Разработка технологии подготовки и металлизации железорудного сырья Абаилского месторождения (ЮКО)

Разработка технологии подготовки и металлизации железорудного сырья Абаилского месторождения (ЮКО)

Наряду с крупными месторождениями – ССГПО и Лис.ГОКа в Казахстане расположены средние и небольшие месторождения железных руд, на базе которых могли бы быть созданы миниметаллургические заводы, продукция которых востребована в региональных строительных и промышленных организациях.

Однако металлургическая характеристика железных руд небольших месторождений недостаточно исследована [1]. Исходные составы разведанных запасов железных руд не соответствуют требованиям новых технологий, разработанных в Европейских странах [2].

В условиях перехода от сырьевой экономики к индустриальной становиться весьма актуальной проблема разработки новых технологий эффективной металлургической переработки местных сырьевых ресурсов Казахстана.

В целях реализации высокотехнологического процесса [3] применительно к Казахстанскому сырьевому ресурсу рассмотрены руды Абаилского месторождения со средним содержанием железа 49 – 50 % Fe. Анализы исходных образцов руд фракции 0-5 мм представлены в табл.1.

Таблица 1. Химический анализ двух проб материала

Материал Химический состав, %

 

Fe2O3

MnO

SiO2

CaO

MgO

Al2O3

SO3

P2O5

Гетитовая руда 1

71,5

1,25

8,82

1,85

1,62

1,32

0,08

0,50

Гетитовая руда 2

70,8

2,05

9,31

2,25

1,58

1,36

0,07

0,48

Одновременно пробы из этой кучи материалов исследованы на минералогический состав. Рентгенофазовый анализ на аппарате ДРОН-3 показал, что руда в основном состоит из гидрооксидов железа на гематитовый основе, т.е. минерал состоит из Fe2O3∙2H2O, представляет собой гидрогетит. В составе рудных минералов обнаружено также небольшое содержание минерала сидерита Fe3(CO3)2 – 3FeO∙2CO3. Гетитовая руда не обладает магнитными свойствами, поэтому не может быть обогащена посредством магнитной сепарации. Для обогащения руды и получения концентрата, прежде всего, необходимо произвести магнетизирующий обжиг. Предварительными расчетами определены тепловые затраты на разложение гидратов и карбонатов и преобразование гематита в магнитное состояние. При обжиге последовательно протекает процесс по следующим реакциям.

Fe2O3∙2H2O нагрев

Fe2O3+2H2O↑ (1)

Fe3(CO3)2 → 3FeO+2CO3 (2)

6Fe2O3 → 4Fe3O4+O2↑ (3)

Fe2O3 + FeO→ Fe3O4 (4)

Для реализации процессов была подготовлена лабораторная установка – вертикальная трубчатая электропечь, лабораторная герметическая ячейка с подводами и отводами газов. Герметическая ячейка была изготовлена из кварцевой трубки емкостью 2,0 кг руды. Из исходной руды фракции 0-5 мм массой по 2 кг была подготовлена шихта для обжига с добавками углеродсодержащих компонентов. Подготовленную шихту загружали в лабораторную ячейку, которую далее вводили в вертикальную трубчатую печь. Ячейка после соответствующей герметизации была соединена с измерительной аппаратурой и отводящими шлангами. Лабораторная установка представлена на рис. 1.

После установления ячейки в вертикальную трубчатую печь систему нагревали со скоростью 15-20 °С/мин. При достижении температуры 450 °С наблюдали выделение газа, далее с повышением температуры интенсивность выделения газа усиливалась. Печь набирала необходимую температуру

обжига за 45-55 мин. Температура обжига установлена на уровне 850-900 °С. После достижения заданного уровня температуры выдерживали систему в течении времени до прекращения выделения газа, что свидетельствовало о завершении процесса преобразования минералов. Продолжительность выдержки системы при постоянной температуре поддерживалась в пределах 20-30 мин в зависимости от массы загруженной в ячейку шихты. Материалы в ячейке охлаждали в герметичном состоянии до атмосферной температуры и только после этого их извлекали из ячейки.

Рис.1. Опытно-экспериментальный модуль

1 – корпус нагревательной печи; 2 – теплоизоляция; 3 – экран нагревателя; 4 – нагревательный

элемент; 5 – герметическая ячейка; 6 – огнеупорный стакан; 7 – шихта; 8 – графитовый стрежень; 9 – герметическая пробка; 10 – газоотвод

Извлеченный из ячейки рудный материал имел черный цвет и сразу подвергался взвешиванию. Потери массы загруженной руды колебались в пределах 15,5-16,5 % от исходной. Обожженный рудный материал представлен на рис. 2.

