способ получения металлического железа

Формула изобретения

1. Способ прямого получения металлического железа в печи с подвижным подом, включающий загрузку на под печи смеси, содержащей углеродистый восстановитель, оксиды железа и фторсодержащий ускоритель когезии, нагрев, восстановление и плавление смеси с получением гранул металлического железа, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего ускорителя когезии используют фторсодержащие отходы и/или вторичные фторсодержащие продукты алюминиевого производства в количестве, обеспечивающем содержание фтора в исходной смеси 0,1-0,5 вес.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на под печи загружают упомянутую смесь, содержащую углеродистый восстановитель, оксиды железа и фторсодержащий ускоритель когезии, в виде брикетов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего отхода алюминиевого производства используют пыль электрофильтров электролитического производства алюминия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего отхода алюминиевого производства используют шлам газоочистки электролитического производства алюминия.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего отхода алюминиевого производства используют хвосты флотации угольной пены электролитического производства алюминия.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве вторичного фторсодержащего продукта алюминиевого производства используют регенерационный криолит.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве вторичного фторсодержащего продукта алюминиевого производства используют флотационный криолит.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве вторичного фторсодержащего продукта алюминиевого производства используют оборотный электролит.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве вторичного фторсодержащего продукта алюминиевого производства используют электролитную угольную пену.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего ускорителя когезии используют смесь отходов алюминиевого производства и/или смесь вторичных фторсодержащих продуктов алюминиевого производства.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в исходную смесь дополнительно вводят компонент, содержащий активный оксид магния и/или активный оксид кальция, или образующий такие оксиды в процессе нагрева, восстановления и плавления смеси в количестве, обеспечивающем весовое соотношение (CaO+MgO):(SiO ₂+Al₂O₃) в исходной смеси 0,7÷1,2.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве компонента, содержащего активный оксид кальция, в исходную смесь вводят карбидную известь, образующуюся при производстве ацетилена из карбида кальция.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству металла прямым восстановлением и может быть использовано для получения сплава железа с углеродом восстановлением брикетов из железорудного материала с углеродистым восстановителем. По данной технологии нагревают материал, включающий смесь оксида металла и углеродсодержащего восстановителя, с целью восстановления оксида металла. Осуществляют дополнительный нагрев полученного металла для его расплавления и сплавления капелек металла в более крупные гранулы с одновременным обеспечением возможности отделения гранул металла от побочного продукта - шлакового компонента.

Известен способ получения гранулированного металлического железа с низким содержанием серы, в котором смесь, содержащую оксид железа и углеродсодержащий восстановитель, подают в нагретую печь с подвижным подом и восстановительной атмосферой. Осуществляют нагрев сырьевой смеси и восстановление оксида железа углеродсодержащим восстановителем, обеспечивают отделение частиц получаемого металлического железа от образующегося шлака, подвергают полученное металлическое железо охлаждению для отверждения, после чего выгружают гранулированное металлическое железо. При этом количество СаО-содержащего вещества, MgO-содержащего вещества и SiO₂-содержащего вещества, содержащиеся в упомянутой смеси, регулируют с образованием шлака, основностью (CaO+MgO)/SiO₂, равной от 1,3 до 2,3, при этом MgO содержится в шлаке в диапазоне от 5 до 13 мас.% в зависимости от состава шлака, определяемого количеством каждого из веществ: СаО, MgO и SiO₂, содержащихся в сырьевой смеси. При этом к упомянутой сырьевой смеси может быть дополнительно добавлено CaF₃-содержащее вещество, в качестве которого используют флюорит и CaF₃-содержащее вещество, при его содержании в упомянутой сырьевой смеси в количестве от 0,2 до 2 мас.% (патент РФ № 2301834, С21В 13/08, 2007 г. [1]).

Основной недостаток известного решения - дополнительный расход компонентов, содержащих СаО и MgO, повышенный выход шлака, а также использование дефицитного фторида кальция.

Известен способ получения гранул металла нагревом материала, содержащего оксид металла и углеродсодержащий восстановитель, с последующим дополнительным нагревом полученного металла для его расплавления с одновременным отделением металла от побочного шлакового продукта с обеспечением возможности когезии побочного шлакового продукта, в котором в материал добавляют ускоритель когезии с целью облегчения разделения металлического и шлакового продукта. При этом содержание ускорителя когезии в материале может находиться в диапазоне от 0,2 до 2,5% по массе, ускоритель когезии включает, по меньшей мере, одно из следующих веществ: фторид кальция, оксид бора, карбонат натрия и оксид натрия, в качестве ускорителя когезии может быть использован флюорит, плавиковый шпат (патент РФ № 2271395, С21В 13/00, 2006 г. [2]).

