СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СМЕРЗАНИЯ ВЛАЖНОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО КОНЦЕНТРАТА
METHOD FOR ANTI-FREEZING OF WET IRON ORE CONCENTRATE

Изобретение относится к профилактическим средствам для предотвращения смерзания сыпучих материалов, их прилипания и примерзания к стенкам транспортных средств в зимнее время, в частности при выгрузке влажного железорудного концентрата из железнодорожных вагонов РЖД.
Известно, что на обогатительных фабриках широко применяются процессы, осуществляющиеся в водных средах (обогащение в тяжелых суспензиях, флотация, мокрая магнитная сепарация и др.), в ходе которых в железорудный концентрат попадает значительное количество балласта - воды.
Поэтому заключительными операциями в процессах обогащения являются механическое и термическое обезвоживание продуктов обогащения, в первую очередь - железорудных концентратов. Известно, что влажный железорудный концентрат доставляет большие проблемы при его выгрузки из железнодорожных вагонов в зимнее время.
Для удаления влаги из железорудного концентрата известны способы сушки агломерационного концентрата во вращающихся барабанах, включающие подачу концентрата во вращающийся слой через однородный поток горячих газов. (А.с. №1179073, кл. F27B 7/36, 1984).
Также известен способ работы печи барабанного типа для сушки мелкодисперсного концентрата, в котором топливовоздушную смесь подают на сжигание с коэффициентом избытка воздуха 0,60-0,95. (А.с. №1679162, кл. F27B 7/36, опубл. 23.09.91, бюл. №35).
Основным и общим недостатком всех известных способов сушки концентратов является необходимость строительства громоздких и дорогостоящих сушильных установок барабанного типа.
В отсутствии сушильных установок и у поставщика, и у потребителя концентрата ММС возникают большие трудности с доставкой и выгрузкой данного продукта из железнодорожных вагонов в зимнее время.
Известен способ выгрузки из вагона смершегося угля, при котором перед загрузкой внутренние стенки вагона покрывают слоем смоченного снега. Затем вагон подвергают воздействию низких температур до полного смерзания снега, что облегчает разгрузку выгрузку угля и уменьшает ее время. В процессе выгрузки вагона путем опрокидования низкопрочная снежная прослойка легко разрушается и вагон полностью опорожняется. (П-2137698, B65G 69/20, опубл. 20.09.1999 г.).
Аналогичное решение предлагается в а.с. №86215, опубл. в бюл. №10, 1950. Предлагается на стенки транспортного средства намораживать слой льда, который позволяет спокойно выгружать сыпучий материал.
В а.с. №1527113, B65G 67/04, 69/20, опубл. 07.12.1989, бюл. №45 предлагается наносить на поверхность кузова транспортного средства слой расплавленных азотных удобрений, например аммиачной селитры или мочевины, после чего загружается сыпучий материал. При этом влага поглощается азотным удобрением и образуется незамерзающая прослойка, которая отделяет сыпучий материал от стенок кузова.
Однако известные технические решения можно использовать при погрузке и выгрузке единичных вагонов в небольших объемах перевозимого сыпучего материала.
При погрузке же целого железнодорожного состава РЖД (40-50 вагонов и более) данные технологические решения однозначно не приемлемы. Кроме того, известные предложения решают данную проблему только частично. Создавая прослойку на бортах и днище транспортного средства, вопрос смерзаемости сыпучего материала в общем объеме погруженного вагона или другого транспортного средства полностью не решается. При выгрузке погруженного сыпучего материала зачастую образуются крупные буты (крупные монолитные куски), которые приходится разбивать различными средствами.
Известно использование профилактического средства для предотвращения смерзания влажных горных пород, их прилипания к стенкам подвижного состава. Профилактическое средство представляет собой смесь растворителя и загущающей добавки нефтяного происхождения. В качестве растворителя используют кубовые остатки коксохимического производства и/или побочные продукты производства бутадиена, изопрена, этилена. В качестве загущающей добавки используют масла минеральные и синтетические всех видов.
