Брикетирование

БРИКЕТИРОВАНИЕ (а. briquetting; н. Brikettierung; ф. agglomeration briquetage; и. briqueteado) — процесс переработки сырья (в основном минерального) в куски однородного состава и геометрически правильной формы, т.н. брикеты. Брикетирование углей предложено в России в 30-х годах 19 века А. П. Вешняковым, который разработал метод получения брикетов из каменноугольной мелочи и древесного угля, назвав эти брикеты карболеином. В 1858 в Германии пущена первая буроугольная брикетная фабрика, через несколько лет — каменноугольная фабрика на каменноугольном пеке. Брикетирование рудной мелочи впервые осуществлено в Швеции в 80-х годах 19 века (по патенту Г. Грёндаля). В дореволюционной России рудные брикетные фабрики появились в начале 20 века при многих металлургических заводах (Керченском, Таганрогском, Енакиевском, Кувшиновском и др.).

Брикетирование повышает теплоту сгорания каменноугольной мелочи, антрацитовых штыбов, бурых углей, торфа, улучшает кпд сжигания, транспортабельность, условия хранения и использования этих видов топливного сырья. Кроме того, брикетирование создаёт дополнительные сырьевые ресурсы для производства малодымного и бездымного топлива, а также рудного и нерудного сырья благодаря утилизации отходов различных производств (колошниковая пыль, металлические стружка, окалина, шлаки, отходы промышленности нерудных строительных материалов, ряда химических производств и др.), расширяет сырьевую базу коксования за счёт использования в коксовых шихтах недефицитных марок каменных углей. Мировое производство брикетов свыше 200 млн. т в год, в т.ч. около 40% буроугольных (1980).

В зависимости от свойств исходного сырья брикетирование производится без связующих веществ (молодые бурые угли, торф) при давлении 100-250 МПа и со связующими (каменноугольная и рудная мелочь, антрацитовый штыб и др.) при давлении 20-80 МПа. При брикетировании без связующих веществ происходит постепенное заполнение пустот между частицами, затем уплотняются и деформируются сами частицы, между ними возникают силы молекулярного сцепления. Повышение давления и длительности пребывания материала под ним приводит к снижению величин упругих деформаций и переходу их в пластические, вследствие чего структура брикета упрочняется. Брикетирование молодых бурых углей без связующих (рис. 1) производится для коммунально-бытовых нужд.

Молодые бурые угли (Wp до 60%) дробят до крупности 0-6 мм и сушат в паровых трубчатых сушилках или газовых трубах-сушилках до оптимальной влажности 15-20%. Сушонка (подсушенный уголь) охлаждается до 40-50°С, прессуется (см. Брикетный пресс) под давлением 100-150 МПа в штемпельных прессах, реже при давлении 200-500 МПа в кольцевых прессах, брикеты охлаждаются в охладительных желобах (барабанах) до 40-45°С и отгружаются на склад требований потребителя, со связующими углей для технологических целей (коксование, полукоксование и др.) дополнительно вводятся додрабливание сушонки после первой стадии сушки и повторная сушка (обычно в паровых трубчатых сушилках) для выравнивания влагоразности в углях различных классов с целью повышения их физико-механических свойств. Масса буроугольных брикетов 300-600 г. Технологическая схема производства торфяных брикетов отличается от буроугольной в основном применением иного сушильного оборудования с сохранением последовательности всех операций. Для сушки высоковлажного торфа (Wp 60%) до влажности 15-20% служат пневмопароводяные, парогазовые, пневмогазовые, шахтномельничные (разновидность пневмогазовой) сушилки. Брикеты прессуют на штемпельных прессах под давлением до 100 МПа.

Физико-химические параметры процесса брикетирования со связующими веществами зависят от способа брикетирования, свойств исходного сырья, применяемых связующих, условий упрочнения брикетов, а также от скоростей полимеризации связующих и образования различных цементирующих веществ в структуре брикетов. Брикетирование каменных углей в этом случае (пек, нефтебитумы и др.) включает подготовку каменноугольной мелочи обычно крупностью 0-6 мм, её сушку до влажности 2-4%, дозировку и смешивание с жидким или твёрдым связующим (крупность от 0-1 до 0-3 мм) (рис. 2).

Шихта подаётся в механический паровой смеситель, где при 100-150°С (в зависимости от вида связующего) тщательно пропаривается и перемешивается; охлаждается (~на 20°С) и прессуется в вальцовом брикетном прессе (20-80 МПа); готовые брикеты охлаждаются и складируются. Масса каменноугольных брикетов 30-360 г.

Брикетирование руд и концентратов чёрных и цветных металлов производится по различным технологическим схемам в зависимости от свойств исходного сырья и требований потребителя, со связующими (известь, сульфитно-спиртовая барда, цементы, жидкое стекло и др.) или без связующих. Получило распространение производство рудных брикетов по т.н. методу горячего брикетирования. По этой технологии рудная мелочь нагревается в большинстве случаев в различных аппаратах кипящего слоя до 800-1100°С и брикетируется в закрытых вальцовых прессах (до 100 МПа); готовые брикеты охлаждаются и складируются. Эта технология используется для подготовки сырья к процессам прямого получения железа из руд и утилизации различных металлургических отходов. Брикетируются (в основном со связующими) медные, марганцевые, хромовые, никелевые, молибденовые, цинковые и другие руды и концентраты.

Общие требования к брикетам — их высокие физико-механические свойства (в т.ч. термо- и водостойкость). По химическому составу к угольным коммунально-бытовым брикетам предъявляются требования, соответствующие качеству исходного сырья в данном угледобывающем районе страны, однако их зольность не должна превышать 20%. Для торфяных брикетов зольность не более 15%, влажность на рабочую массу не более 16%, теплота сгорания 15-20 МДж/кг. Дополнительные требования к рудным брикетам охватывают металлургические и некоторые физические свойства (восстановимость, газопроницаемость, пористость, термомеханическую прочность и др.).

Перспективы развития брикетирования связаны с расширением сырьевой базы коксования путём использования в шихтах повышенных количеств слабоспекающихся, неспекающихся, молодых бурых углей и подготовкой различного металлургического сырья в чёрной и цветной металлургии и в первую очередь для процессов прямого получения железа из руд, производства ряда ферросплавов (силико-марганец, ферросилиций и др.), утилизации различных промышленных отходов и др. Брикетирование повышает экономическую эффективность ряда производств (например, интенсификация ряда процессов в чёрной металлургии связана с увеличением контактной поверхности окислов металлов с углеродом-восстановителем, что обеспечивает более быстрое протекание процессов восстановления и достигается путём совместного брикетирования руд или концентратов с восстановителем). Себестоимость 1 т рудных брикетов примерно на 20-50% ниже себестоимости агломерата и на 10-30% ниже себестоимости окатышей с обжигом. Угольные и торфяные брикеты используют в качестве коммунально-бытового топлива, сырья для получения бездымного топлива и для расширения сырьевой базы коксования.