По назначению, по технической сущности и наличию сходных признаков это техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

Добавление ускорителя когезии уменьшает температуру плавления побочного шлакового продукта, повышает текучесть и когезионные свойства шлака. Отделение расплавленного металла от побочного шлакового продукта может быть ускорено добавлением к материалу ускорителя когезии, такого как флюорит (плавиковый шпат). Соответственно, когезионные свойства расплавленного металлического железа могут быть усилены и могут быть эффективно произведены гранулы железа, имеющие большой диаметр и удобные при транспортировке и последующей переработке, с одновременным достижением высокого выхода даже в том случае, когда используется источник оксида железа, имеющий плохие когезионные свойства, или когда используется низкосортный материал, содержащий оксид железа и низкосортный углеродсодержащий восстановитель.

Недостатки известного решения: использование дефицитного флюорита (плавикового шпата) и оксида бора, высокая стоимость карбоната и оксида натрия, а также увеличенный расход ускорителя когезии (до 2,5%).

Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей восстановления металла из оксида в печи с подвижным подом, снижение себестоимости и повышение качества получаемого продукта.

Техническими результатами являются снижение температуры и продолжительности восстановления железа, повышение извлечения железа в продукт, улучшение разделения восстановленного металла и шлака, снижение загрязнения металла побочными продуктами реакции.

Технические результаты достигаются тем, что в способе прямого получения металлического железа в печи с подвижным подом, включающем загрузку на под окускованной смеси, содержащей углеродистый восстановитель, оксиды железа и фторсодержащий ускоритель когезии, нагрев, восстановление и плавление с получением гранул металлического железа, в качестве фторсодержащего ускорителя когезии используют фторсодержащие отходы и/или вторичные фторсодержащие продукты алюминиевого производства в количестве, обеспечивающем содержание фтора в исходной смеси 0,1-0,5 вес.%.

На под печи могут быть загружены брикеты смеси, содержащей углеродистый восстановитель, оксиды железа и фторсодержащий ускоритель когезии.

В качестве фторсодержащего отхода алюминиевого производства могут быть использованы: пыль электрофильтров электролитического производства алюминия, шлам газоочистки электролитического производства алюминия, хвосты флотации угольной пены электролитического производства алюминия.

В качестве вторичного фторсодержащего продукта алюминиевого производства могут быть использованы: регенерационный криолит, флотационный криолит, оборотный электролит, электролитная угольная пена.

В качестве фторсодержащего ускорителя когезии может быть использована смесь отходов алюминиевого производства и/или смесь вторичных фторсодержащих продуктов алюминиевого производства.

В исходную смесь дополнительно может быть введен компонент, содержащий активный оксид магния и/или активный оксид кальция или образующий такие оксиды в процессе нагрева, восстановления и плавления смеси в количестве, обеспечивающем весовое соотношение (CaO+MgO):(SiO₂+Al₂O₃) в исходной смеси 0,7÷1,2, а в качестве компонента, содержащего активный оксид кальция, в исходную смесь может быть введена карбидная известь, образующаяся при производстве ацетилена из карбида кальция.

Смесь, содержащую углеродистый восстановитель, оксиды железа и фторсодержащий ускоритель когезии в виде фторсодержащих отходов и вторичных продуктов алюминиевого производства, может быть непосредственно направлена в печь для восстановления, но предпочтительно переведена в компактную форму в виде гранул или брикетов.

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с известным решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает, что известное решение и предлагаемое характеризуются сходными признаками:

- способ прямого получения металлического железа в печи с подвижным подом, включающий:

- загрузку на под окускованной смеси, содержащей углеродистый восстановитель, оксиды железа и фторсодержащий ускоритель когезии;

- нагрев, восстановление и плавление окускованного материала смеси с получением гранул металлического железа.

