Упрочняющие добавки могут быть минеральными (бентонито­вые глины, гашеная известь, мел, хлористый кальций, хлористый натрий, сульфат железа) и органическими (щелочно-спиртовая барда, торф, соевая мука, крахмал и другие).

Органические упрочняющие добавки являются дорогими и де­фицитными и поэтому в промышленном производстве, как прави­ло, не применяются. Однако испытания органических добавок про­должаются. Так, в США проведены опыты по получению окаты­шей из таконитового концентрата с применением воздушносухого торфа, обработанного водным раствором едкого натра. Добавка торфа составляла 0,6—0,8% и едкого натра 0,05% от веса кон­центрата. Прочность сырых окатышей при этом находилась в пределах 1,8—2,7 кг на окатыш. Испытания сырых окатышей при быстром нагреве до 500° С дали также положительные результаты.

Наибольшее распространение для упрочнения окатышей полу­чил бентонит. Расход его составляет 0,5—0,8% от веса шихты. При добавке к бентониту кальцинированной соды в количестве 0,1% от веса шихты расход бентонита можно снизить в 2—

2,5 раза.

Для равномерного распределения в шихте и быстрого образо­вания в формирующемся сыром окатыше коллоидного раствора упрочняющие добавки в основном должны быть не крупнее 0,074 мм, что подтверждено промышленными данными [36].

Ввод в шихту известняка крупнее 0,1 мм снижает прочность и стойкость обожженных окатышей при длительном хранении. Допустимая крупность возврата и железофлюса может быть выше и зависит от количества этих добавок [57].

В сухом окатыше упрочняющая добавка распределяется во­круг контактов отдельных зерен, которая во время обжига сни­жает температуру размягчения его и способствует образованию шлаковой связки.

Относительное влияние различных упрочняющих добавок на свойства окатышей из мальмбергетского концентрата (Швеция) крупностью 90% класса —0,048 мм (71% железа) приведено в табл. 5. На рис. 6 показано влияние упрочняющих добавок на со­противление сжатию сырых окатышей из концентратов ЮГОК

крупностью 60% класса —0,05 мм (59% железа, 13,5% кремне­зема).

Бентонитовые глины. Группа бентонитовых (отбеливающих) глин относится к морским осадочным (элювиальным) глинам, об­разовавшимся в результате геологических изменений лав, их пеп-

лов и туфов. По химическому со­ставу они обычно характеризу­ются колеблющимся содержа­нием в них кремнезема (46— 78%) и глинозема (10—15%), высоким содержанием окиси магния (до 6—7%), окиси каль­ция (до 8%) и адсорбционной воды. Минеральный состав бен­тонита, отличающийся сложно­стью и значительным постоян­ством, дает более полную техни­ческую характеристику, чем хи­мический состав. Основной со­ставляющей бентонитовых глин является минерал монтморилло­нит А1203 • 4 Si02 • ЗН20, который образует чрезвычайно мелкие листочки, чешуйки и волокнооб­разные выделения, придающие глине повышенную сорбционную емкость в связи с большой их удельной поверхностью (600— 900 м2/г).

Особенностью минералов монтмориллонитовой группы яв­ляется способность их кристал­лических решеток к расширению, связанная с их молекулярной структурой.

Если к глине добавить воды больше, чем она способна погло­тить, то образуется коллоидный раствор. Вода, поглощенная бентонитом, удерживается им с различной силой. Наиболее легко удаляется капиллярная вода — свободная и адсорбированная (гигроскопическая). Для этого достаточно нагреть материал до 120° С. Межпакетная (цеолитная) влага испаряется при темпера­туре 200—300° С.

Потеря капиллярной и цеолитной воды является обратимым процессом и при повторном увлажнении свойства бентонита вос­станавливаются. Нагревание бентонита до температуры выше 600—700° С приводит к потере конституционной воды, входящей в состав молекул минералов. При этом бентонит безвозвратно теряет свою способность к набуханию. Сушка бентонитов допу­скается при температуре не выше 300° С, а чтобы связующие

свойства их не ухудшились, сушку следует вести при температуре 120—150° С.

Глинистые минералы обладают способностью отдавать в вод­ный раствор положительно заряженные ионы взамен поглощен­ных катионов. Эта реакция ионного обмена протекает в эквива­лентных количествах и в большинстве случаев, обратима. Общий обменный комплекс колеблется для различных групп минералов в следующих пределах (мг-эквивалент на 100 г сухой глины): монтмориллонитов — 60—120, гидрослюд 30—40, каолинитов — 3—15. В зависимости от преобладания того или иного катиона в поглощенном комплексе различают натриевые, кальциевые, же­лезные и другие бентониты.

Наиболее гидрофильны, пластичны, водонепроницаемы и хо­рошо набухают глины с одновалентными катионами — щелочные, натриевые и калиевые бентониты. Они набухают в 12 раз силь­нее, чем железные и в 10 раз сильнее, чем кальциевые. В водных растворах щелочные бентониты образуют 70—90% коллоидных ча­стиц размером меньше 1,5 мк, а щелочноземельные бентониты — только 30—40%.

Естественные щелочноземельные бентониты можно превратить в искусственные щелочные при обработке (активации) их щелоч­ными растворами.

В СССР эксплуатируется более 13 месторождений бентонитов [41]. Запасы бентонитов в основном представлены щелочнозе­мельными (кальциевыми) разностями. Щелочные (натриевые) бентониты редко образуют большие залежи. Поэтому необходи­ма селективная добыча бентонитов с извлечением высококачест­венных разновидностей.

