Окускование полезных ископаемых

Получаемые в результате обогащения полезных ископаемых мелкие и тонкие концентраты (и другие продукты обогащения) часто бывают непригодными из-за своей крупности для дальнейшей переработки или прямого использования. В ряде случаев это относится к мелким и тонким фракциям, получаемым в процессе добычи полезных ископаемых. Поэтому для возможности дальнейшей переработки или повышения эффективности использования применяются операции окускования.

Окускованию подвергаются торф, бурые угли, мелкие классы каменных углей и антрацитов, полукоксовая и коксовая мелочь. Окускованное топливо по сравнению с обычным обладает более высокими теплотехническими показателями, большей устойчивостью при хранении и транспортировании.

В металлургии применяют три способа окускования: агломерацию для мелких руд и концентратов крупностью менее 8(6) мм; окомкование доя тонкоизмельченных руд и концентратов крупностью 80–90% содержания класса –0,06 мм и брикетирование для мелких и тонких руд и концентратов.

При окусковании торфа и углей применяется брикетирование, при окусковании фосфоритовых удобрений — окомкование.

Агломерация и окомкование

Агломерация является термохимическим способом обработки мелких руд и концентратов с целью их окускования, получаемого за счет спекания.

Технология производства агломерата включает следующие основные операции; подготовку смеси (шихты) к агломерации; процесс агломерации; обработку спекшегося продукта с целью получения агломерата требуемой крупности. Подготовка шихты заключается в доведении до необходимой крупности (когда это требуется) компонентов, входящих в состав агломерационной шихты, смешивании их требуемой пропорции.

Крупность входящих в состав агломерационной шихты компонентов не должна превышать, мм: окисленных железных руд — 8; магнетитовых руд — 6; возврата — 6; флюсов — 3 и топлива — 3.

Агломерация для тонких материалов не применяется, так как в этом случае спекание происходит медленно и агломерат получается пониженного качества. Агломерационная шихта при производстве неофлюсованных агломератов должна состоять из рудной части, представленной обычно концентратом или мелкой рудой (или смесью концентрата и руды), топлива (мелкий кокс, антрацит, каменный уголь), возврата (мелкого агломерата, остающегося от предыдущего спекания) и возможных различных добавок: колосниковой пыли, конверторных шлаков (при выплавке железа), пиритных огарков (при сернокислотном производстве), красных шламов (глиноземное производство) и др. При получении мартеновского агломерата в шихту добавляют железную или чугунную стружку и окалину. При получении офлюсованных агломератов добавляют флюсы (известняк, доломит). Смешивание шихты происходит в специальных смесителях.

Процесс агломерации производится в агломерационных машинах, состоящих из последовательного ряда спекательных тележек (паллет), вытянутых в длину. Тележки имеют невысокие борта, колосниковое дно и шарнирно соединены между собой, представляя вытянутую поверхность. За счет приводного барабана осуществляется медленное движение тележек от места загрузки шихты до выгрузки агломерата. Загрузка агломерационной шихты на спекательные тележки производится специальным устройством — укладчиком, обеспечивающим постоянство высоты (около 250–300 мм) слоя материала. Часто перед загрузкой шихты в агломерационную машину на колосниковую решетку спекательных тележек предварительно укладывается постель (слой мелкого агломерата массой 20–30 кг на 1 м²), которая предохраняет колосники от перегрева и исключает приплавление кусков агломерата к колосникам, обеспечивая свободный его сход с машины.

Зажигание верхнего слоя шихты производится в зажигательном горне (или горелке), установленном сразу за укладчиком шихты. Продукты горения от сжигания в горне газообразного или жидкого топлива просачиваются через слой шихты и воспламеняют твердое топливо. Шихта разогревается до 1150–1350 °С (в зависимости от температуры плавления шихты). Для поддержания процесса горения топлива через слой шихты просачивается воздух. Просос воздуха происходит за счет создания эксгаустером (вентилятором) вакуума в подколосниковом пространстве агломерационной машины.

