BRYKIETOWANIE
Określenie ,,brykiet,, oznacza kształtkę wytworzoną z węgla czy rudy. Proces brykietowania polega na tworzeniu zwięzłych brył o geometrycznych kształtach przez wywieranie na sypki materiał, zamknięty w formie, odpowiednio dużego ciśnienia, koniecznego do jego sprasowania. Ciśnienie wywierane na materiał luźno usypany w formie powoduje jeg zagęszczenie. Proces wiązania drobnych ziaren materiału pod wpływem wysokiego ciśnienia może nastąpić:
z użyciem dodatków wiążących (spoiwa, lepiszcza).
bez użycia środków wiążących.
Brykietować można teoretycznie wszystkie materiały sypkie i luźne. Praktycznie jednak brykietowaniu poddaje się węgiel kamienny, węgiel brunatny, trociny i inne odpadki drewna oraz rudy żelaza i metali nieżelaznych. Brykietowanie składa się z wielu operacji obejmujących przygotowanie komponentów mieszanki brykietowniczej ich dozowanie mieszanie, prasowanie oraz uszlachetnianie brykietów. Do zabiegów uszlachetniających zalicza się:
chłodzenie
powlekanie powierzchniowe
zabezpieczanie przed czynnikami atmosferycznymi
obróbkę utwardzającą
Czynnikami decydującymi o możliwości brykietowania danego materiału sypkiego są:
brykietowalność - cecha naturalna substancji sypkiej, zależna od budowy petrograficznej i chemicznej oraz czynników geologicznych.
ciśnienie pasowania - główny czynnik procesu brykietowania, który może być zmniejszony przez stosowanie lepiszcza.
skład ziarnowy
wilgotność
zawartość komponentów (lepiszcza)
wysokość temperatury
sposób wymieszania i nadawy na prasę
sposób prasowania
Brykietowane surowce przed prasowaniem muszą być pozbawione zanieczyszczeń mineralnych, wody oraz rozdrobnione. W operacjach brykietowania zarówno węgla brunatnego jak i kamiennego wykorzystuje się wiele urządzeń należą do nich:
kruszarki do kruszenia węgla surowego
przesiewacze do przesiewania węgla surowego zarówno na mokro jak i na sucho
urządzenia do suszenia węgla np. suszarki rurowe, talerzowe, bębnowe
urządzenia do transportu węgla surowego oraz brykietów np. przenośniki taśmowe, zgrzebłowe, kubełkowe.
urządzenia do chłodzenia brykietów
urządzenia do załadunku brykietów np. zsuwnie, przenośniki załadowcze
urządzenia do dozowania komponentów mieszanki brykietowniczej
prasy brykietownicze
Omówimy bliżej dwa ostatnie typy urządzeń. Dozownik jest urządzeniem za pomocą którego następuje równomierne wprowadzenie w określonej jednostce czasu określonych ilości materiałów do urządzeń produkcyjnych. Aby właściwie dobrać dozownik należy poznać uziarnienie materiału, jego jednorodność, gęstość, wilgotność oraz tendencje do zbrylania i zawieszania w zbiornikach i rynnach zsypowych. Wydajność urządzeń dozujących powinna być dostosowana do wydajności pras brykietowniczych, aby zapewnić pełne ich wykorzystanie. Rozróżniamy min dozowniki talerzowe i taśmowe. Dozownik talerzowy jest prosty i wygodny w obsłudze. Można nim dozować nawet wilgotny drobno uziarniony lub grubo uziarniony materiał o wielkości ziarna do 50mm.
Budowa dozownika talerzowego:
Zasadniczą częścią jest poziomy talerz wprawiany w ruch obrotowy za pomocą silnika elektrycznego przez reduktor . Materiał dozowany jest na talerz z którego usuwany jest przez zgarniacz do króćca wylotowego. Ilość podawanego materiału reguluje się cylindrem, który można opuszczać za pomocą dźwigni zmieniając przez to ilość materiału jaka znajduje się na talerzu.
Dozowniki taśmowe stosuje się do dozowania materiału stałego o uziarnieniu do 50mm oraz lepiszcza pakowego ( pak to pozostałość po destylacji smoły pogazowej jest to masa o barwie czarnej lub rzadko czarno brunatnej, mechanicznie ma on właściwości cieczy o bardzo wysokiej lepkości zmniejszającej się przy ogrzewaniu). Dozowniki montuje się w zespoły dozowników do równomiernego dozowania węgla i paku w postaci stałej.
