Брикетирование

Брикетирование — это технологический процесс переработки сыпучих, пылевидных или мелкозернистых материалов в куски правильной геометрической формы (брикеты) путём механического сжатия под высоким давлением, часто с добавлением связующих веществ или без них. Целью брикетирования является увеличение плотности, улучшение транспортных и потребительских свойств, снижение пылеобразования и потерь материала при хранении, а также придание ему стандартизированной формы, удобной для дальнейшего использования (например, в металлургии, энергетике, химической промышленности или быту).

История

Первые упоминания о брикетировании относятся к середине XIX века, когда в Европе начали прессовать торф и каменный уголь для повышения их теплотворной способности и удобства транспортировки. В 1850-х годах немецкий инженер Карл Эрнст фон Энгельгардт разработал один из первых промышленных прессов для угольных брикетов. В России брикетирование угля получило развитие в конце XIX — начале XX века, особенно в Донбассе и Подмосковном угольном бассейне. В советский период технология активно применялась для утилизации отходов металлургического и горнорудного производства, а также для производства брикетов из торфа, используемых в качестве топлива для электростанций и бытовых нужд. В 1930-е годы были введены в эксплуатацию первые крупные брикетные фабрики на Урале и в Сибири. С середины XX века брикетирование стало применяться для переработки древесных отходов (опилок, стружки) в топливные брикеты (пеллеты и брикеты типа «Руф»), а также для утилизации металлургической пыли и шламов.

Сырьё для брикетирования

Брикетированию подвергают широкий спектр материалов, которые можно разделить на несколько категорий:

• Топливное сырьё: каменный и бурый уголь, торф, коксовая мелочь, древесные отходы (опилки, щепа, кора), растительные остатки (лузга подсолнечника, солома, шелуха риса), а также отходы углеобогащения.
• Рудное и металлургическое сырьё: железорудные концентраты, колошниковая пыль, окалина, шламы, шлаки, а также мелкая фракция руд цветных металлов.
• Химическое и минеральное сырьё: калийные и фосфорные удобрения, соли, известь, цемент, гипс, графит, сажа, а также отходы химических производств.
• Бытовые и промышленные отходы: твёрдые коммунальные отходы (после сортировки), резиновая крошка, полимеры, бумага и картон.

Классификация брикетов

Брикеты классифицируют по нескольким признакам:

По форме и размеру

• Цилиндрические — наиболее распространённая форма, получаемая на штемпельных прессах (диаметр от 20 до 150 мм, длина до 300 мм).
• Прямоугольные (кирпичики) — часто используются для топливных брикетов из угля или торфа, удобны для штабелирования.
• Сферические (шарообразные) — реже встречаются, обычно для химических продуктов.
• Таблетированные — мелкие брикеты (диаметром 5–30 мм), применяемые в фармацевтике и пищевой промышленности.

По типу связующего

• Без связующего — брикетирование за счёт естественной когезии частиц под высоким давлением (например, для некоторых видов угля, торфа, древесины).
• С органическими связующими — используются битумы, каменноугольный пек, лигносульфонаты, крахмал, парафин, полимеры.
• С неорганическими связующими — цемент, известь, жидкое стекло, глина, бентонит.

По назначению

• Топливные — для сжигания в котлах, печах, каминах, на ТЭС.
• Металлургические — для использования в доменных печах, конвертерах, электропечах (например, офлюсованные брикеты для выплавки чугуна).
• Агломерационные — для последующей переработки в агломерате.
• Удобрительные — для сельского хозяйства (медленно растворимые формы удобрений).
• Бытовые — для отопления частных домов, мангалов, грилей.

Технология и оборудование

Процесс брикетирования включает несколько стадий: подготовку сырья (дробление, сушка, смешивание со связующим), дозирование, прессование и охлаждение (или сушку) готовых брикетов. Основные типы прессов:

• Штемпельные (механические) прессы — работают по принципу возвратно-поступательного движения пуансона, сжимающего материал в матрице. Давление достигает 100–200 МПа. Используются для угля, торфа, древесных отходов. Производительность — до 10–20 т/ч.
• Валковые прессы — материал подаётся между двумя вращающимися валками с углублениями (ячейками), где происходит сжатие. Давление — до 50–150 МПа. Применяются для руд, концентратов, химических продуктов. Обеспечивают высокую производительность (до 100 т/ч).
• Шнековые (экструзионные) прессы — материал продавливается шнеком через фильеру, формируя непрерывный брикет, который затем разрезается. Используются для древесных опилок, торфа, полимеров. Давление — до 30–100 МПа.
• Гидравлические прессы — обеспечивают высокое и равномерное давление (до 300 МПа), но имеют меньшую производительность. Применяются для сложных смесей и специальных брикетов.