Профилактическое средство в виде легко подвижной маслянистой жидкости наносится на обрабатываемый сыпучий материал, при этом на его поверхности образуется тонкая пленка, предотвращающая смерзание материала (П-2272061, С09К 3/18,3/22, опубл. 20.03.2006, бюл. №8). В данном изобретении используются компоненты отходов производства разных продуктов переработки нефти и нефтехимии.
В патентах РФ 2111228, 2132350, 2155201 профилактическое средство получают на основе таких продуктов нефтепереработки, как керосино-газойлевые фракции католического и термического крекинга и гудроны.
Основным недостатком данных технических решений являются ограниченность ресурсов нефтяного сырья и дефицита входящих в состав профилактического средства компонентов, а также недостаточно низкая температура застывания.
В качестве наиболее близкого аналога взят способ сушки тонкоизмельченного железорудного концентрата (П-2425155, кл. С22 В 1/00, опубл. 27.07.2011, бюл. №21).
Способ сушки тонкоизмельченного железорудного концентрата включает смешивание увлажненного концентрата влажностью 8-12% с негашеной известью крупностью до 10 мм в барабанном или роторном смесителе. Негашеную известь подают в смеситель в количестве 40-70 кг/т увлажненного концентрата. Осуществляют последующую сушку полученной смеси в вагонах при транспортировании или в штабеле при складировании до достижения влажности 2,8% при подаче в смеситель извести 65 кг/т увлажненного концентрата, 3,0% - при подаче извести 50% увлажненного концентрата, 3,5% - при подаче 40 кг/т увлажненного концентрата. При этом размер частиц класса 0-0,074 мм в увлажненном концентрате составляет не менее 70%.
Однако известкование концентрата устраивает не всех потребителей, поэтому снижение влажности концентрата остается очень важным моментом и для поставщика и для потребителя сырья.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание условий, позволяющих осуществлять погрузку, транспортировку и выгрузку железорудного концентрата ММС в зимний период при сохранении физико-химических свойств концентрата.
Технический результат достигается при использовании полимерной противоморозной добавки. В качестве противоморозной добавки используют полимерный жидкий и/или сухой реагент в виде водорастворимых поверхностно-активных веществ на основе формиата натрия и пентаэритрита, при этом полимерную противоморозную добавку смешивают с концентратом ММС в количестве 2,5-12,0 кг/т влажного концентрата при погрузке в вагоны или при складировании в штабель, причем при использовании жидкого реагента расход полимерной противоморозной добавки составляет 2,5-12,0 кг/т влажного концентрата ММС, а при использовании сухого реагента расход полимерной противоморозной добавки составляет 2,5-8,0 кг/т влажного концентрата.
Также возможен вариант смешанного использования жидких и сухих реагентов.
2
Известно, что концентрат ММС имеет развитую поверхность (удельная поверхность до 5500 см/г) и содержит много внутризерновой влаги, например, после фильтрации концентрат имеет влажность от 7,0 до 10%.
Такой концентрат не пригоден для транспортировки и бункерования в зимнее время.
В патентуемом изобретении заявитель предлагает для предотвращения смерзания влажного железорудного концентрата использовать полимерную противоморозную добавку, выполненную на основе компонентов - формиата натрия и технического пентаэритрита. Полимерная противоморозная добавка выполняется в виде жидких и сухих реагентов.
Чтобы проследить влияние полимерной противоморозной добавки на качество железорудного концентрата рассмотрим физико-химические показатели и строение реагента производства ООО «Полипласт УралСиб».
Полимерная противоморозная добавка или реагент Полипласта - малоопасная по воздействию на организм человека продукция (4 класса опасности) по параметрам токсикометрии - изготовляется в соответствии с ТУ 5745-054-58042865-2010.
Полимерная противоморозная добавка выпускается в виде водного раствора темно- коричневого цвета либо в виде порошка коричневого цвета.
По физико-химическим показателям и потребительским свойствам полимерная противоморозная добавка должна соответствовать требованиям и нормам, приведенным в таблице 1.