Budowa dozowników taśmowych:
Składają się one z dwóch krótkich przenośników taśmowych umieszczonych pod lejami wylotowymi zbiorników. Wyloty te od spodu zamknięte są taśmą, natomiast z boku wyposażone są w zasuwy regulacyjne. Regulację dozowania przeprowadza się przez zmianę szybkości przesuwu taśmy i wysokości zasuwy bocznej. W przypadku dozowania obu komponentów mieszanki brykietowniczej w stanie stałym, prędkość przesuwu przenośnika taśmowego dozującego węgiel powinna być pięciokrotnie większa od prędkości posuwu przenośnika dozującego lepiszcze stałe. Komponenty mieszanki spadają z dozownika taśmowego do mieszalnika ślimakowego dwuwałowego lub na zbiorczą taśmę przenośnika.
Natomiast urządzenia do brykietowania można podzielić na trzy grupy:
prasy walcowe
prasy stemplowe
prasy pierścieniowe
Prasy walcowe - stosowane są do brykietowania z lepiszczem np. węgiel kamienny.
Prasy stemplowe - stosuje się do brykietowania bez udziału lepiszcza np. węgiel brunatny.
Prasy pierścieniowe - stosuje się do brykietowania węgli brunatnych bez lepiszcza i do otrzymywania brykietów o podwyższonej wytrzymałości i trwałości.
Prasy walcowe - dzielą się na:
pojedyncze - o jednej parze walców
podwójne - o dwóch parach walców
Proces prasowania w tych prasach jest bardzo prosty. Między dwa walce schodzące się swymi obwodami dozuje się mieszankę węgla z lepiszczem i po sprasowaniu między walcami uzyskuje się gotowe brykiety. Walce mają na swych obwodach wyfrezowane wgłębienia o kształcie odpowiadającym połowie brykietu, jaki chcemy otrzymać. Wgłębienia te wykonane są w rzędach. Wgłębienia jednego walca stanowią połówkę formy prasującej i pasują do wgłębień walca drugiego. Podczas obrotów walców mieszanka zostaje podana najpierw zagęszczeniu, potem coraz większemu ciśnieniu w wyniku zamykania się wgłębień formujących aż do uzyskania ciśnienia maksymalnego. Następnie formy otwierają się aż gotowe brykiety wpadną na niżej umieszczoną zsuwnię. RYS strona 98
Prasy stemplowe (tłokowe) - dzielą się ze względu na :
rodzaj napędu - parowe lub elektryczne
rodzaj przeniesienia mocy - korbowe proste, kolanowe, dwuprzegubowe.
liczbę prasujących tłoków - jednotłokowe, dwutłokowe, trójtłokowe, wielotłokowe.
Prasy stemplowe mają szersze zastosowanie używane do brykietowania węgli oraz rud. Operacja prasowania materiału odbywa się w poziomym kanale otwartym obustronnie, w którym porusza się ruchem posuwisto- zwrotnym tłok prasujący zwany stemplem. Materiał poddawany prasowaniu wpada do kanału ze zsypu i jest dociskany do poprzednio sprasowanego brykietu znajdującego się w kanale. Brykiet powstaje w formie (matrycy), której boki stanowią ściany kanału, tył - powierzchnia poprzednio sprasowanego brykietu i przód powierzchnia uderzeniowa (czołowa) tłoka. Gdy zostaje osiągnięte wymagane ciśnienie prasowania, wówczas poprzednio utworzony brykiet może posuwać się w głąb kanału. Dla osiągnięcia tego ciśnienia jest potrzebny opór, który powstaje wskutek tarcia brykietów znajdujących się w kanale o ściany kanału oraz wskutek konieczności przesunięcia długiego pasma brykietów. Dla zwiększenia oporu stosuje się w kanale zwężenie, czyli tzw. garbek. Po uzyskaniu pełnego wymaganego ciśnienia całe pasmo brykietów posuwa się o grubość jednego brykietu. Rys strona 101.