Предлагаемое техническое решение также характеризуется признаками, отличными от признаков решения по ближайшему аналогу:

- в качестве фторсодержащего ускорителя когезии используют фторсодержащие отходы алюминиевого производства;

- в качестве фторсодержащего ускорителя когезии используют вторичные фторсодержащие продукты алюминиевого производства;

- в качестве фторсодержащего ускорителя когезии используют фторсодержащие отходы алюминиевого производства и вторичные фторсодержащие продукты алюминиевого производства;

- фторсодержащий ускоритель когезии в виде фторсодержащих отходов и/или вторичных фторсодержащих продуктов алюминиевого производства вводят в количестве, обеспечивающем содержание фтора в исходной смеси 0,1-0,5% вес.

На под печи могут быть загружены брикеты смеси, содержащей углеродистый восстановитель, оксиды железа и фторсодержащий ускоритель когезии.

В качестве фторсодержащего отхода алюминиевого производства могут быть использованы: пыль электрофильтров электролитического производства алюминия, шлам газоочистки электролитического производства алюминия, хвосты флотации угольной пены электролитического производства алюминия.

В качестве вторичного фторсодержащего продукта алюминиевого производства могут быть использованы: регенерационный криолит, флотационный криолит, оборотный электролит, электролитная угольная пена.

В качестве фторсодержащего ускорителя когезии может быть использована смесь отходов алюминиевого производства и/или вторичных фторсодержащих продуктов алюминиевого производства.

В исходную смесь дополнительно может быть введен компонент, содержащий активный оксид магния и/или активный оксид кальция или образующий такие оксиды в процессе нагрева, восстановления и плавления смеси в количестве, обеспечивающем весовое соотношение (CaO+MgO):(SiO₂+Al₂O₃) в исходной смеси 0,7÷1,2, а в качестве компонента, содержащего активный оксид кальция, в исходную смесь может быть введена карбидная известь, образующаяся при производстве ацетилена из карбида кальция.

Наличие в предлагаемом решении признаков, отличительных от признаков, характеризующих ближайший аналог, позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности изобретения «новизна».

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

Порошкообразный материал смеси предпочтительно окусковывают перед подачей на под печи для эффективного увеличения теплопроводности и ускорения реакции восстановления в смеси материала. Окускование материала смеси может быть произведено различными способами: формуют в гранулы с использованием установки для окомкования типа чаши, барабана или подобного типа, формуют прессованием в брикеты или формуют прессованием без усилий в компактную форму перед его подачей в печь. В предлагаемом решении окускование материала смеси производят прессованием с получением брикетов.

Введение в исходную смесь ускорителя когезии снижает температуру плавления и вязкость жидкого шлака. Это облегчает слияние капелек восстановленного железа в крупные капли.

При использовании в обжиге исходной смеси в качестве ускорителя когезии фторсодержащих отходов и вторичных продуктов алюминиевого производства, которые содержат 30-80% углерода и 8-23% фтора в виде криолита Na ₃AlF₆ и хиолита Na₅Al₃ F₁₄, происходят следующие основные взаимодействия (таблица 1):

Углерод сгорает в интервале 450-900°С с образованием СО и СО₂, выделяя дополнительное тепло (реакции 1, 2), а также участвует в восстановлении оксидов железа (реакции 3, 4).

Хиолит Na₅Al₃ F₁₄ при 725°С инконгруэнтно плавится с образованием криолита Na₃AlF₆ и расплава, содержащего криолит и фтористый алюминий (реакция 5). Криолит при 850-950°С термически диссоциирует на фтористый натрий и тетрафторалюминат натрия (реакция 6).

Образование низковязкого расплава фторидов натрия и алюминия при низкой температуре (725-1000°С) ускоряет когезию (сцепление частичек) шлака, тем самым способствует снижению температуры и продолжительности процесса.

В составе золы углеродистого восстановителя и в примесях железорудного материала всегда содержатся оксиды кальция и магния. Их взаимодействие с фторидами натрия и алюминия приводит к образованию фторида кальция и фторида магния (реакции 7, 8, 9, 10). Синтезированные фториды кальция и магния, действуя как разжижитель шлака, также интенсифицируют сплавление частичек шлака и облегчают коалесценцию (слияние) капелек восстановленного железа.