Применение в различных отраслях

Металлургия

В чёрной и цветной металлургии брикетирование используется для утилизации отходов (пыли, шламов, окалины) и возврата их в производство. Железорудные брикеты, офлюсованные известью или доломитом, загружаются в доменные печи, что снижает расход кокса и повышает производительность. В России брикетирование металлургических отходов активно применяется на комбинатах в Магнитогорске, Новокузнецке, Череповце.

Энергетика

Топливные брикеты из угля, торфа и древесины используются на ТЭС, в котельных и для бытового отопления. Брикетирование позволяет сжигать низкосортные угли (бурые, с высоким содержанием золы) и отходы углеобогащения, которые в исходном виде неэффективны или опасны из-за пыления. В России крупные производители угольных брикетов расположены в Кемеровской области, Красноярском крае, Ростовской области.

Химическая промышленность

Брикетирование применяется для производства удобрений (например, калийных солей, суперфосфата), моющих средств, солей, катализаторов. Брикеты удобны для дозирования, транспортировки и хранения, снижают потери от пыления.

Сельское хозяйство

Из растительных отходов (лузги, соломы) производят топливные брикеты для отопления теплиц, зерносушилок, животноводческих ферм. Также брикетируют кормовые добавки (травяную муку, жмых) для облегчения раздачи скоту.

Бытовое использование

Древесные топливные брикеты (евродрова) популярны для отопления частных домов, бань, каминов. Они имеют высокую теплотворность (до 4,5–5 кВт·ч/кг), низкую зольность (менее 1–2%) и длительное время горения. В России производство таких брикетов развито в лесных регионах (Архангельская, Вологодская, Кировская области, Красноярский край).

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Увеличение насыпной плотности в 2–5 раз, что снижает затраты на транспортировку и хранение.
• Снижение пылеобразования (до 90–95%), улучшение экологической обстановки на производстве и вблизи мест хранения.
• Возможность утилизации отходов и низкосортного сырья, вовлечение их в хозяйственный оборот.
• Стандартизация формы и размера, упрощение автоматизации погрузки и дозирования.
• Повышение теплотворной способности (для топливных брикетов) за счёт удаления влаги и уплотнения.

Недостатки

• Высокие капитальные затраты на оборудование (прессы, сушилки, смесители) и энергопотребление.
• Необходимость подбора связующих веществ для некоторых видов сырья, что увеличивает себестоимость.
• Ограничения по влажности исходного материала (обычно не более 15–20% для эффективного брикетирования).
• Возможное разрушение брикетов при длительном хранении во влажной среде (особенно для неофлюсованных угольных брикетов).

Экологические аспекты

Брикетирование способствует снижению загрязнения окружающей среды за счёт уменьшения выбросов пыли при хранении и транспортировке сыпучих материалов. В металлургии оно позволяет возвращать в производство ценные компоненты (железо, углерод), сокращая объём отходов, направляемых на полигоны. Топливные брикеты из древесных отходов являются возобновляемым источником энергии и считаются углеродно-нейтральными (при сжигании выделяется столько же CO₂, сколько было поглощено растением при росте). Однако сам процесс брикетирования требует энергозатрат, а использование синтетических связующих может создавать дополнительные выбросы при сжигании.

Брикетирование в России

В России брикетирование имеет долгую историю и значительное промышленное применение. Крупнейшие центры брикетирования угля находятся в Кузбассе (Кемеровская область), где действуют фабрики по переработке угольной мелочи и шламов. В Красноярском крае и Иркутской области развито брикетирование бурого угля. Производство древесных топливных брикетов сосредоточено в лесопромышленных регионах: Архангельской, Вологодской, Кировской, Ленинградской областях, а также в Республике Карелия и Пермском крае. В металлургии брикетирование отходов применяется на многих крупных комбинатах, в том числе на предприятиях «Северстали», «Магнитогорского металлургического комбината», «Евраз» и «Новолипецкого металлургического комбината». В последние годы растёт интерес к брикетированию твёрдых коммунальных отходов для получения топлива (RDF-брикеты), однако эта технология пока не получила широкого распространения в России из-за сложностей с сортировкой и экологическими нормами.

Источники

1. Гуревич М. А., Козлов В. А. «Брикетирование углей и руд». — М.: Металлургия, 1985.
2. Справочник по брикетированию / Под ред. В. И. Коробова. — М.: Недра, 1991.
3. Технология брикетирования в металлургии и энергетике: учебное пособие / Под ред. А. М. Беленького. — Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008.
4. ГОСТ Р 55108-2012 «Брикеты топливные из древесных отходов. Технические условия».
5. Материалы отраслевых конференций «Брикетирование и окускование» (2015–2023 гг.).
6. Данные Министерства энергетики РФ о производстве топливных брикетов (2022–2024 гг.).