Связующее для производства металлургических и угольных брикетов

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2518024:

Общество с ограниченной ответственностью "Полипласт Новомосковск" (RU)

Изобретение относится к технологии подготовки и производства металлургических и угольных брикетов. Связующее для производства брикетов содержит органический полимер в виде полимерного натриево- и полиалкиленоксидного производного полиметилен-нафталинсульфокислот и добавку производных гликозидов. Соотношение указанных компонентов следующее, мас.%: полимерное натриево- и полиалкиленоксидное производное полиметиленнафталинсульфокислот - 30-80%; производные гликозидов - 20-70%. Количество звеньев в полиалкиленоксидной цепи составляет n=5÷25. При этом полимерное натриево- и полиалкиленоксидное производное полиметиленнафталинсульфокислот получено конденсацией сульфокислот нафталина с формальдегидом, а в качестве добавки производных гликозидов используют фруктозиды, глюкозиды, галактозиды или смесь любых указанных соединений. Связующее обладает высокотемпературной стойкостью и механической прочностью при его применении в малых дозировках. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к технологии подготовки и производства брикетов, флюсов, окатышей, а также в технологии окускования и гранулирования для производства всех видов металлургических и угольных брикетов железнорудных окатышей, брикетирования высокоалюминатных шлаков, а также шлаков металлургических производств, металлической стружки, огнеупорных и керамических изделий из различного минерального сырья.

Брикетирование - это процесс переработки сырья (в основном минерального) в куски однородного состава и геометрически правильной формы, так называемые брикеты. При брикетировании вовлекаются в переработку мелкодисперсные и пылевидные отходы различных этапов производства (пыль, шлаки, металлическая стружка и т.п.). Брикетирование является наиболее простым и экономически эффективным способом переработки и утилизации отходов угольных, металлургических, деревообрабатывающих, огнеупорных производств, при этом создаются дополнительные сырьевые ресурсы, использование которых малоэффективно или затруднительно.

В зависимости от свойств исходного сырья брикетирование производится без связующих веществ при высоких давлениях (порядка 100-250 кгс/см²) и со связующими при более низких давлениях. Известно [Горная энциклопедия / Под редакцией Е.А. Козловского. Т.4. М.: Сов. энциклопедия, 1989. - 595 с., ил.], что в качестве связующих могут применяться такие связующие, как: известь, цементы, жидкое стекло и др. Однако применение таких связующих не обеспечивает требуемой высокой механической прочности, достаточной для того, чтобы материал не разрушался при транспортировке и подаче, а также высокотемпературной стойкости брикета, при которой бы он начинал разрушаться только по достижении высокотемпературной зоны печи. При этом для брикетирования требуется высокая дозировка связующего (до 15%).

Указанные недостатки в значительной степени устранены в изобретении [Патент РФ №2138566. Смесь для получения углеродосодержащих брикетов для производства металлов и сплавов и способ его получения] при применении в качестве связующего для брикетирования водорастворимого производного природного полимера лигнина - лигносульфоната (ЛСТ), являющегося наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения. Однако при применении ЛСТ в качестве связующего для производства брикетов не удается обеспечить высокотемпературную стойкость и механическую прочность при низкой дозировке добавки.

Технической задачей изобретения является получение связующего для производства металлургических и угольных брикетов, обладающего высокотемпературной стойкостью и механической прочностью при его применении в малых дозировках.

Поставленная техническая задача решена в предлагаемом изобретении тем, что связующее для производства металлургических и угольных брикетов содержит органический полимер - полимерное натриево и полиалкиленоксидное производное полиметиленнафталинсульфокислот, а также добавку производных гликозидов при следующем соотношении указанных компонентов (мас.%): полимерное натриево- и полиалкиленоксидное производное полиметиленнафталинсульфокислот - 30-80%; производные гликозидов - 20-70%. При этом количество звеньев в полиалкиленоксидной цепи составляет n=5÷25.

Полимерное натриево- и полиалкиленоксидное производное полиметиленнафталинсульфокислот получено конденсацией сульфокислот нафталина с формальдегидом, а в качестве добавки производных гликозидов используют фруктозиды, глюкозиды, галактозиды или смесь любых указанных соединений.

Применение предлагаемого связующего для производства металлургических и угольных брикетов позволяет изменять реологические свойства структурированных грубодисперсных систем, к которым относится сырье для брикетирования, химически с ними взаимодействует, служит центром кристаллизации.