Переход от желтого в черный цвет означает завершение процессов разложения реакцией перехода гематита в магнетит. Обожженный и охлажденный рудный материал фракции 0-5 мм далее подвергали исследованию с целью определения химического и минерального составов, а также физико-химических характеристик. Обжиг руды такой фракции может быть осуществлен во вращающейся печи или в специально разработанной шахтной обжиговой печи, эффективность работы которой значительно превосходит вращающейся печи. Конструкция разработанной новой шахтной печи предусмотрена на рис. 3.

Рис. 2. Обожженный рудный материал

В шахтную печь 1 вводится газовый поток по подводящим соплам 2.

Рис. 3. Шахтная печь для обжига

Шахтная печь 1 состоит из газоподводящей трубы 2; циркуляционной зоны 3, стояка 4, плотного слоя концентрата 5, защитного конуса стояка 6, газоотвода 7, патрубка для загрузки концентрата 8, патрубка для выпуска обработанного концентрата 9

Из образующейся циркуляционной зоны 3 смесь концентрата и газа поступает в стояк 4 и пневмотранспортируется вверх, выходит через верхний торец, ударяясь о поверхность защитного конуса 6 сначала направляется вниз. Твердые частицы падают на поверхность засыпи, а газ поднимается вверх и покидает пространство печи через газоотвод. Таким образом, плотный слой столба концентрата рециркулирует многократно (n раз) до тех пор, пока не достигнет заданную степень превращения R. Кратность n соответствует завершению процесса.

После достижения необходимой степени обработки, материал сохраняет свое сыпучее состояние и выпускается через выпускной патрубок 9 открытием соответствующего клапана.

Из обожженной и измельченной руды отбирали пробы материалов для проведения химического и минералогического составов. Полученные результаты анализа представлены в табл. 2.

Таблица 2. Химический состав обожженной руды

Наименование материала

 

Feобщ

FeO

MnO

SiO2

CaO

S

P

1

Обожженная руда

58,33

11,21

2,31

9,75

2,12

0,052

0,08

2

Обожженная руда

58,63

10,82

2,23

9,68

2,18

0,050

0,075

Химический состав, %

Как видно из данных табл. 2, содержание Feобщ и FeO существенно повысилось по сравнению с исходным составом руды, который представлен в табл. 1. Это происходило в основном за счет удаления летучих в виде Н2О и СО2. Зафиксированное в табл. 2 повышение концентрации FeO происходило за счет диссоциации гематита. Поэтому смесь FeO и Fe2O3 представляет собой магнетит

Fe2O3 + FeO→ Fe3O4. (5)

который обладает магнитными свойствами.

Как видно, образование Fe3O4 происходит за счет слияния массовых долей 0,69 Fe2O3; 0,3 FeO. На 1% FeO приходится 2,3 % Fe2O3 или 3,23% Fe3O4. в общей сложности содержание магнетита в обожженной руде колебалось в пределах 22-25%. В условиях его равномерного распределения в массе руды создается довольно хорошая магнитная проницаемость.

Рентгенофазовый анализ на аппарате ДРОН-3 показал отсутствие гидратов и сидерита. Вместо них на фоне появился магнетит. Апробация порошков на постоянном магните показала хорошую прилипаемость порошка. Таким образом в результате магнетизирующего обжига получен магнитный рудный материал. Разложение гидрогеттита с испарением гидратной влаги по реакции

Fe2O3∙2H2O нагрев  Fe2O3+2H2O(г)↑ (6)

сопровождается поглощением тепла на уровне Δi=4600 кДж/кг H2O. С учетом этого теплового эффекта расход тепла на магнетизирующий обжиг 1 кг руды составляет

Qр=ср∙tр+Δi; кДж/кг руды (7)

где ср – теплоемкость руды = 1,25 кДж/кг∙град; tр – температура обжига = 900 °С.

Подставляя значения соответствующих величин в уравнение, получим.

Qр=1,25∙900+4600=1125+4600=5725 кДж/кг (8)

Для обеспечения этого теплового расхода потребуется расход газа – теплоносителя

Vг 

тг

  • сг

, м3/кг (9)

где ηтг – коэффициент использования тепла газа = 0,7;

сг, tг – теплоемкость (кДж/м3∙град) и температура газа (°С).

Подставляя примерные значения величин ηтг = 0,7; сг = 1,6 и tг =1050°С, получим

Vã 

5725

0,7 1,6 1050

 5725  4,87 м3/кг

1176

В переcчете на 1 т руды расход газа составит 4870 м3/т руды.

Последовательность проведенных экспериментальных исследований, режим обжига могут быть перенесены на промышленные установки и агрегаты с получением аналогичных показателей материала.

Процесс магнитной сепарации проводили на лабораторном магнитном сепараторе. В процессе сепарации регулировали ток подвода в пределах 3,5-5 А. Всего проведено 4 опыта по 2 кг. Результаты разделения руды сильно не отличались по опытам и находились в пределах 78-82 % магнитного материала и 18-22 % немагнитного материала. В целом выход концентрата составлял 80 %, от массы обожженной руды на входе. Были определены насыпные массы концентрата и хвостов обогащения. Результаты измерения представлены в табл. 3.