Введение, при необходимости, в состав исходной смеси компонента, содержащего активный оксид магния и/или активный оксид кальция или образующий такие оксиды в процессе нагрева, восстановления и плавления смеси количестве, обеспечивающем весовое соотношение (CaO+MgO):(SiO ₂+Al₂O₃)=0,7÷1,2 в исходной смеси, способствует получению шлака с минимальной температурой плавления и вязкостью расплава менее 1,0 Па·с при 1400°С. Кроме того, оксид кальция и оксид магния обеспечивают десульфурацию восстанавливаемого железа (реакция 11), а также уменьшают выбросы фтористых соединений в результате перевода термически нестойких фторалюминатов натрия (Na₂Al₃F₁₄ и Na₂AlF₆) в прочные фториды кальция и магния (CaF₂ и MgF₂).

Аналогично фторсодержащим отходам ведет себя электролитная угольная пена с содержанием фтора 26-33% и углерода 25-35%, которая относится к вторичным фторсодержащим продуктам алюминиевого производства.

При использовании в обжиге исходной смеси в качестве ускорителя когезии других вторичных фторсодержащих продуктов алюминиевого производства (флотационный и регенерационный криолит, оборотный электролит), которые содержат 43-53% фтора в виде фторалюминатов натрия и до 1,5% углерода, происходят те же взаимодействия, что и при добавке фторсодержащих отходов (реакции 5-10, таблица 1), за исключением реакций горения углерода и восстановления оксидов железа (реакции 1-4).

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области и в смежных металлургических областях показывает следующее.

Известен способ получения металлического железа восстановлением прессованных порошковых заготовок, содержащих, по меньшей мере, углеродсодержащий восстановитель и материал, содержащий оксид железа, с использованием печи с уплотненным слоем, в котором прессованные порошковые заготовки загружают в печь на колосниковую решетку, топливо сжигают под колосниковой решеткой для нагрева прессованных порошковых заготовок, восстанавливают оксид железа, расплавляют восстановленный оксид железа, подают кислородсодержащий газ через канал для подачи газа, расположенный над колосниковой решеткой, и подают добавочное топливо, смешанное с кислородсодержащим газом или в направлении пространства под колосниковой решеткой, при этом прессованные порошковые заготовки могут содержать флюс для регулирования температуры плавления шлака, образующегося при нагреве.

В случае, когда самая высокая температура нагрева исходной смеси будет выше температуры плавления образовавшегося шлака, шлак, представляющий собой побочный продукт, расплавляется с последующим сплавлением частичек шлака друг с другом. При этом спекание металлического железа также усиливается, что способствует росту металлической оболочки и отделению шлака. Для снижения температуры плавления шлака ниже температуры плавления металлического железа, желательно, например, добавить флюс с тем, чтобы температура плавления образующихся шлаков была меньше температуры плавления металлической оболочки. Описанный выше флюс может включать в себя, например, СаО, MgO, SiO₂ и CaF₂ (патент РФ № 2220208, С21В 13/00, 2003 г. [3]).

Известен способ производства железа из материала, содержащего оксид железа, в печи с подвижным подом, имеющим огнеупорную футеровку, отличающийся тем, что вводят углеродсодержащие материалы в указанную подовую печь и равномерно размещают указанные углеродсодержащие материалы на огнеупорной поверхности, предварительно восстанавливают материал, содержащий оксид железа, до металлизованного железа, загружают предварительно восстановленное металлизованное железо в указанную подовую печь на огнеупорную поверхность, нагревают металлизованное железо в подовой печи с образованием в результате взаимодействия металлизованного железа с содержанием углерода приблизительно от 0,01 до 4% и выгружают металлизованное железо из подовой печи, при этом кондиционирование поверхности пода может быть осуществлено огнеупорными материалами, выбранными из группы, состоящей из SiO₂, СаО, оксида алюминия, боксита, CaF₂ , флюорита, оксида магния и магнезита (патент РФ № 2271396, С21В 13/14, С21В 13/08, 2006 г. [4]).

