011259 - 1 - Изобретение относится к способу производства

011259
Изобретение относится к способу производства железорудных агломератов.
Такой процесс известен из документа US 6293994, в котором раскрыт способ изготовления обожженных минеральных окатышей путем смешивания частиц влажного минерального материала и связующего, включающего, в основном, растворимый в воде органический полимер и силикат щелочного
металла, в количестве на сухую массу или (а) выше 0,13% от сырой смеси, или (b) выше 0,08% от сырой
смеси и по крайней мере в 3 раза больше веса сухого веса органического полимера, в основном, растворимого в воде. Предпочтительным полимером является синтетический полимер, сформированный из
растворимого в воде этиленненасыщенного мономера или мономерной смеси. Большое количество силиката щелочного металла в окатышах описано в документе US 6293994 и, как правило, нежелательно, потому что силикаты могут замедлить процесс восстановления в процессе производства стали, блокируя
пути поступления восстановительных газов в окатыши, что приводит к увеличению энергетических затрат. Более того, использование больших количеств силиката щелочного металла приводит к образованию сырых окатышей, которые имеют высокую склонность к деформации, что, в свою очередь, может
привести к различным размерам и форме окатышей и к неэффективному процессу получения обожженных окатышей.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение железорудных агломератов с улучшенными
физическими свойствами.
Настоящее изобретение предлагает способ производства железорудных агломератов, включающий
окускование мелких железорудных частиц в присутствии композиции связующих, при этом композиция
связующих включает связующее и силикат щелочного металла, причем силикат щелочного металла присутствует в количестве от 0,0001 до 0,08 мас.% от общего веса сухого железорудного агломерата, причем
композиция связующего не содержит синтетического полимера. Способ согласно изобретению приводит
к получению железорудных агломератов с увеличенной прочностью в холодном состоянии, прочностью
в горячем состоянии, прочностью в сухом состоянии по сравнению с использованием обычных композиций связующего, включающих то же самое связующее. Более того, малые количества силиката щелочного металла уже достаточны для получения значительно улучшенных физических свойств агломератов.
Более того, указанное количество силиката щелочного металла является причиной того, что агломераты,
полученные согласно способу изобретения, имеют подобную или немного более превосходящую степень
деформации, чем композиции связующего, в которых силикат щелочного металла отсутствует. В отличие от этого, композиции связующего, содержащие большее количество силиката щелочного металла,
проявляют значительное увеличение степени деформации, которая является нежелательной. Более того,
использование силиката щелочного металла согласно изобретению может способствовать снижению количества связующего без значительной потери физических свойств полученных агломератов.
Количество силиката щелочного металла предпочтительно составляет не более 0,07 мас.% и наиболее предпочтительно не более 0,06 мас.% от общего веса сухого железорудного агломерата. Под "сухим
железорудным агломератом" понимается сумма всех компонентов, используемых в формировании железорудного агломерата, кроме воды.
Предпочтительно количество силиката щелочного металла составляет по крайней мере 0,02 мас.% и
наиболее предпочтительно по крайней мере 0,04 мас.% от общего веса сухого железорудного агломерата.
Было обнаружено, что окатыши, приготовленные с использованием композиции связующего, включающей по крайней мере 0,04 мас.% силиката щелочного металла, как правило, имеют гладкую поверхность
и более высокое сопротивление истиранию, тогда как окатыши, приготовленные с использованием композиции связующего, включающей менее чем 0,04 мас.% силиката щелочного металла, как правило,
имеют грубую поверхность, которая может привести к образованию мелочи или остатков во время обработки сформированных окатышей, например, в течение транспортировки окатышей.
Силикатом щелочного металла обычно является силикат натрия, но также могут использоваться
другие силикаты щелочных металлов. Примерами силикатов натрия являются метасиликат натрия и доступное в продаже жидкое стекло. В силикатах натрия молярное отношение Na2O:SiO2, как правило, находится в пределах от 2:1 до 1:5, предпочтительно в пределах от 1:1 до 1:4. Количество силиката щелочного металла в композиции связующего, как правило, по крайней мере 1 мас.%, предпочтительно по
крайней мере 10 мас.%, и наиболее предпочтительно по крайней мере 15 мас.%, и, как правило, не более
99 мас.%, предпочтительно не более 85 мас.% и наиболее предпочтительно не более 75 мас.% от общего
веса композиции связующего.