Совместное применение органического полимера, состоящего из нескольких типов элементарных звеньев: сульфогруппы для обеспечения высокой адсорбционной активности и снижения зависимости от свободных щелочей и боковых цепей полиалкиленоксидного или другого типа для обеспечения стерического эффекта и/или придания дополнительных свойств, позволяющего на атомарно-молекулярном уровне управлять свойствами твердой поверхности, а также производные глюкозидов, содержащие альдегидную группу и карбонильную группу, различающиеся присутствием в их структурах свободного гликозидного гидроксила, позволяет в результате избирательной адсорбции получать органо-минеральные комплексы с вытеснением молекул воды с поверхности вещества. За счет стерического эффекта предлагаемое связующее структурирует каркас, что оказывает стабилизирующее действие на систему в целом.

Таким образом применение связующего для производства металлургических и угольных брикетов позволяет обеспечить синергетический эффект, вследствие чего для достижения высокой термической стойкости и механической прочности требуется существенно меньшая дозировка добавки. Так, для прототипа диапазон дозировок составляет от 10% до 15% по техническому весу от массы шихты, а для предлагаемого связующего - 1-8% от массы шихты.

Соотношение компонентов в предлагаемом связующем для брикетирования подобрано экспериментально и является оптимальным.

Содержание в составе связующего органического полимера менее 30% не обеспечивает связывания частиц материала (клейкость), а более 80% не обеспечивает набора требуемой механической прочности брикета. При содержании производных гликозидов менее 20% не обеспечивается требуемая плотность брикетирования, а содержание более 70% приводит к существенному снижению термической стойкости.

Оптимальное количество элементарных звеньев (n) в цепи натриево- и полиалкиленоксидного производного полиметиленнафталинсульфокислот общей формулы C₁₀H₆SO₃Na(-CH₂-C₁₀H₅SO₃Na)n составляет n=5÷25. При n менее 5 связующее обладает слабыми поверхностно-активными свойствами, продукт распределяется по всему объему, а при n более 25 повышается смачиваемость трудносмачиваемых материалов.

Более подробно техническая сущность изобретения и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами.

Были разработаны образцы связующего для производства брикетов, данные по которым приведены в таблице 1. В качестве прототипа связующего для брикетирования использовали ЛСТ производства ОАО «Кондопога». Имеющаяся шихта представляла собой неоднородную массу с крупными включениями с влажностью 17-18%.

Эксперимент по вводу связующих производили следующим образом:

в навеску шихты для брикетирования добавляли контрольный образец ЛСТ в количестве 10%, остальные образцы вводились в количестве 6% от массы шихты. Ввод реагентов проводили в два этапа. Сначала добавляли 75% от массы связующего, перемешивали. Затем производили сушку шихты до влажности 3-4% при температуре 250°C и добавляли оставшиеся 25%. При вводе последней порции реагента возникли затруднения с перемешиванием, т.к. в сухую шихту достаточно сложно вводить реагент. Готовые массы были сформированы в брикеты для прохождения дальнейших испытаний по прочности на сжатие, термической стойкости. Из указанных масс были сформованы образцы диаметром и высотой 50 мм массой 150 г при давлении прессования 200 кг/см².

Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Таблица 1
N	Состав связующего, мас.%	Дозировка, %	Прочность при сжатии, МПа	Механическая прочность после температуры, МПа	Плотность, кг/м³
Органический полимер	Производные гликозидов	120°C	300°C	600°C
1	60	40	6	12	7,5	4,5	4	1,26
2	30	70	6	11	5,8	3,0	3,0	1,23
3	80	20	6	9	6,5	3,0	2,5	1,25
4	20	80	6	7	3,5	2	1,5	1,22
5	90	10	6	6,8	3,5	2	1,5	1,24
6∗	100	-	10	6,5	3,2	1,5	1,5	1,25
∗ - прототип
№4, 5 - запредельные значения

Анализ результатов проведенных испытаний показал следующее.

Применение связующего для производства брикетов по изобретению по сравнению со связующим-прототипом при введении его в меньшей дозировке, составляющей 6%, (примеры 1, 2, 3) позволяет существенно увеличить прочность брикета при сжатии и повысить механическую прочность брикета после воздействия температуры. Так, применение связующего по изобретению в дозировке 6% по сравнению с применением прототипа в дозировке 10% (примеры 1 и 6) позволяет увеличить прочность брикета при сжатии почти в 2 раза. При этом применение связующего по изобретению позволяет обеспечить более высокую механическую прочность после воздействия температур. Так, для варианта применения связующего по изобретению (пример 1) механическая прочность после температуры 120°C в 2,3 раза выше, чем у прототипа (пример 6), а в диапазоне температур 300-600°C в 3 раза. Важно при этом отметить, что такое увеличение достигается не за счет дозировки связующего, которая остается постоянной (примеры 1, 2, 3, 6), а именно за счет синергетического эффекта от его применения.