Процесс протекает таким образом, что в каждый момент горение происходит только в небольшом (не более 40 мм) по толщине слое шихты, так как более глубокие слои не могут гореть из-за низкой для воспламенения температуры и недостаточного содержания кислорода в просасываемом газе. Выше этого слоя находится готовый спек. По мере перемещения материала вдоль машины горящий слой шихты продвигается все ниже и ниже и при достижении постели (или колосников) процесс спекания заканчивается. По времени процесс агломерации длится 10–15 мин и подразделяется на три периода: начальный, когда формируются отдельные зоны агломерируемого слоя; основной, когда газодинамический и тепловой режимы стабилизировались, и заключительный, когда происходит «выклинивание» отдельных зон.

Окомкование — процесс окускования тонкоизмельченных (85–95 % класса -0,06 мм) влажных материалов (главным образом железных концентратов) за счет их способности образовывать при перекатывании агрегаты округлой формы — окатыши. Полученные в процессе окатывания сырые окатыши подвергаются упрочению обжиговым или безобжиговым методами. Упроченные окатыши однородны по химическому составу и крупности, обладают хорошей восстановимостью и прочностью. В тех случаях, когда в шихту вводятся флюсы (известняк, доломит, известь), получают офлюсованные окатыши, без флюсов — неофлюсованные.

Технология получения обожженных окатышей включает следующие основные процессы: подготовку шихты для окомкования; процесс получения сырых окатышей (окомкование) и их обжиг.

Подготовка руды для окомкования заключается в усреднении сырья, измельчении добавок до требуемой крупности (при неблагоприятной крупности исходного сырья производится его доизмельчение), дозировании компонентов шихты и смешивании сырья в шнековых, роторных и барабанных смесителях. При этом необходимо выдерживать оптимальную влажность шихты, составляющую для гематитовых и магнетитовых концентратов 8–10%, бурых железняков 20–25%, пиритных огарков 15–20%. В шихту добавляют упрочняющие добавки, из которых наиболее распространенным является бентонит (особый тип глины), содержание которого составляет 0,4–1% от шихты.

Окомкование производится во вращающихся барабанных и тарельчатых (чашечных) окомкователях.

Брикетирование

Брикетирование — процесс окускования мелкозернистых материалов за счет прессования под давлением с целью получения из них брикетов — кусков геометрически правильной формы и одинаковых размеров.

В зависимости от свойств исходного материала брикетирование может осуществляться с добавкой связующих веществ при давлении менее 80 МПа и без связующих веществ при повышенном давлении (свыше 80 МПа).

Брикетирование производится в брикетных прессах низкого (вальцовые, столовые) и высокого (штемпельные, кольцевые) давления.

Бурые угли (молодые) в естественном виде непрочны, при хранении рассыпаются, их сжигание в топках с колосниковыми решетками из-за большого провала через колосники неэффективно. Такие угли подвергаются брикетированию без связующих веществ, так как они имеют значительное (до 20%) содержание битумов, которые (по одной из гипотез) при брикетировании склеивают угольное вещество брикета.

Технология брикетирования заключается в следующем: бурые угли дробят в зубчатых, валковых и молотковых дробилках до крупности -6 +0 мм, сушат в барабанных трубчатых, паровых, тарельчатых или других сушилках (от влажности 50–60% в исходном угле до 18–20% в высушенном), охлаждают и брикетируют в штемпельных или кольцевых прессах высокого давления. После охлаждения брикеты используют в качестве топлива или для полукоксования.

Каменные угли и антрациты характеризуются более плотной по сравнению с бурыми углями структурой, меньшей пластичностью и более низким содержанием битумов (менее 3%). Поэтому мелочь каменных углей и антрацитов брикетируется с добавлением связующих веществ, в качестве которых наибольшее применение получили нефтяные битумы, а иногда используется каменноугольный пек.

Технология брикетирования каменных углей и антрацитов сводится к следующему: исходный уголь (крупностью не более 6–10 мм) подсушивается, смешивается со связующим веществом в паровом смесителе и после охлаждения направляется на прессование в вальцовых прессах при давлении 15–25 МПа. Каменноугольные и антрацитовые брикеты охлаждаются в охладителях с сетчатым дном. Мелочь и бой брикетов проваливаются в отверстия сетки и возвращаются в процесс брикетирования. Готовые брикеты отправляют на склад или отгружают потребителю.