 1 timme. Närvaro av rimliga mängder kalciumcxid i de härdade agglomeraten är inte skadlig för flertalet slutändamål utan kan i själva verket vara gynnsam. Kalciumoxid används exempelvis som flussmedel i stål- tillverkningsprocesser, såsom processer i masugnar och kupolug- nar. Vidare.är kalciumoxid ett svavelabsorberande medel som kan vara gynnsamt när stoft av svavelhaltiga kolsorter agglomereras och används som bränsle. Detta innebär ett svaveldioxid, som _ normalt måste avlägsnas från rökgasen, åtminstone delvis av- lägsnas på förbränningsplatsen, genom att kalciumoxid ingår i agglomeraten, och uppsamlas tillsammans med askan. Ofull- g ständigt förbränt stoft som bildats av icke koksande kolsorter, lignit och trä kan agglomereras enligt förfarandet enligt upp- finningen och användas som artificiell koks eller allmänt som ett röksvagt bränsle. PATENTKRAV

1. Process för agglomerering av kolhaltigt stoft till härda- de massor, vilken process innefattar följande steg: framställ- ning av en blandning, vilken innefattar en stor andel stoft, ett bindemedel och vatten; formning av fristående agglomerat av blandningen; och hydrotermisk härdning av agglomeraten, k ä n - n e t e c k n a d därav, att processen tillämpas på stoft med en genomsnittlig partikelstorlek som är mindre än ca -3 mesh och därav, att modifierade steg i processen innefattar: fa) framställning av blandningen i fuktad form, vilken inne- fattar ca 1 till ca 15 viktprocent av ett bindemedel, valt bland oxiderna, hydroxiderna och karbonaterna av kalcium och magnesium och blandningar därav, tillsammans med ca 0,25 till ca 10 viktprocent av ett kiselhaltigt material som innehåller tillgänglig SiQ2 för reaktion med bindemedlet under bildning av silikat- eller hydrosilikatbindningar därmed, varvid vikt- procenthalten är baserad på den totala vikten av torrsubstansen 8001815-3 11 i blandningen; (b) förvaring av den fuktiga blandningen en tid som är till- räcklig för att en väsentlig del av den fria inre fuktigheten i porerna i det kolhaltiga stoftet skall migrera till stoftpar- tiklarnas yta; _ (c) torkning av agglomeraten för reducering av halten fri fuktighet till ca 5 viktprocent eller mindre; och (d) genomförande av den hydrotermiska härdningen vid en tem- perawr inom intervallet från 1oo°c :111 25o°c queer en tid som är tillräcklig för att forma agglomeraten till härdade och odelat bundna massor.

2. Process enligt krav 1, k ä n n e tue c k n a d av ett ytterligare steg (e) för torkning av de härdade, odelat bundna massorna efter steget (d) för att avlägsna så gott som all fri fuktighet därifrån. I '

3. Process enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att blandningen innehåller ca 3 till ca 10 viktprocent kalciumoxid eller kalciumhydroxid.

4. Process enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k - n a d därav, att blandningen innehåller ca 1 till ca 3 vikt- procent kiseldioxid.

5. Process enligt något av kraven 1-N, k ä n n e t e c k - n a d därav. att steget (b) genomförs vid en temperatur från ca 60 till ca 90°C under en tid av ca 1 till ca 8 timmar.

6. Process enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k - n a d därav, att steget (d) genomförs vid ett ångtryck upp till ca 35 at. yooieovwffïi