Ферритообразование в процессе агломерации

В процессе спекания офлюсованного железорудного сырья исходные компоненты его шихты претерпевают серию фазовых превращений и вступают в реакции, в результате которых формируется микроструктура готовых окатышей и агломератов, состоящая из рудных зерен и цементирующей их ферритно-силикатной связки. Оценить вклад каждой из этих реакции в процесс упрочнения сырья можно только при условии последовательного их рассмотрения в ходе спекания, систематизации и обобщения данных о продуктах этих реакций с учетом роли каждого компонента.

В составе руд и концентратов (основных исходных компонентов окускованного железорудного сырья), помимо рудных минералов являющихся носителями железа, содержатся нерудные минералы пустой породы (в большинстве своем силикаты), которые наряду с флюсующими добавками участвуют в формировании связок, определяющих упрочнение сырья на разных стадиях обжига. В зависимости от происхождения исходных руд и получаемых из них концентратов набор минералов пустой породы изменяется.

Химические элементы, входящие в состав нерудных минералов пустой породы становятся активными участниками твердофазных реакций в основном тогда, когда в процессе спекания разрушается кристаллическая решетка этих минералов.

В рудах и концентратах месторождений типа железистых кварцитов основным минералом пустой породы является кварц. В составе пустой породы Криворожского месторождения - (СевГОК и ЦГОК) кварц преобладает при практически полном отсутствии других нерудных минералов. В концентратах других месторождений (КМА, Лебединское и Михайловское) наряду с кварцем пустая порода содержит ряд других минералов (табл. 7.2).

Таблица 7.2

Температуры разложения и плавления минералов пустой породы руд и

концентратов типа железистых кварцитов (по Ф. М. Журавлеву)

Силикат

Температура разрушения кристаллической структуры исходной фазы, °С

Продукты разложения и температура их образования

Темпера­

тура

плавления,

°С

Примечания

Эгирин

980

-

980

Родусит

985

Гематит, эгирин

1000

Конституцион­ная вода удаляется одновременно с разрушением структуры

Зеленая слюда

930

Магнетит

1050

Биотит

1100-1180

Магнетит* (1180-1250) Магнетит (1300)

1250

Куммингтонит

900-1000

Гематит (до 1250) Магнетит* (1250-1350)

1350

Большая часть конституцион­ной воды удаляется при 567°С

Хлорит

750-850

Кристобалит (1050)

♦Магнетит с заниженным периодом решетки, который характеризуется содержанием MgO (1-5%) и АЬОз (1-6%).

Эти сопутствующие кварцу минералы, характеризующиеся различной температурой разложения и плавления (см. табл. 7.2) объединены в три основные группы: I - легкоплавкие (с температурой плавления 980-1100°С, - эгирин, родусит, зеленая слюда); II - со средней температурой плавления (близкой к 1250°С - слюды типа биотита с различным содержанием оксида магния); III - тугоплавкие (с температурой плавления 1350°С и более, - хлорит, куммингтонит). Большинство этих минералов содержит конституционную воду, удаление которой при нагреве сопровождается разрушением их кристаллической решетки с образованием аморфных веществ и небольшого количества новых кристаллических фаз. Отдельные минералы (эгирин) непосредственно переходят в расплав при температуре 980°С, другие - вначале разлагаются, а затем происходит плавление новообразований при более высокой температуре. Так, плавление зеленой слюды, разлагающейся при 930°С, происходит при 1050°С, а хлорит, разлагающийся при 750-860°С с образованием магнетита и кристобалита, плавится при 1350°С (см. табл. 7.2). Каждый из минералов, включаясь в реакции минералообразования, привносит в них ряд химических элементов (табл. 7.3). Носителями оксидов щелочных металлов являются легкоплавкие силикаты: натрия - эгирин и родусит, калия - зеленая слюда. Кроме того, в составе родусита и зеленой слюды присутствует MgO. Наиболее глиноземсодержащим является биотит, в меньшей степени хлорит. Тот и другой минерал содержат оксид магния, а куммингтонит является магнезиально-железистым силикатом и в большинстве случаев не содержит примесей других компонентов.