Реагент Полипласта представляет собой водорастворимые поверхностно-активные вещества (ПАВ), содержащие смесь формата натрия и пентаэритрита.
Реагент Полипласта - очень слаботоксичное вещество, не образует токсичных соединений в воздушной среде и сточных водах.
Молекулы поверхностно активного вещества (ПАВ) ориентируются в поверхностном слое на границе раздела фаз (водный раствор - воздух - частица шихты) таким образом, что полярная группа, обладающая большим сродством к полярной фазе (воде), втягивается в нее, в то время как неполярный радикал выталкивается в неполярную фазу (воздух).
В результате определенной ориентации молекул ПАВ происходит уменьшение свободной поверхностной энергии, за счет образования мономолекулярного адсорбционного слоя, создающий силовое поле для притяжения соседних частиц. В этом случае, гидрофобные частицы, ранее не участвующие в процессе, при наличии ПАВ способны увеличиваться в размерах и служить устойчивыми зародышевыми центрами для мелких частиц, либо располагаться на поверхности уже сформированных гранул из гидрофильных частиц.
Молекулы ПАВ, растворенные в воде, под действием избыточного давления передвигаются от выпуклых поверхностей к вогнутым или плоским и заполняют поры, способствуя тем самым проявлению стягивающего усилия между частицами и формированию адгезионных контактов.
Наличие формиата натрия и пентаэритрита в макромолекулах ПАВ улучшает их адгезию по отношению к гидрофильной поверхности частиц железорудного концентрата.
Учитывая ожидаемое положительное действие полимерной противоморозной добавки на показатели смерзаемости концентрата ММС при использовании реагентов производства ООО «Полипласт УралСиб», заявитель провел испытания в лабораторных и промышленных условиях. Сначала провели лабораторные испытания использования полимерной противоморозной добавки, и результаты сравнили с базовой технологией и использованием негашеной извести (прототип).
3
Для проведения испытаний ОАО «ВГОК» закупил 20 т реагента (сухого и жидкого) производства Полипласт, характеристика которого была приведена выше. Для подачи сухого реагента в концентрат ММС был выделен шихтовый бункер емкостью 2 м, в который была помещена полимерная противоморозная добавка. Выгрузка добавки из бункера производилась двумя безосевыми конвейерами со шнековыми транспортерами, привод которых имел регулируемую скорость вращения. Полимерная противоморозная добавка из-под бункера пересыпалась на сборный конвейер, где происходило смешивание ее с концентратом ММС.
При опробовании предлагаемого для патентования способа заявителем были проведены лабораторные опыты на пробе концентрата около 2 т.
Были опробованы несколько вариантов реагентов: жидкие - №131, 50; сухой - №51; без реагентов и по прототипу.
Из концентрата ММС были подготовлены испытываемые пробы и контрольные образцы, при этом пробы и образцы были выдержаны вне помещения при средней температуре - 10°С в течение 24 час.
Затем все пробы после заморозки выдержаны при температуре +17°С в течение 75-85 мин. (смоделированы условия выдержки вагонов в гаражах размораживания перед выгрузкой концентрата ММС).
Диаметр основания пробы составлял 120 мм, высота - 112 мм, влажность концентрата была 7,62%, объем образца - 100 мл.
Образцы были подвергнуты контрольной нагрузке до полного разрушения. Каждый из вариантов был продублирован, усредненные результаты испытаний приведены в табл. №2.
Благодаря опытно-экспериментальным проработкам предлагаемого технического решения заявителем были определены оптимальные нормативные расходы полимерной противоморозной добавки. Были получены лучшие результаты: для жидкого реагента расход 2,5-12,0 кг/т концентрата ММС (опыты №№7-12); для сухого реагента 2,5-8,0 кг/т концентрата ММС (опыты №№15-19).
Расходы полимерной противоморозной добавки были получены и подтверждены качеством выгрузки вагонов с железорудным концентратом ММС у потребителя.
Кроме того, заявитель не исключает положительного эффекта от смерзаемости влажного концентрата и при комбинированном использовании реагентов (жидкий+сухой).