Примеры 4 и 5, представленные в табл.1, показывают невозможность получения эффективного связующего для производства металлургических и угольных брикетов при выходе за граничные значения содержания компонентов. Так, при одинаковой дозировке, равной 6%, использование связующего, содержащего менее 30% органического полимера и более 70% производных гликозидов (пример 4), приводит к снижению термической стойкости по сравнению с вариантом применения добавки по изобретению (пример 2). При содержании в составе связующего более 80% органического полимера (пример 5) наблюдается снижение механической прочности по сравнению с вариантом применения связующего по изобретению (пример 3). Т.о, при выходе за пределы оптимальных соотношений не наблюдается синергетический эффект, хотя прочность при сжатии и механическая прочность после температуры все равно остаются выше, чем у прототипа.

Эффективность действия связующего для брикетирования оценивали также на основе шихты для брикетирования, состоящей из медных концентратов.

При проведении испытаний шихта материала представляет собой смесь медных концентратов различных производителей и промышленных пылей с различных медеплавильных производств. Поскольку одним из главных разрушающих факторов в процессе брикетирования в горнорудной промышленности является разрушение при пересыпке окомкованного продукта (брикета) во время его транспортирования, то испытания проводились по методике определения прочности при сбрасывании, принятой на ОАО "УГМК".

В качестве прототипа связующего для брикетирования использовали 8-10 мас.% раствора ЛСТ плотностью 1,25 г/см^3.. В качестве связующего по изобретению - суперпластификатор и гликозид в соотношении (мас.% 60:40). Результаты испытаний представлены в табл.2.

Таблица 2
	Шихта для брикетирования №1 (концентрат Башмедь, Бурибай, Гай, Сибай, газовая пыль)	Шихта для брикетирования №2 (концентрат Гайского ГОК, Нявленга, Сибай, Сибирь-Полиметаллы, шлак медный)
	Прототип	По изобретению	Прототип	По изобретению
8%	10%	6%	8%	8%	10%	6%	8%
Прочность при сбрасывании, раз	7	14	27	>30	7	14	>15	>15
Прочность при сжатии, МПа	15	-	20	26	14	18	35	38

Из представленных результатов видно, что применение добавки по изобретению существенно увеличивает прочность брикета. При этом прочность на сбрасывание при применении связующего по изобретению возрастает по сравнению с применением прототипа - связки на шихте для брикетирования №1 более чем в 3 раза, а при брикетировании шихты №2 более чем в 2 раза при одинаковой дозировке связующего (8%), а при оптимальной для связующих дозировке возрастает менее значительно. Прочность при сжатии возрастает в 2 раза при дозировке связующего по изобретению 10% и 8% на шихте для брикетирования №2 по отношению к прочности связующего прототипа. Приведенные примеры не исчерпывают все возможные варианты связующего для производства металлургических и угольных брикетов, но помогают нагляднее продемонстрировать его свойства.

1. Связующее для производства металлургических и угольных брикетов, содержащее органический полимер, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит добавку производных гликозидов, а в качестве органического полимера - полимерное натриево- и полиалкиленоксидное производное полиметиленнафталинсульфокислот при следующем соотношении, мас.%:

полимерное натриево- и полиалкиленоксидное производное полиметиленнафталинсульфокислот	30-80%
производные гликозидов	20-70%

2. Связующее по п.1, отличающееся тем, что количество звеньев в полиалкиленоксидной цепи составляет n=5÷25.

3. Связующее п.1, отличающееся тем, что полимерное натриево- и полиалкиленоксидное производное полиметиленнафталинсульфокислот получено конденсацией сульфокислот нафталина с формальдегидом.

4. Связующее по п.1, отличающееся тем, что в качестве добавки производных гликозидов используют фруктозиды, глюкозиды, галактозиды или смесь любых указанных соединений.

Изобретение относится к металлургическому, литейному производству, в частности к изготовлению чугунов, работающих в условиях абразивного износа. Способ включает приготовление смеси исходного материала с последующим формованием.

Способ получения топливных брикетов // 2486232

Изобретение относится к способу получения топливных брикетов, включающий смешение углеродного наполнителя с измельченным углем, добавление связующего вещества и брикетирование смеси под давлением, при этом осуществляют сухое смешение углеродного наполнителя, представляющего собой отходы производства алюминия, анодной массы и электродов в количестве 25,01-85,00 мас.% с измельченным бурым углем до получения 100% сухой массы с последующим добавлением к сухой массе связующего вещества.