Prasy pierścieniowe - dzielą się na:
jednopasmowe
dwupasmowe
Prasa pierścieniowa jednopasmowa składa się z następujących części zasadniczych:
dwudzielnego pierścienia (matrycy) (nr.1)
krążników napędzających pierścień prasowniczy (nr.2)
walca prasowniczego (nr.3)
urządzenia naprężającego (nr.4)
tarcz bocznych uniemożliwiających rozchodzenie się pierścieni (nr.5)
tarcz rozpierających (nr.6) mających za zadanie rozszerzenie kanału w celu poluzowania pasma brykietów (nr.8)
urządzenia do nadawania(nr.7)
urządzenia do odłamywania brykietów (nr.9)
zsuwni brykietów(nr.10)
Przebieg brykietowania jest następujący: kanał utworzony pomiędzy pierścieniem prasowniczym (nr.1) a walcem prasowniczym (nr.3) zostaje napełniony suchym materiałem ze zbiornika (nr.7). Pierścień (nr.1) wprawia się w ruch obrotowy za pomocą krążków napędowych (nr.2). Wskutek wypełnienia kanału materiałem wytwarza się pewne ciśnienie między pierścieniem (nr1) a walcem prasowniczym (nr.3), w wyniku czego walec prasowniczy (nr.3) zostaje również wprawiony w ruch obrotowy. Właściwe brykietowanie zachodzi w najniższym punkcie pierścienia (nr.1) i walca prasowniczego (nr.3). Wychodzące z prasy nieprzerwane pasmo brykietów jest odłamywane za pomocą przyrządu (nr.9)na pojedyncze brykiety. Walec prasowniczy (nr.3) jest uzębiony w celu łatwiejszego połamania pasma na pojedyncze brykiety. Długość brykietów zależy od rozstawu zębów walca prasowniczego. Rys strona 104
Brykietowanie węgla brunatnego - brykietuje się stosunkowo łatwo metodą bezlepiszczową, uszlachetniony przez brykietowanie ma szeroki zakres stosowalności, uszlachetnienie węgla brunatnego wynika ze wzrostu kaloryczności. Zmniejszenie zawartości wody przez suszenie, dokonane w procesie brykietowania, podwyższa wartość opałową z 1800 - 2500 kcal/kg do 3800-4500 kcal/kg w brykietach co daje surowiec energetyczny w postaci skoncentrowanej. Brykietowalność węgla brunatnego zależy od jego struktury petrograficznej, składu chemicznego, stopnia uwęglenia, zawartości bituminów, kwasów huminowych, popiołu.
Stopień uwęglenia węgla brunatnego wywiera istotny wpływ na brykietowanie bezlepiszczowe. Im bardziej uwęglony surowiec, tym mniejszą wykazuje brykietowalność, wymaga więc większych ciśnień i staranniejszego przygotowania brykietowanej mieszanki. Zawartość bitumitów w węglu brunatnym zwiększa jego brykietowalność.
Wolne kwasy huminowe ułatwiają brykietowanie.
Popiół obniża wartość opałową brykietów, ale nie obniża brykietowalności (w postaci piasku wpływa na szybkość zużywania się pras).
Glina czasem stosowana jest jako lepiszcze, jednak w formie domieszek naturalnych obniża odporność brykietów na ścieranie, osłabia ich wytrzymałość i zmniejsza wodoodporność. Jest niepożądanym zanieczyszczeniem.
Wilgotność wobec znacznej zawartości wody w węglu brunatnym musi być w znacznej części usunięta, ponieważ wilgotne brykiety po wysuszeniu ulegają rozpadowi.
Brykietowanie węgla kamiennego udowodniono na podstawie badań, że węgiel kamienny można brykietować bez lepiszcza . Opracowano kilka metod i w zasadzie wszystkie opierają się na wykorzystaniu zjawiska mięknienia węgla kamiennego w wyższych temperaturach. Ogrzany węgiel poddaje się prasowaniu, w metodach tych stosuje się węgiel silnie rozdrobniony. Uzyskane w ten sposób brykiety oprócz dobrej wytrzymałości cechuje przeważnie bezdomność. Mimo możliwości brykietowania węgli kamiennych bez lepiszcza, w większości do brykietowania tego węgla używa się lepiszcza.
Wymagania stawiane lepiszczom do brykietowania węgla kamiennego:
duża siła przyczepności do brykietowanego węgla.
Łatwa rozprowadzalność na całej powierzchni ziarna.
Plastyczność w momencie prasowania i szybkie utwardzenie się.
możliwie niska rozpuszczalność w wodzie.
wytrzymałość termiczna
niska temperatura zapłonu
tworzenie mocnego szkieletu podczas spalania
wysoka wartość opałowa
nieszkodliwość dla zdrowia załogi i użytkowników
brak zapachu
Rodzaje lepiszczy:
Pak jest najpopularniejszym i najbardziej wypróbowanym lepiszczem do brykietowania węgla kamiennego. Spełnia on w największym stopniu wymagania stawiane lepiszczom dla węgla. Pak to pozostałość po destylacji smoły pogazowej. Jest to masa o barwie czarnej lub czarno brunatnej.
Pak dzieli się na różne rodzaje: ( w zależności od temperatury, w jakiej zostaje z niego usunięta smoła)
pak miękki - jest pozostałością po destylacji smoły przy temperaturze od 250 do 2800 C
pak średni - uzyskuje się przy temperaturze destylacji smoły do 3500 C
pak twardy - uzyskuje się przy temperaturze destylacji smoły pogazowej do temperatury 4000 C.