Силикат щелочного металла предпочтительно равномерно распределен среди частиц, которые окусковываются. Силикат может быть добавлен к частицам железной руды в форме сухого порошка, водной
суспензии, водного раствора и т.д. Предпочтительно силикат щелочного металла добавляют в форме
водного раствора.
Связующее в композиции связующего согласно изобретению может быть неорганическим связующим, или органическим связующим, или их смесью. Примерами неорганических связующих являются
бентонит и гашеная известь. В контексте настоящей заявки силикат щелочного металла не рассматривается как неорганическое связующее. Примерами органических связующих являются полимеры, включающие:
-1-
011259
(1) растворимые в воде натуральные полимеры, такие как гуаровая смола, крахмал, альгинаты, пектины, ксантановая смола, молочные отходы, относящиеся к лесоматериалу, лигнин и т.п.;
(2) модифицированные натуральные полимеры, такие как производные гуара (например, гидроксипропилгуар, карбоксиметилгуар, карбоксиметилгидроксиэпропилгуар), модифицированный крахмал (например, анионный крахмал, катионный крахмал), производные крахмала (например, декстрин) и производные целлюлозы, такие как соли щелочного металла: карбоксилметилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза, метилцеллюлоза, производные
лигнина (например, карбоксиметил лигнин) и т.п.
Вышеуказанные полимеры могут использоваться отдельно или в различных комбинациях двух или
более полимеров.
Композиция связующих не содержит синтетических полимеров. Примерами синтетических полимеров являются полиакриламиды, такие как частично гидратированные полиакриламиды, метакриламид
и полиметакриламид, полиакрилаты и их сополимеры, полиэтиленоксиды и т.п.
Дальнейшим аспектом настоящего изобретения является способ производства железорудных агломератов, включающий агломерацию мелких частиц железной руды в присутствии композиции связующего, при этом композиция связующего включает карбоксилметилцеллюлозу или ее соли и силикат щелочного металла. Использование соединения карбоксилметилцеллюлозы и силиката щелочного металла
приводит к получению агломератов с улучшенными физическими свойствами, такими как прочность в
холодном состоянии, прочность в горячем состоянии и прочность при размоле. Кроме того, восстановимость железа в агломератах, как правило, более высокая, чем в случае, когда композиция связующего,
включающая неорганическое связующее, используется в процессе агломерации.
Изобретение также касается композиции связующего, включающего карбоксилметилцеллюлозу и
силикат щелочного металла. Количество силиката щелочного металла в композиции связующего составляет, как правило, по крайней мере 1 мас.%, предпочтительно по крайней мере 10 мас.%, и наиболее
предпочтительно по крайней мере 15 мас.%, и, как правило, не более 99 мас.%, предпочтительно не более 85 мас.% и наиболее предпочтительно не более 75 мас.%, исходя из общего веса композиции связующего.
Карбоксилметилцеллюлоза или ее соль (оба именуются как "CMC") предпочтительно растворима в
воде. Предпочтительными солями карбоксилметилцеллюлозы являются соли щелочного металла карбоксилметилцеллюлозы. Из этих солей щелочного металла предпочтительной является соль натрия. CMC,
используемая в настоящем изобретении, как правило, имеет степень замещения (среднее количество простых карбоксиметильных эфирных групп в повторяющейся основной структурной группе ангидроглюкозы молекулы целлюлозы) по крайней мере 0,4, предпочтительно по крайней мере 0,5, и наиболее предпочтительно по крайней мере 0,6, и не более 1,5, более предпочтительно по крайней мере 1,2 и наиболее
предпочтительно не более 0,9. Как правило, средняя степень полимеризации композиции целлюлозы по
крайней мере 50, предпочтительно по крайней мере 250, и наиболее предпочтительно по крайней мере
400, и, как правило, не более 8000, предпочтительно не более 7000 и наиболее предпочтительно не более
6000. Более предпочтительно использовать карбоксиметилцеллюлозу натрия, имеющую вязкость по
Брукфилду в 1% водном растворе более 2000 сПз при 30 об./мин, шпиндель #4. Также более предпочтительной является карбоксиметилцеллюлоза натрия, имеющая вязкость по Брукфилду в 1% водном растворе более приблизительно 4000 сПз при 30 об./мин, шпиндель #4.