При содержании жидкой и сухой полимерной противоморозной добавки меньшем, чем 2,5 кг/т влажного концентрата ММС не достигался необходимый эффект по смерзаемости концентрата ММС.
При расходе полимерной противоморозной добавки более чем 8,0 кг/т влажного концентрата при использовании сухого реагента и более чем 12,0 кг/т влажного концентрата при использовании жидкого реагента получался примерно такой же положительный эффект. Однако увеличение расхода реагента приводит к увеличению себестоимости железорудного концентрата ММС (экономически не выгодно из-за дороговизны реагента).
Пример 1.
Концентрат влажностью 7,5% перемешивали с сухой полимерной противоморозной добавкой в количестве 4,5 кг/ т концентрата ММС по обычной технологии. При нагрузке 200 т/ч были погружены 8 вагонов профилактированного реагентом концентрата ММС. Затем вагоны были выставлены на открытый воздух при средней температуре - 12°С в течение 3-х суток. Перед началом выгрузки была проведена пикировка груженых вагонов- наличие смерзшейся корки на конусе концентрата до 10 см. После чего, вагоны были поставлены на разогрев в гараж размораживания на 2 часа при температуре +67°С. Затем вагоны были поданы под выгрузку, все вагоны после выгрузки были чистые.
Пример 2
Концентрат влажностью 8% перемешивали в барабанном смесителе с сухой полимерной противоморозной добавкой в количестве 6,0 кг/ т влажного концентрата. Затем обработанный концентрат системой конвейеров сразу же грузили в ж.д. вагоны и отправляли потребителю. «Высокогорский горно-обогатительный комбинат» поставил опытную партию железорудного концентрата ММС в количестве 25 тыс.т. на АО «ЕВРАЗ ЗСМК», где полученный концентрат используется в агломерационном производстве для спекания агломерата. Доставленный в течение 5 суток вагоны ставились на разогрев в течение 3 час. в гаражи размораживания. Выгрузка вагонов производилась на вагоноопрокиде. Смерзаний железорудного концентрата не было, и выгрузка из вагонов РЖД происходила без осложнений.
Пример 3.
Аналогично предыдущему примеру, концентрат влажностью 8,5% обрабатывали жидким реагентом в количестве 8,0 кг/т концентрата ММС. Жидкий реагент подавался в концентрат на ленте конвейера между весодозаторами. Способ подачи - обычный насос НЧ-1000 с применением сжатого воздуха для равномерного распределения реагента. Погруженный в ж.д. вагоны профилактированный реагентом концентрат ММС в количестве 12 тыс.т был направлен на Челябинский мет. комбинат. Прибывший (в холодное время) через 45 час. железорудный концентрат ММС после 2,5 час. разогрева в гараже размораживания легко выгрузился из вагонов.
Следует также отметить, что при выгрузке вагонов на вагоноопрокидывателях, на решетках бункеров практически не образовывались буты (большие монолитные куски смершегося концентрата). Небольшие буты размером до 400 мм легко разбивались.
Применение предложенного способа обработки железорудного концентрата ММС полимерной противоморозной добавкой обеспечивает следующие преимущества:
- возможность сокращения капитальных и эксплуатационных затрат на подготовку шихты к спеканию за счет исключения сушки переувлажненного железорудного концентрата ММС;
- возможность уменьшения вредных выбросов в окружающую среду за счет исключения пылевыбросов при сушке концентрата ММС в барабанных установках;
- не происходит смерзания в общем объеме погруженного в транспортное средство влажного концентрата, при этом, при выгрузке сыпучего материала на вагоноопрокиде не происходит образования крупных бутов.
Таким образом, заявляемое техническое решение полностью выполняет поставленную задачу.
Сопоставительный анализ заявляемого способа обработки концентрата ММС реагентами ООО «Полипласт-УралСиб» и известных способов для предотвращения смерзания влажных концентратов показывает преимущества предлагаемого технического решения.
Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна».
Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, указанных в предлагаемом решении, по их функциональному назначению. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».