Способ получения брикетов из руд и концентратов черных металлов // 2484151

Изобретение относится к подготовке металлосодержащего сырья к металлургической переработке, в частности к брикетированию руд и концентратов руд черных металлов. .

Способ переработки железной руды с получением пигмента и брикетов // 2476468

Изобретение относится к способу получения природных (несинтетических) железоокисных пигментов, которые могут использоваться в специальных антикоррозионных грунтовках, применяемых в том числе и для нужд кораблестроения с одновременным получением сырья для металлургической промышленности в виде брикетов.

Способ получения окускованного материала // 2441077

Изобретение относится к получению окускованного материала, который используют для получения металлического железа путем термического восстановления в восстановительной печи с подвижным подом.

Формованные изделия, содержащие лигатуру, и способы их изготовления и использования // 2401871

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при легировании расплава, предпочтительно расплава титана, путем добавления формованных изделий, например, в виде гранул, содержащих лигатуру.

Способ окомкования сульфидных молибденитовых концентратов // 2353678

Изобретение относится к окомкованию сульфидных молибденитовых концентратов грануляцией перед окислительным обжигом. .

Способ подготовки шихты к спеканию // 2280085

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству железорудных окатышей. .

Способ окускования мелкодисперсных железосодержащих материалов для металлургического передела с использованием органического связующего // 2272848

Изобретение относится к способам окускования измельченного железорудного сырья для подготовки его к металлургическому переделу и утилизации железосодержащих отходов.

Шихта для производства агломерата // 2255125

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве агломерата в черной и цветной металлургии, применяемого, в частности, в доменном производстве.

Способ получения структурированного органоминерального вяжущего // 2529619

Изобретение относится к технологии получения вяжущего вещества из сырья природного происхождения и может быть использовано при брикетировании материалов для изготовления топливных и технологических брикетов. Способ получения структурированного органоминерального вяжущего включает, по меньшей мере, однократное кавитационное диспергирование смеси торфа и воды при соотношении торфа к воде 1:4-1:4,5. Диспергирование ведут до достижения смесью температуры 80-90°C, которую затем охлаждают до комнатной температуры с получением готового продукта. Обеспечивается сохранение вяжущих свойств продукта длительное время при хранении.

Способ ингибирования выброса твердых частиц во время трения термообработанных железорудных окатышей и применение спиртового побочного продукта для ингибирования выброса твердых частиц // 2532771

Группа изобретений относится к способу ингибирования выброса твердых частиц, вызванного трением термообработанных железорудных при их перемещении, укладке, погрузке и разгрузке. На термообработанные и удаленные из печи при температуре 200°С железорудные окатыши распыляют глицерин, полученный от производства биотоплива, в частности 500 г на тонну термообработанных окатышей. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ брикетирования металлической стружки // 2574941

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при переработке металлической стружки и шламовых отходов металлургической промышленности. Металлическую стружку, состоящую из стружки черных металлов и алюминиевых сплавов, дробят, очищают, добавляют связующий материал, перемешивают и уплотняют в пресс-форме. Стружку черных металлов соединяют со стружкой алюминиевых сплавов в отношении 3:1, перемешивают в течение 0,5-1 мин и загружают в матрицу пресс-формы на 1/3. Затем добавляют связующий материал из расчета 10-20% объема металлической стружки, в качестве которого используют порошкообразные компоненты при следующем соотношении мас.%: бентонит 10-15, маршалит 20-30, шлам электросталеплавильных печей - остальное, и пастообразующую жидкость - поливинилацетатную эмульсию, для приготовления которой используют клей ПВА-50%; метанол/этанол - 10%; вода - 40%. При этом расход поливинилацетатной эмульсии составляет 25-35% от массы порошкообразных компонентов, после чего добавляют оставшуюся часть металлической стружки, уплотняют, выталкивают из пресс-формы и сушат при температуре 60-70°С в течение получаса. Изобретение обеспечивает повышение прочности и физико-химической устойчивости брикетов.

Способ переработки цинк-железосодержащих пылей металлургического производства // 2574952

Изобретение относится к переработке цинк-железосодержащих пылей металлургического производства и может быть использовано в черной металлургии. Цинк-железосодержащие пыли формуют в гранулы путем окатывания c углеродным восстановителем, который вводят в шихту в виде суспензии в уксуснокислом растворе с концентрацией 3-10 мас.%. Осуществляют высокотемпературную обработку в обжиговой печи при 900-1100°C путем подачи теплоносителя, выделение и улавливание оксида цинка. Изобретение обеспечивает повышение смачиваемости шихты, при этом образуются дополнительные поверхностные связи и частицы пыли агломерируются с образованием прочных гранул в широком диапазоне концентраций цинка в исходной пыли. 4 пр.