W Polsce do brykietowania stosuje się zwykle pak średni, pak miękki stosowany jest przeważnie w okresie zimowym w wyjątkowych sytuacjach stosuje się pak twardy. Paku dodaje się do materiału brykietowanego w stanie stałym lub ciekłym. Stosowanie ciekłego paku umożliwia zmniejszenie zużycia spoiwa i poprawę higienicznych warunków pracy w brykietowni. Zużycie paku na 1 tonę brykietów jest około 60 -80kg.
Bituminy naftowe należą do kleistych lub też twardych produktów pozostałych po destylacji surowej ropy naftowej i zajmują po paku drugą pozycję jako lepiszcze w brykietowaniu węgla kamiennego. Nadają brykietom bardzo dobrą wytrzymałość mechaniczną na ściskanie i wysoką odporność na ścieranie. Dzięki bituminom brykiety uzyskują wysoką wodoodporność oraz wytrzymałość na składowanie.
Zalety procesu brykietowania z lepiszczem ciekłym a więc z bituminami naftowymi:
wszystkie rodzaje węgla brykietuje się jednakowo.
brak suszenia wstępnego.
brykiety są dość mocne.
brykiety nie chłoną wody i nie są zwilżane.
Pozostałe lepiszcza są rzadko stosowane ograniczymy się tylko do ich wyliczenia. Są to:
lepiszcza węglowodorowe ( kwaśne odpady porafinacyjne, smoła surowa, oleje smołowe, mieszanina łupków bitumicznych z pakiem)
lepiszcza organiczne rozpuszczalne w wodzie (wiskoza oraz różne odmiany skrobi w postaci mąki)
Brykietowanie rud rudy drobnoziarniste przed zastosowaniem w hutnictwie poddawane są przeważnie procesowi kawałkowania. Produktem końcowym tego procesu są grudki, brykiety lub spieki. Metody brykietowania rud można uszeregować w dwie grupy:
brykietowanie bez środków wiążących (bez lepiszcza)
Brykietowanie bez lepiszcza można stosować do rud zawierających w swoim składzie naturalne lepiszcze takie jak np. glina
brykietowanie z domieszką środków wiążących (nieorganicznych lub organicznych).
Do środków wiążących nieorganicznych można zaliczyć:
środki wiążące w postaci tak zwanej gotowej tj tworzącej się bezpośrednio po zmieszaniu z rudą np. granulowany żużel wielkopiecowy, mieszanina wapna i żużla, szkło wodne.
środki wiążące, których własności wiążące powstają podczas prasowania i składowania brykietów np. mieszanina pyłu kwarcowego i wapna żrącego, mieszanina wapna i syderytu, wapno.
środki chemiczne np. mieszanina wapna i chlorku magnezu, mieszanina szkła wodnego i elektrolitów.
Do środków wiążących pochodzenia organicznego zalicza się:
pak, smołe oraz pozostałości po destylacji ropy naftowej
Proces brykietowania można prowadzić przy:
ciśnieniu niskim
ciśnieniu średnim
ciśnieniu wysokim
Przebieg procesu brykietowania rud podlega następującym procesom:
przygotowanie rudy do brykietowania - obejmuje przesiewanie, dodatkowe rozdrabnianie, suszenie rudy, a nawet wzbogacanie.
przygotowanie procesu wiążącego.
tworzenie mieszanek miału rudnego i materiału wiążącego.
prasowanie.
utrwalanie brykietów (składowanie suszenie w suszarniach tunelowych, prażenie w piecach tunelowych).
Brykiety z rud powinny spełniać wiele warunków a przede wszystkim:
nie powinny być wrażliwe na wpływy atmosferyczne (możliwość składowania w otwartych magazynach)
odporne na ścieranie
odporne na uderzenia
nie powinny się kruszyć w nadmiernym stopniu w czasie transportu
wymiary brykietów powinny odpowiadać założeniom technologicznym procesu hutniczego
muszą posiadać niską wilgotność
powinny odznaczać się wytrzymałością na ciśnienie w temperaturze od 800 - 10000 C.
Kształt i własności brykietów jest związany z rodzajem prasy, w której zostały utworzone. Najbardziej typowe kształty to:
graniastosłupowy
opływowy
Wymagania jakościowe stawiane brykietom są zmienne i w dużym stopniu zależą od przeznaczenia brykietów. Są one inne dla brykietów z węgla kamiennego inne dla brykietów z węgla brunatnego a jeszcze inne dla rud. Zakresy wymagań dla brykietów z poszczególnych materiałów są podane w normach PN-69/G-97081, PN-70/G-97031.
Literatura:
,,Poradnik Górnika tom 5” autor praca zbiorowa.
,,Operacje pomocnicze w przeróbce kopalin” autor Iwona Kuczyńska.
7