Таблица 7.3

Химический состав (% мае.) мономинеральных фракций силикатов в рудах

и концентратах типа железистых кварцитов (по Ф. М. Журавлеву)

Силикат

Fe

FeO

Fe203

Si02

аі2о3

MgO

CaO

MnO

Na20

K20

Ti02

H20

Эгирин

24,09

-

34,42

52,27

-

-

-

-

13,31

-

-

-

Родусит

17,70

5,91

18,78

56,0

-

11,74

-

-

6,52

-

-

1,05

Зеленая

слюда

19,14

4,90

21,90

52,50

0,70

5,25

-

-

0,26

10,1

5

0,04

4,30

Биотит

15,30

18,05

1,75

36,10

18,84

9,35

-

0,18

-

0,91

0,88

4,03

Кумминг­

тонит

30,19

38,80

-

51,56

-

6,87

0,25

0,07

-

-

-

2,45

Хлорит

22,51

24,44

5,00

43,77

12,50

5,35

-

-

-

-

8,94

Преобразование исходных минералов в минералы связок, образующихся на низкотемпературной (до 1200°С) стадии спекания окатышей, можно проследить, сопоставляя их химический состав (см. табл. 7.3, 7.4). Данные о химическом составе минералов связок полностью офлюсованных (СаО/БЮг = = 1,0-1,2) окатышей из концентрата Михайловского ГОКа, полученные по результатам рентгеноспектрального микрозондирования этих фаз свиде­тельствуют о том, что на низкотемпературной стадии спекания, когда образование новых фаз происходит в локальных микрообъемах, минералы, формирующиеся в связках, наследуют состав первичных нерудных минералов в пустой породе. Так, наличие калия в составе первичного расплава (ПР) свидетельствует о том, что источником образования такого расплава была зеленая слюда.

Таблица 7.4

Химический состав (% мае.) ферритных и силикатных фаз окатышей из концентрата Михайловского ГОКа прошедших низкотемпературную стадию

обжига (по Т. Я. Малышевой, Ф. М. Журавлеву)

Основность

окатышей

1И0°С

1200°С

фаза

Fc

SiO,

СаО

АЬОт

К20

фаза

Fe

St02

СаО

А1,Оя

К20

1.0

CF;

58,74:1.4

-

14 5±0 7

0.4±0 3

-

cf2

55.94:2,8

6.0±4,0

14,04:0,7

0,64:0,4

-

ПР

15,44:1.4

65.04:4 0

1 ,о±о. з

4,7±1.7

9.84:1,0

ПР

11,2±0.4

69.042,0

1,24:0,3

4,7±1,7

9,8±

1,0

-

-

-

-

-

CS

1,144) 4

50,04:1,8

48,14:1,7

-

-

1.2

CF:

58.74:1.4

-

14.5±0.7

0.444),3

-

CF:

55.942.8

6,044,0

14,04:0,7

0,64:0,4

-

ПР

15.44:1 4

65,043 0

1.(Ш)3

4,74:1,7

9 84:1,0

ПР

11.244)4

69 043,0

1,24:0,3

4,74:1,7

9,84:

1,0

-

-

-

-

-

-

CS

1,144),4

50,04:1,8

48,14:1,7

-

~

* C. F.. - полукальциевый феррит ПР - первичный щелочной расплав CS - волластонит

В результате к моменту разложения известняка, завершающегося при 1000°С, основным кремнийсодержащим минералом, способным включиться в реакции феррито - и силикатообразования, является кварц. Широкое распространение кварца в шихте и наличие плотных контактов с оксидами железа и кальция способствует образованию силикатных и ферритных связок с его участием в процессе твердофазных реакций. В микрообъемах с основностью, близкой к 1,0, формируется связка волластонитового состава, а с основностью, близкой к 2,0 - связка из кремнийсодержащего феррита (см. табл. 7.4). В этом феррите содержание кремнезема составляет 6% мае., а количество оксида кальция (14,5 % мае.). Это близко к характерному для полукальциевого феррита (14,9 % мае.).

Образование FeO-содержащих ферритов (или так называемых - тройных) является наиболее вероятным в условиях аглопроцесса, в системе СаО-РегОз - FeO. Тройные ферриты являются соединениями широкой области твердых растворов, прилегающей к полукальциевому ферриту - Ca0-2Fe203. Изменение их состава определяется различным содержанием FeO, как продукта восстановления гематита при высокотемпературном спекании.

Комментарии закрыты.