Серия доступных для приобретения связующих, содержащих карбоксиметилцеллюлозу натрия,
особенно используемую в настоящем изобретении, имеется в наличии у фирмы Akzo Nobel под товарным знаком Peridur™.
Способ добавки связующего в зернистый материал зависит от типа материала, который окусковывают, типа используемого связующего и необходимого результата. Например, связующее может быть
добавлено как сухой порошок, водная суспензия, водный раствор, водный гель, водная золь (коллоидная
система) и т.д.
Количество используемого связующего также изменяется в зависимости от необходимого результата.
Например, когда используется органическое связующее, количество связующего может быть в пределах
от 0,0025 до 0,5 мас.% от веса частиц железной руды, с предпочтительным пределом от 0,005 до 0,2 мас.%.
В случае неорганического связующего количество связующего может находиться в пределах, например,
от 0,1 до 3 мас.% от веса частиц железной руды.
Связующее и силикат щелочного металла могут быть добавлены к частицам железной руды вместе,
один за другим и т.д. Это не является существенным, поскольку внимание уделяется тому, чтобы при
агломерации присутствовали связующее и добавка.
Способ изобретения пригоден при агломерации мелких частиц железной руды. Изобретение, однако, не ограничено железными рудами и также пригодно для агломерации мелких частиц других металлических руд. Изобретение особенно хорошо пригодно для агломерации материалов, содержащих железо,
включая железорудную пустую породу вещества, рудные хвосты, холодную и горячую мелочь процесса
агломерации, оксиды железа из системы пылеулавливания или водные суспензии железорудных концентратов из естественных источников, или восстановленных из различных процессов. Железная руда или
-2-
011259
любая из большого разнообразия следующих полезных ископаемых может являться частью материала,
подвергаемого окускованию: таконит, магнетит, гематит, лимонит, гоетит, сидерит, франклинит, пирит,
халькопирит, хромит, ильменит и т.п.
Размер материала, подвергаемого окускованию, изменяется согласно необходимым результатам.
Например, когда зернистый материал, который подвергают окускованию, является железной рудой,
100% частиц могут быть менее 80 меш, предпочтительно 90% менее 200 меш и наиболее предпочтительно 75% менее 325 меш.
Также предусмотрено использование обычных добавок, например основных, таких как гидроксид
натрия, карбонат натрия или другие добавки, такие как лимонно-кислый натрий, щавелево-кислый натрий и т.д. Эти добавки, их функция и их использование известны специалисту.
Много способов агломерации частиц, особенно частиц на основе металла, известны из уровня техники. Примерами таких способов является гранулирование, брикетирование, спекание и т.д. Композиция
связующего, используемая в соответствии с изобретением, является особенно подходящей для гранулирования.
В горнодобывающей промышленности это является обычной практикой окускования или гранулирования мелкоизмельченного, обогащенного, минерально-рудного концентрата для облегчения обработки и погрузки/транспортировки руды. После того, как минеральная руда была добыта, часто применяют
водную обработку и отделяют нежелательные безрудные минералы от необходимого материала, например железа в случае железной руды. Водяная обработка позволяет удалять крупные частицы, которые
могут быть переработаны для дальнейшего измельчения. Просеянная мелочь затем профильтровывается
в вакууме для того, чтобы снизить содержание влаги до приемлемых значений для гранулирования.
Профильтрованная минеральная руда известна в уровне техники как "концентрат". Второй способ предусматривает "сухое измельчение" и обогащение минеральной руды, и в этом случае требуемая влага добавляется впоследствии для гранулирования.
После обогащения связующее добавляют к влажному минерально-рудному концентрату, и соединение руды связующего/минерала поступает в барабанный окомковыватель или другое устройство для
окомкования руды. Связующее вещество служит для того, чтобы закрепить или связать минеральную
руду вместе так, чтобы каждый агломерат мог быть транспортирован, не теряя целостность в пути до
дальнейшей обработки и затвердевания.
