21. Формирование нового минерального агрегата с использованием механического воздействия.

Процесс формирования нового минерального агрегата при действии механических нагрузок связан с протеканием в минеральном веществе комплекса физических и физико-химических процессов интенсивность протекания которых зависит вообще говоря не только от величины давления, но и от температуры. Поэтому некоторые способы брикетирования предполагают предварительный нагрев шихты, предназначенной для формования. Однако, ввиду того, что придание формы дезинтегрированной массе и рост ее прочности является следствием приложения механических нагрузок, будем все это рассматривать как процесс формирования «новых» свойств минерального вещества, «инициированный» действием механического поля.

Очевидно, что для получения нового минерального агрегата необходимо обеспечить увеличение прочности связи друг с другом отдельных частиц минерального вещества. Это может быть обеспечено либо за счет добавления к брикетируемой минеральной массе специального «связующего» вещества, которое способно обеспечить прочную связь отдельных её частиц, либо - путем формирования за счет действия больших усилий прочного контакта соприкасающихся твердых минеральных частиц в результате протекания адгезионных, диффузионных и других явлений.

Всё многообразие технологий получения полиминеральных агрегатов определенной формы (брикетов) из различных видов сырья, а также, твердых минеральных отхо­дов, можно условно разделить на три основных группы, в которых различаются условия и режимы осуществления процесса [ 4 ] :

первая - без связующих материалов при высоком давлении (≥100 МПа) и сравнительно низких температурах (до 70-80 °С). . К таким системам можно отнести молодые землистые бурые угли, торф, некоторые виды минеральных отходов, бедные руды, обычно с повышенным содержанием глинозема.

вторая - без связующих материалов при средних или высоких температурах (300-1000 °С) и средних давлениях (50-80 МПа). С использованим такого подхода осуществляют осуществляют брикетирование мелочи каменных углей и антрацитов, полукокса, кокса, некоторых руд и концентратов черной и цветной металлургии, ряда отходов производства.

третья - с различными связующими при низких и средних давле­ниях (20-80 МПа) и температурах, несколько превышающих температу­ры размягчения (плавления) связующих (≤100 140 °С). Этот подход используют при брикетировании полиминеральных смесей состоящих из двух-трех углеродсодержащих компонентов, некоторых видов ферросплавного сырья, металлосодержащей ( в том числе и металлизованной) мелочи, многих отходов черной металлургии и др.

Технологии брикетирования первой группы обычно включают операции подготовки сырья, сушки, прессования подсушенного материала, охлаждения и складирования брикетов.

Рис. 10.12. Технологическая схема брикетирования бурых углей

Горячее брикетирование, реализуемое в технологиях второго способа осуществляется по разнообразным техно­логическим схемам и зависит от свойств исходного сырья. Примени­тельно к углеродсодержащему сырью, брикетирование которого осно­вано на способности некоторых из его разновидностей при определенных температурах за счет преобразования структуры органического вещества приобретать пластичность, используют техно­логию с предварительным нагревом и прессованием при этих темпера­турах. Эта технология, применяемая для получения бездымного комму­нально-бытового топлива и формованного кокса, позволяет вводить в шихту инертные материалы.

Для каменных углей температуры перехода в пластическое состоя­ние составляют 400-450 ^о С, для торфов 280-320 ^о С, для ряда углерод­содержащих отходов ~ 200 250 ^о С.

При использовании технологий брикетирования, соответствующих третьей группе, возможности формирования полиминеральных агрегатов определенной формы и размеров за счет действия механических нагрузок существенно расширяются. В этом случае используют широкий ассортимент специально вводимых в состав полиминеральной шихты связующих веществ, обеспечивающих прочные связи минеральных частиц в агрегате.

К связующим для брикетирования каменноугольной и антрацитовой мелочи предъявляют ряд требований: они должны :

- обла­дать хорошей связующей способностью при минимальном расходе;

• придавать брикетам термо- и водоустойчивость; не увеличивать содержание балласта в брикетах и не снижать их теплоту сгорания;

• быть дешевыми, недефицитными и безвредными; иметь высокий показа­тель коксового числа, т.е. обладать хорошими спекающими свойства­ми;

Рис. 10.15. Технологическая схема брикетирования каменных углей с добавкой связующего.

Наибольшее применение при брикетировании металлосодержащего сырья получили связующие добавки неорганического происхождения. Число патентов на различные типы таких добавок исчисляется сотнями, но лишь немногие из них используют в промышленности. Часто связующей добавкой к шихте служит известковое молоко ( Са(ОН)₂ ) или известь - пушонка (до 10% по массе). Брикетирование ведут при давлениях (4 – 7 МПа) и суммарной влажности шихты 10-18 %. В подсыхающем брикете связка состоит первоначально из кристаллов гидрата окиси кальция Са(ОН)₂, скрепляющего рудные зерна. При последующем выдерживании брикетов на складе идет карбонизация связки за счет углекислоты воздуха по реакции Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСОз + Н₂О. Образующиеся кристаллы CaCO₃ обеспечивают «твердение» брикетов.

• Карбонизация идет чрезвычайно медленно. Так, для достижения предела прочности при сжатии 10 МПа необходима выдержка брикетов на воздухе не менее 5 сут. Этот процесс может быть значительно ускорен при обработке брикетов в чистой углекислоте под давлением 1 МПа. Первая стадия карбонизации ведется холодной углекислотой, вторая нагретой до 100°С. Суммарное время карбонизации снижается в этом случае до 5-6 ч. К настоящему моменту разработаны способы ускорения процесса карбонизации извести. В шихту вводят небольшое количество глюкозы, играющей роль катализатора. Экспериментально установлено, что для брикетов толщиной 30-35 мм минимально необходимое время пребывания в атмосфере дымовых газов, содержащих всего 25  СО₂, при нормальном давлении и 60-65°С снижается таким путем примерно до 2 ч.