Таблица 3. Насыпная масса образцов концентрата, и хвостов

Образцы материалов

Насыпная масса, кг/м3

Концентрат 1

3,12

Концентрат 2

3,10

Хвосты 1

2,62

Хвосты 2

2,65

Как видно, насыпная масса магнитного концентрата выше, чем обожженной руды, что связано с выделением немагнитного материала, содержащего большую часть пустой породы шлакообразующих.

В ходе проведения результатов и анализа концентратов отобранные пробы железорудного концентрата и хвостов были подвергнуты химическому анализу. Результаты анализов представлены в табл. 4.

Таблица 4. Химический состав концентрата хвостов обогащения

Наименование материалов

Химический состав, %

Feобщ

FeO

MnO

SiO2

CaO

S

P

Концентрат 1

68,4

7,31

2,83

6,22

0,61

0,05

0,07

Концентрат 2

68,56

8,52

2,63

5,82

0,72

0,02

0,05

Хвосты 1

57,59

5,38

2,15

8,95

1,95

0,06

0,15

Хвосты 2

58,20

6,01

2,42

9,36

2,02

0,05

0,18

Наряду с химическим анализом проведен общий спектральный анализ на 18 элементов.

Результаты спектрального анализа представлены в табл. 5.

Таблица 5. Элементарный состав пробы №1 (по результатам атомно-эмиссионного полуколичественного спектрального анализа)

Элемент

Концентрация, %

Fe

Основа

Mn

~ 1,0

Ca

≈ 0,5

Zn

0,003

Au

< 0,0001

Продолжение табл. 5

Элемент

Концентрация, %

Mg

0,03

Pb

0,015

Si

~ 1,0

Bi

0,0015

Ti

0,0005

Cu

0,05

Al

0,00035

Ag

0,0001

Cr

< 0,001

Pd

< 0,0001

Mo

0,0002

Sn

0,0001

Na

0,025

Из анализа результатов видно, что получен железорудный концентрат, удовлетворяющий требованиям металлургического производства. При организации массового производства такой концентрат может быть реализован как металлургическое сырье высокого качества.

Дальнейшее использование этого концентрата в зависимости от принимаемой технологии может быть осуществлено по нескольким направлениям.

  1. Производство офлюсованного агломерата.
  2. Производство неофлюсованных окатышей.
  3. Производство офлюсованных окатышей.
  4. Производство металлизованных окатышей и агломерата.
  5. Производство металлизованных брикетов.

Организация каждого производства может быть реализована в промышленных масштабах с выпуском соответствующей товарной продукции.

Все перечисленные способы относятся к получению окускованного и подготовленного железорудного сырья для производства чугуна и стали и предстпалвяют целый технологический комплекс, который осуществляется в последовательно расположенных и взаимно связанных агрегатах.

Осуществление комплекса процессов подготовки шихты на 100%-ном концентрате позволяет производить офлюсованные окатыши и агломераты при добавке к шихте флюсов и коксовой мелочи или угля. В качестве флюса может быть использован известняк с содержанием СаО≈52-54 %. В расчете на 100 кг концентрата расход флюса и коксовой мелочи составит на уровне 13,0 и 6,0 кг на 100 кг концентрата соответственно. При этом может быть произведен агломерат или окатыши со средним содержанием железа на уровне 60-61 %, что вполне удовлетворительно для организации непосредственно металлургических процессов.

Заключение. Проведены теоретические и экспериментальные исследования по определению металлургических характеристик железорудного сырья Абаилского месторождения. Полный химический и минералогический анализ железной руды позволил установить исходное качество руды, как немагнитный гетитовый материал. Выполнены работы по последовательным подготовкам и обработке руды по схеме: магнетизирующий обжиг – измельчение – магнитная сепарация – получение концентрата. По ходу выполнения экспериментальных работ, анализа полученных результатов установлено, что из исходной гетитовой руды после магнетизирующего обжига можно получит железорудный концентрат с содержанием железа 66-68 Fe, что соответствует требуемому качеству современного металлургического производства.

Разработана технологическая схема переработки концентрата в окускованное сырье.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Вегман Е.Ф., Гупта С.К., Литвиненко В.И. Металлургическая переработка железных руд. М.: Металлургия, 1990. – 376с.
  2. Зинягин Г.А., Колесников Б.П., Адмакин Ф.К., Пчелкин С.А., Поначевный А.А. Научно-техническое обеспечение процессов производства окатышей на ОЭМК //Сталь. – 1995. - №9. - С. 13 - 15.
  3. Тлеугабулов С.М. Теоретические положения прямого производства стали восстановительной плавкой. //Сталь. Москва, 2003. № 8. - С. 18 – 21.

 

Год: 2011
Город: Алматы
loading...