После окомковывания в барабане сформировываются окатыши, но они по-прежнему влажные. Эти
влажные окатыши обычно упоминаются как "сырые окатыши" или "сырые шарики". После этого сырые
окатыши транспортируются к обжигательной печи и постепенно нагреваются до температуры приблизительно 1300-1350°C. В процессе грануляции влажные сырые окатыши загружают в печь для дальнейшей
обработки. Влага из окатышей удаляется выдержкой при температурах обычно между 400-600°C. После
дальнейшей сушки в печи окатыши транспортируют в зону предварительного подогрева. Это дополнительная стадия нагрева для дальнейшего увеличения твердости окатышей перед тем, как они транспортируются к обжиговой печи и/или окончательно обжигаются. Нагревание, как правило, происходит при
900-1200°C для того, чтобы связать окатыши вместе (например, чтобы окислить магнетит или кристаллизовать гематит). Из зоны предварительного подогрева окатыши сбрасывают с 10-15 футов от решетки
до обжигательной печи. Эта операция требует прочность в подогретом состоянии для того, чтобы препятствовать откалыванию окатышей и их разрушению на частицы пыли. Наконец, подогретые окатыши
обжигают при температуре между 1300 и 1350°C.
Способность окатышей противостоять разрушению в течение обработки может быть аппроксимирована выполнением стандартных испытаний, которые измеряют прочность, необходимую окатышам на
каждой стадии обработки (например, прочность на разрушение во влажном состоянии, прочность на разрушение в сухом состоянии, прочность в горячем состоянии и прочность на сжатие в холодном состоянии). Настоящее изобретение показано на следующих примерах.
Примеры
В следующих примерах были приготовлены сырые окатыши из железной руды, включающей различные составы в количествах, показанных в табл. 1. Сырые окатыши были приготовлены окускованием
железорудного концентрата в присутствии связующего и добавки связующего. Количества связующего
компонента и/или силиката натрия (в массовых процентах) показаны в табл. 1, исходя из общего веса
железорудного концентрата. Железорудный концентрат, используемый в примерах табл. 1, является бразильской гематитовой железной рудой. Связующее - Peridur 330 (от Akzo Nobel), которое включает карбоксиметилцеллюлозу натрия и карбонат натрия, и силикат натрия (Na2O:SiO2 - 1:3,3), используемое в
этих экспериментах, предоставлено PQ Corporation.
Способ производства агломератов является общеизвестным для специалиста. Способ подробно
описан в US 6071325, который раскрывает способ производства 2500 г агломератов во "вращающейся
шине самолета" (диаметр приблизительно 40 см).
Сначала связующее было смешано с сухим концентратом и смесь гомогенизирована. Затем силикат
щелочного металла был смешан с необходимым количеством воды (содержание влаги между 8 и 9 мас.%) и
-3-
011259
впоследствии полностью смешан с концентратом и связующим (с использованием миксера Mullen Mixer
модель номер 1 Cincinatti Muller, производимая National Engineering Co., или подобного). Зародыш окатыша был сформирован размещением малой части концентрата во вращающейся "шине" и добавлением
распыленной воды для того, чтобы инициировать рост окатыша. Зародыши окатышей с размером между
3,5 и 4 мм были сохранены и находились отдельно для формирования окатышей с необходимым размером 11,2 и 12,5 мм. Обработанные сырые окатыши были произведены путем размещения 165 г зерен окатышей, описанных выше, во вращающуюся "шину" и добавления части оставшейся смеси концентрата
на 3-минутный период роста. Распыленная вода также добавлялась в случае необходимости.
Таблица 1
Были измерены содержание влаги, допустимое количество падений и прочность на сжатие во влажном и сухом состояниях полученных сырых окатышей.
Количество допустимых падений влажных окатышей
Количество допустимых падений влажных окатышей было определено неоднократным сбрасыванием сырого окатыша, имеющего размер в пределах 11,2 и 12,5 мм, с высоты 46 см на горизонтально
размещенный стальной лист до появления видимой трещины, которая образуется на поверхности окатыша. Было определено количество падений окатыша до момента его разламывания/растрескивания.