Известен способ производства гранулированного металлического железа, содержащий этапы, на которых загружают смесь исходных материалов, которая включает материал, содержащий оксид железа, углеродсодержащий восстановитель и соединение щелочного металла, в печь для термического восстановления. Нагревают и плавят упомянутую смесь исходных материалов и восстанавливают оксид железа, находящийся в упомянутом материале, содержащем оксид железа, при помощи углеродсодержащего восстановителя с получением металлического железа и шлака в качестве побочного продукта. Обеспечивают коалесценцию металлического железа в гранулы при одновременном отделении металлического железа от шлака, охлаждают металлическое железо и обеспечивают его затвердевание, причем упомянутая смесь исходных материалов содержит в качестве составляющих элементов, по меньшей мере, Fe, Ca, Mg, Si и щелочной металл, таким образом, чтобы шлак содержал СаО, MgO, SiO ₂ и оксид щелочного металла. Оксид щелочного металла представляет собой, по меньшей мере, один оксид, выбранный из Li₂ O, Na₂O и K₂O, оксид щелочного металла удовлетворял, по меньшей мере, одному из приведенных ниже выражений (1)-(3) и основность шлака удовлетворяла приведенному выражению (4):

где в выражениях (1)-(4) Li₂ O, Na₂O, К₂О, CaO, MgO и SiO₂ представляют собой количества, мас.%, в шлаке соответственно, при этом смесь исходных материалов в качестве соединения щелочного металла содержит, по меньшей мере, одно соединение, выбираемое из Na₂O и карбоната натрия (патент РФ № 2449023, С21В 13/08, 2011 г. [5]).

Известен комплексный синтетический легкоплавкий флюс для процессов черной металлургии, состоящий из углерода, соединений фтора и кальция, отличающийся тем, что он содержит 30-60% углерода, 5-30% оксида кальция, 25-65% фторидов натрия, алюминия, кальция и магния, 0,5-5% - примесей, в т.ч. оксиды алюминия, железа, кремния при следующем соотношении элементов в составе полезных компонентов флюса без примесей: натрий: алюминий: кальций: магний - (5÷15):(1÷4):(5÷20):(0,1÷1,0) (патент РФ № 2321641, С21В 3/02, С21С 1/02, 2008 г. [6]).

Известен способ получения комплексных синтетических флюсов для металлургических процессов выплавки чугуна и стали, включающий смешивание фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия, добавок и воды, в котором в качестве добавок используют известь, фторуглеродистые отходы электролитического производства алюминия дробят и/или сортируют, смешивают с водой и известью при следующем содержании компонентов, мас.%:

фторуглеродистые отходы электролитического
производства алюминия	50-90
известь	4-20
вода	6-30,

при этом в качестве фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия используют отработанную углеродистую футеровку электролизеров, пыли и шламы системы газоочистки электролизеров и аспирационных устройств, используют известь в виде известьсодержащих отходов крупностью 0,01-0,20 мм с содержанием активного оксида кальция (СаО_акт) 60-96% (патент РФ № 2354707, С21В 3/02, 2008 г. [7]).

Известен способ получения синтетического флюса для металлургических процессов выплавки чугуна и стали, включающий смешивание фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия, кальцийсодержащего компонента и воды, отличающийся тем, что на смешивание подают мелкодисперсные фторуглеродсодержащие отходы с крупностью частиц не более 1 мм, в качестве кальцийсодержащего компонента используют материал, содержащий активный оксид кальция или образующий его при выплавке чугуна или стали, поддерживают в смеси весовое соотношение Ca:F равным 0,8-1,3, а полученный материал смеси окусковывают с получением материала крупностью 10-100 мм и сушат.

При этом используют мелкодисперсные фторуглеродсодержащие отходы с содержанием фтора не менее 9 вес.%, используют мелкодисперсные фторуглеродсодержащие отходы в виде пыли электрофильтров, или шлама газоочистки, или хвостов флотации угольной пены, или измельченной отработанной угольной футеровки, или в виде смеси отходов с различным соотношением компонентов, на смешивание подают кальцийсодержащий компонент с крупностью частиц не более 1 мм, а в качестве кальцийсодержащего компонента на смешивание могут быть поданы твердые отходы, образующиеся при производстве ацетилена из карбида кальция или материал, содержащий карбонат кальция или материал, содержащий гидроксид кальция (патент РФ № 2465342, С21С 7/00, С21С 7/076, 2012 г. [8]).

В предлагаемом техническом решении в качестве фторсодержащего ускорителя когезии используют фторсодержащие отходы и/или вторичные фторсодержащие продукты алюминиевого производства в количестве, обеспечивающем содержание фтора в исходной шихте 0,1-0,5 вес.%.

В качестве фторсодержащего отхода алюминиевого производства могут быть использованы: пыль электрофильтров электролитического производства алюминия, шлам газоочистки электролитического производства алюминия, хвосты флотации угольной пены электролитического производства алюминия.