Способ интенсификации процессов окускования железорудных материалов // 2590034

Изобретение относится к технологии получения агломерата. Для интенсификации процесса агломерации осуществляют подготовку шихты для агломерации, состоящей из железорудного концентрата, руды, флюса, твердого топлива и интерполимерной связующей добавки, ее смешивание и спекание. Причем используют интерполимерную связующую добавку, подвергнутую механохимической активации и тепловому воздействию, в дозировке 1/100-1/400 долей единиц от массы твердого топлива. В ее состав входят минеральные присадки и полимерный комплекс со следующим содержанием: низковязкий анионный полимер полисахаридного ряда с вязкостью 1% суспензии менее 5 мПа*с - 20-40%, высоковязкий неионный полиакриламид с молекулярной массой 5-15*106 и степенью гидролиза менее 6% с вязкостью 1% суспензии более 50 мПа*с - 5-10% и минеральная присадка - остальное. В качестве минеральных присадок в низковязкий полимер вводят природные алюмосиликатные минералы в количестве 40% от массы полимера, а в высоковязкий - соли щелочных и щелочноземельных металлов в количестве 30%. Изобретение позволяет увеличить производительность процесса агломерации за счет повышения скорости формирования прочных гранул оптимального гранулометрического состава высокого содержания железа. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Способ брикетирования металлической стружки // 2593565

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при переработке металлической стружки и шламовых отходов металлургической промышленности. Стружку дробят, очищают, добавляют связующий материал, перемешивают 70-75 % стружки черных металлов и 25-30 % стружки алюминиевых сплавов в течение 1-3 мин. Загружают в матрицу пресс-формы на 1/3 ее высоты, добавляют связующий материал из расчета 30-35% объема металлической стружки, в качестве которого используют порошкообразные компоненты в виде торфа фракцией до 3 мм, шлама электросталеплавильных печей с содержанием оксида железа Fe2O3 - 70-80% при следующем соотношении, мас. %: торф - 30-35, шлам электросталеплавильных печей - 65-70, и пастообразующую жидкость на основе мелассы, для приготовления которой используют воду - 30-40%, остальное - меласса. При этом расход пастообразующей жидкости составляет 40-45% от массы порошкообразных компонентов, после чего добавляют оставшуюся часть металлической стружки, уплотняют, выталкивают из пресс-формы и сушат при температуре 70-75°C в течение 40-50 минут. Изобретение направлено на повышение механической прочности и физико-химической устойчивости брикетов, снижение их себестоимости и расширение сырьевой базы.

Способ получения окатышей // 2631771

Изобретение относится к металлургии черных металлов, в частности к получению безобжиговых окатышей из материалов, добавляемых в сталеплавильный шлак для повышения его рафинировочных свойств. Способ включает приготовление массы из магнезиальных материалов и вяжущего, формирование, последующую сушку полученных окатышей. В качестве вяжущего используют органоминеральное вяжущее из смеси воды и торфа, в пропорции (3-3,9)/1. Соотношение компонентов, мас. %: магнезиальные материалы - 80-85; вяжущее - 15-20. В качестве магнезиального материала используют отходы основной флотации талька (ООФ), или полупродукт талька (ППТ), или обожженный магнезит (ОМ), или серпентинит, или брусит. Изобретение позволяет расширить ассортимент сырьевой базы и сохранить вяжущие свойства продукта в течение длительного времени при упрощении технологии его изготовления. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Способ получения окатышей // 2634524

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству железорудных окатышей. На днище окомкователя формируют гарнисаж и подают шихту в окомкователь двумя потоками. Первый поток шихты вводят в поток газа с формированием газовлагошихтовой струи, в которую подают порообразующие добавки. В качестве порообразующих добавок используют измельченные до игольчатого состояния частицы растительного происхождения или растительные отходы сельскохозяйственного производства. Формируют на днище окомкователя зону, занятую шихтой, и зону, свободную от шихты. Напыляют шихту на гарнисаж в зоне, свободной от шихты, с получением плотного слоя влажной шихты, который делят на зародыши, доокомковывают зародыши до окатышей шихтой второго потока, осуществляют их сушку и обжиг. При этом порообразующие добавки предварительно вымачивают в сульфитдрожжевой бражке в течение 0,1-3,0 часов при температуре 30-90°С. Изобретение обеспечивает повышение прочности и выхода кондиционных окатышей. 1 ил., 1 табл., 1 пр.