Показатель среднего количества падений, полученный для 20 сырых окатышей, обозначен "допустимое
количеством падений влажных окатышей".
Прочность во влажном состоянии
20 влажных сырых окатышей, имеющих размер в пределах 11,2 и 12,5 мм, хранились в герметичном контейнере. Один за другим окатыши были удалены и помещены в стандартное измерительное устройство, в котором поршень весов был опущен на сырой окатыш со скоростью 25 мм/мин. Была определена максимальная приложенная сила, при которой окатыш растрескивался. Показатель средней силы,
полученный для 20 сырых окатышей, является прочностью во влажном состоянии.
Деформация
Как минимум 20 влажных сырых окатышей, имеющих размер в пределах 11,2 и 12,5 мм, были помещены в герметичный контейнер. Один за другим окатыши были удалены и помещены в стандартное
измерительное устройство, в котором поршень измерительного устройства был опущен на сырой окатыш
со скоростью 25 мм/мин. Установка (Model Lloyd Texture Analyser TA-Plus, управляемая персональным
компьютером с программным обеспечением Nexygen версии 4.5), оборудована 50-Н датчиком нагрузки и
имеет диаметр измерительной головки 10 мм. Была зарегистрирована деформация/отклонение сырого
окатыша с увеличением силы. Деформация определена как изменение диаметра сырого окатыша при
силе в 1 H, однако, на данном этапе окатыш не растрескивался.
Прочность в сухом состоянии
20 сырых окатышей, имеющих размер в пределах 11,2 и 12,5 мм, были высушены в печи при 105°C
на протяжении как минимум 2 ч. После сушки сухие окатыши были помещены один за другим в стандартное измерительное устройство, в котором поршень измерительного устройства был опущен на сырой окатыш со скоростью 25 мм в течение 10 с. Была определена максимальная приложенная сила, при
которой окатыш растрескивался. Показатель средней силы, полученный для 20 сырых окатышей, является прочностью в сухом состоянии.
Значения, полученные для вышеупомянутых параметров, были занесены в таблицу ниже.
-4-
011259
Таблица 2
Из вышеприведенной таблицы можно сделать вывод, что окатыши в примерах 1-4, которые изготовлены согласно изобретению, показывают увеличенную прочность в сухом состоянии по сравнению с
окатышами, полученными с использованием композиции связующего, включающего только связующее
Peridur (сравнительный пример 1). В то же время окатыши по примерам 1-4 показывают улучшения во
влажном состоянии в допустимом количестве падений и только незначительное увеличение деформации,
тогда как окатыши сравнительного примера 2 показывают значительно более высокую деформацию и
допустимое количество падений. Следовательно, окатыши сравнительного примера 2 будут деформироваться в процессе производства стали до более высокой степени, чем окатыши по изобретению, характеризующие способ изготовления обожженных окатышей, менее эффективный по сравнению со способами, использующими окатыши изобретения. Далее было отмечено, что внешний вид сырых окатышей
примеров 2-4 гладкий и нелипкий, тогда как сырые окатыши сравнительного примера 1 грубые. Окатыши по примерам 2-4 будут выделять малое количество мелочи или остатков, например, в течение транспортировки таких окатышей по сравнению с окатышами сравнительного примера 1. Хотя сырые окатыши сравнительного примера 2 гладкие, они липкие и вызывают нежелательное скопление окатышей в
течение обработки.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ производства железорудных агломератов, включающий окускование мелких железорудных частиц в присутствии композиции связующих, в котором композиция связующего включает связующее, выбранное из группы неорганических связующих, растворимых в воде натуральных полимеров
и модифицированных натуральных полимеров, и силикат щелочного металла, причем силикат щелочного металла присутствует в количестве от 0,0001 до 0,07 мас.%, исходя из общего веса сухого железорудного агломерата.
2. Способ по п.1, в котором связующим является карбоксилметилцеллюлоза.
3. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором количество силиката щелочного металла находится в
пределах 0,04 и 0,07 мас.%, исходя из общего веса сухого железорудного куска.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором силикатом щелочного металла является силикат натрия.
5. Композиция связующего для способа производства железорудных агломератов по любому из
пп.1-4, включающая карбоксилметилцеллюлозу и силикат щелочного металла.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
-5-