В качестве вторичного фторсодержащего продукта алюминиевого производства могут быть использованы: регенерационный криолит, флотационный криолит, оборотный электролит, электролитная угольная пена.

В качестве фторсодержащего ускорителя когезии может быть использована смесь отходов алюминиевого производства и/или вторичных фторсодержащих продуктов алюминиевого производства.

В исходную смесь дополнительно может быть введен компонент, содержащий активный оксид магния и/или активный оксид кальция или образующий такие оксиды в процессе нагрева, восстановления и плавления смеси в количестве, обеспечивающем весовое соотношение (CaO+MgO):(SiO₂+Al₂O₃) в исходной смеси 0,7÷1,2, а в качестве компонента, содержащего активный оксид кальция, в исходную смесь может быть введена карбидная известь, образующаяся при производстве ацетилена из карбида кальция.

Не выявлено в результате поиска и сравнительного анализа технических решений, характеризующихся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, обеспечивающей при использовании достижение аналогичных результатов, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Предлагаемая технология реализуется следующим образом.

Пример 1

Сравнение с ближайшим аналогом и обоснование пределов дозировки фторсодержащих отходов и вторичных продуктов алюминиевого производства

Для лабораторных опытов использовали: железорудный концентрат (ЖРК) ОАО «Коршуновский ГОК» (Иркутская обл., г. Железногорск) - см. табл.1, каменный уголь Черемховского угольного бассейна, (г. Черемхово, Иркутская обл.) - см. табл.2 и пыль электрофильтров из системы газоочистки электролитического производства алюминия Иркутского алюминиевого завода (г. Шелехов, Иркутская обл.) - см. табл.3.

Черемховский уголь крупностью +6-13 мм сушили при 80°С в течение двух часов, затем истирали на лабораторной установке.

Измельченный уголь просеивали через сито 80 мкм без остатка и, во избежание окисления, упаковывали в герметичные пакеты.

Коршуновский железорудный концентрат (ЖРК) сушили при 100°С до постоянного веса. Навески материалов готовили на лабораторных электронных весах с точностью до 0,0001 г. Весовое соотношение железорудного концентрата (ЖРК) и угля во всех опытах составляло 4:1.

Смесь № 1 (ближайший аналог) в качестве фторсодержащего ускорителя когезии дополнительно содержала 0,41% фторида кальция (F=0,2%) с содержанием CaF₂ во флюоритовой руде ~41,0%. В смесях № № 2÷6 в качестве фторсодержащего ускорителя когезии использовали пыль электрофильтров электролитического производства алюминия, количество которой изменяли, обеспечивая содержание фтора в исходной смеси от 0,05% до 0,60% вес.

Каждая навеска тщательно перемешивалась в фарфоровой ступке до однородного состава в течение 15-20 минут. Из смеси ЖРК и угля на лабораторном прессе изготавливали брикеты цилиндрической формы диаметром 25 мм высотой 18-20 мм при усилии прессования 200 кг/см ².

Обжиг брикетов с восстановлением ЖРК осуществляли в лабораторной печи при 1400°С в течение 40 мин. Брикеты помещали в ванночку из огнеупорного материала на постель из коксовой мелочи, крупностью до 5 мм. В печи поддерживали инертную атмосферу за счет подачи аргона. Продукты восстановления охлаждали вместе с печью до 500°С в инертной атмосфере, после чего извлекали из печи. Фотографии исходных брикетов (ЖРК+уголь+фторсодержащий ускоритель когезии) и продуктов восстановления приведены на фиг.1.

Охлажденные продукты восстановления взвешивали, разделяли на шлаковую и металлическую фазы, которые раздельно взвешивали. Разделение проводили как вручную (визуально), так и магнитной сепарацией. Металлическую фазу рассеивали на две фракции по крупности: -2 мм и +2 мм и определяли выход каждой фракции. Шлак и металл анализировали на содержание железа, на основании чего рассчитывали степень металлизации оксидов железа (E_Fe). Также анализировали концентрацию углерода, серы и фосфора в крупных гранулах полученного железа. Результаты опытов представлены в табл.4.

Из результатов лабораторных опытов следует:

1. Введение в состав смеси углеродистого восстановителя с оксидами железа фторсодержащего ускорителя когезии в виде фторсодержащих отходов алюминиевого производства - пыли электрофильтров - в интервале концентраций 0,1-0,5% (по содержанию фтора) при идентичных условиях ведения процесса (соотношение ЖРК: уголь, t=1400°C, =40 мин) обеспечивает более высокое извлечение железа в продукт при меньшем содержании железа мелкой фракции. При содержании пыли электрофильтров менее 0,1% (в пересчете на фтор) снижается степень металлизации оксидов железа, увеличивается выход мелких гранул железа. Введение в исходную смесь фторсодержащих отходов алюминиевого производства более 0,5% (в пересчете на фтор) практически не увеличивает степень металлизации оксидов и выход крупной фракции металлического железа, т.е. является избыточным.

2. Сравнение ближайшего аналога (опыт 1) и предлагаемого технического решения (опыты 3, 4, 5) показывает, что введение в исходную смесь фторсодержащих отходов алюминиевого производства (пыли электрофильтров) увеличивает степень металлизации оксидов железа с одновременным увеличением выхода крупных гранул железа (более 2 мм).

Пример 2

Использование различных фторсодержащих отходов и вторичных фторсодержащих продуктов алюминиевого производства, а также влияние добавки активного оксида магния и/или активного оксида кальция в сравнении с ближайшим аналогом

В опытах по металлизации использовали железорудный концентрат Качканарского ГОКа (табл.5), бурый уголь разреза «Переясловский» ОАО «Красноярсккрайуголь» (табл.6), доломит Хор-Тагнинского месторождения доломита и известняка (Иркутская обл.) (табл.7), фторсодержащие отходы и вторичные фторсодержащие продукты электролитического производства алюминия: шлам газоочистки, отходы со шламового поля, регенерационный криолит, электролитную угольную пену (табл.8).

Готовили исходные смеси из железорудного концентрата Качканарского ГОКа, бурого угля разреза «Переясловский», доломита Хор-Тагнинского месторождения, флюоритовой руды, фторсодержащих отходов и вторичных фторсодержащих продуктов электролитического производства алюминия.

Методика приготовления смесей и брикетов из них аналогична методике, описанной в примере 1. Весовое соотношение железорудного концентрата (ЖРК) и угля во всех опытах составляло 4:1. Состав исходных смесей приведен в табл.9. В опытах 1 и 2 исходная смесь приготовлена с добавкой флюоритовой руды (содержание CaF₂ во флюоритовой руде -41,0%) и доломита (ближайший аналог). В опытах 3-6 в качестве ускорителя когезии использовали фторсодержащие отходы и вторичные продукты электролитического производства алюминия (предлагаемое решение).

Опыты по получению металлического железа проводили в инертной атмосфере, изменяя температуру (t, °C) и продолжительность ( , мин) восстановления ЖРК, с целью получения одинаковой степени металлизации продукта (E_Fe) - условия и результаты опытов приведены в табл.10.

Введение в состав исходной смеси 8% доломита доводит весовое соотношение (CaO+MgO):(SiO₂ +Al₂O₃) в шлаке на уровне 0,73-0,77, что способствует получению шлака с более низкой температурой плавления и вязкостью расплава. Добавка доломита также обеспечивает частичную десульфурацию восстановленного железа.

Использование предлагаемого технического решения при идентичных условиях восстановления повысит извлечение железа в продукт, улучшит разделение восстановленного металла и шлака, повысит качество товарного продукта за счет снижения количества мелкой фракции металлического железа. При одинаковой степени металлизации использование в качестве ускорителя когезии фторсодержащих отходов и вторичных продуктов электролитического производства алюминия снижает температуру и продолжительность восстановления железа.

При этом достигается снижение себестоимости продукта за счет использования отходов и ограниченно востребованных вторичных фторсодержащих продуктов электролитического производства алюминия.

ИНФОРМАЦИЯ

1. Патент РФ № 2301834, С21В 13/08, 2007 г.

2. Патент РФ № 2271395, С21В 13/00, 2006 г.

3. Патент РФ № 2220208, С21В 13/00, 2003 г.

4. Патент РФ № 2271396, С21В 13/14, С21В 13/08, 2006 г.

5. Патент РФ № 2449023, С21В 13/08, 2011 г.

6. Патент РФ № 2321641, С21В 3/02, С21С 1/02, 2008 г.

7. Патент РФ № 2354707, С21В 3/02, 2008 г.

8. Патент РФ № 2465342, С21С 7/00, С21С 7/076, 2012 г.