При окомковании железорудных концентратов лучшие резуль­таты получены с бентонитами Огланлинского и Сырыгюхского ме­сторождений.

Подготовка бентонитов состоит в сушке, дроблении, измельче­нии и упаковке готовой продукции.

Качество бентонитов определяет прочность сырых и под­сушенных окатышей. Однако такой вид испытания требует значи­тельного "количества материала, времени и оборудования. За ру­бежом разработана методика определения пригодности бентони­тов в качестве связующего при окомковании железорудных концентратов, основанная на измерении величины дзета-потенциа­ла, характеризующего катионный обменный комплекс бентонита. Установлено, что чем больше отрицательное значение дзета-потен­циала, тем выше прочность сырых и подсушенных окатышей.

Дзета-потенциал бентонита определяется методом электрофо­реза в сосуде из органического стекла. Рабочий канал сосуда имеет диаметр 4,4 мм и длину 105 мм. Один электрод изготовлен из платины, другой из молибдена. На электроды подается элек­трический ток напряжением 65—100 в и силой 10—15 мка. Сосуд заполняется 0,01 н. раствором хлористого калия, в который поме­щаются частицы исследуемого материала. Наблюдая в микро­скоп за движением этих частиц под действием электрического тока, определяют скорость движения и знак их заряда. Зная сте­пень кислотности среды (концентрацию ионов водорода), ско­рость движения частиц, знак их заряда и напряжение постоянного тока, расчетом находят величину дзета-потенциала.

Наиболее пригодны для упрочнения окатышей бентониты, имеющие дзета-потенциал в пределах 30—34 мв. Такие бентони­ты при расходе их 4,8 кг/т концентрата увеличивают прочность на раздавливание сырых окатышей с 1,6 до 3,5—3,8 кГ/окатыш и подсушенных — с 7 до 12—14 кГ/окатыш. Сырые окатыши влажностью 9,8% выдерживают при этом И—15 падений с высо­ты 457 мм. Без добавки бентонита сырые окатыши выдерживают всего 5,5 падений с этой высоты.

Применяя различные добавки к бентониту, можно улучшить его качество (повысить отрицательный дзета-потенциал) и повы­сить прочность необожженных окатышей.

Бентониты Курцевского и Азкамарского месторождений СССР имеют дзета-потенциал 16—17 мв. Поэтому требуется активация этих бентонитов щелочными добавками или более высокий их расход при окомковании, чем бентонитов с дзета-потенциалом равным 30—34 мв.

Другими показателями пригодности бентонитов для упрочне­ния окатышей является вязкость и коллоидность их суспензий. При определении вязкости берут 500 мл дистиллированной воды, в нее засыпают 34 г порошка бентонита, затем смесь выливают в смеситель, куда добавляют еще 66 мл дистиллированной воды, после чего производят перемешивание суспензии в течение 5 мин. Суспензию переводят в конусообразный сосуд диаметром основа­ния 143 мм и длиной образующей 320 мм. Сосуд имеет насадку длиной 50 мм и диаметром 4 мм. Вязкость суспензии бентонита определяют по времени истечения ее через насадку. Для бентони­тов, пригодных для упрочнения окатышей, это время должно быть не менее 25 сек.

Для определения коллоидности суспензии бентонита берут навеску 10 г, смешивают ее в течение 5 мин с 500 мл дистилли­рованной воды. Полученная суспензия отстаивается в пробирке в течение 18 ч. Прозрачный раствор сливается и оставшийся оса­док высушивается. Отношение веса твердого осадка, к весу бен­тонита, использованного для приготовления суспензии, является показателем коллоидности. Бентониты, пригодные для упрочне­ния окатышей, имеют коллоидность выше 80.

Набухаемость бентонита определяют следующим образом. Мерный цилиндр емкостью 100 мл взвешивают. В цилиндр засы­пают 2 г бентонита влажностью 5—8%, замеряют высоту засы­панного материала и цилиндр вновь взвешивают. В цилиндр заливают дистиллированную воду комнатной температуры до 100 мм и опять взвешивают. Затем цилиндр закрывают резиновой
пробкой и взбалтывают. Через 24 ч отстоявшуюся воду осторож­но отсифонивают, замеряют высоту осадка, цилиндр с осадком взвешивают и вычисляют во сколько раз вес и объем осадка больше веса и объема первоначально взятой пробы. Изменение веса характеризует собой набухаемость бентонита, а объем после набухания (в см3), отнесенный к весу бентонита (в г), характе­ризует объем набухания.

Определение бентонитового числа производится следующим образом. Навеску 4 г высушенного, измельченного и просеянного бентонита и навеску 0,2 г MgO помещают в фарфоровую ступку и смачивают небольшим количеством воды комнатной темпера­туры (из заранее отмеренных 100 см3). Тестообразную массу растирают пестиком и постепенно в нее добавляют воду до полу­чения суспензии, которую из ступки сливают в градуированный цилиндр с пробкой. Ступку смывают остатком воды. Цилиндр с суспензией взбалтывают и оставляют в покое на 24 ч. Вычитая из 100 объем отстоявшейся в цилиндре жидкости, получают бен­тонитовое число.

Характеристика бентонитов, пригодных для упрочнения ока­тышей:

Увеличение объема при набухании не менее чем в 20 раз

В бентонитах не должно быть посторонних примесей. Бенто­нитовые порошки целесообразно перевозить в вагонах типа це­ментовозов и пневмотранспортом подавать их в расходные бун­кера фабрики окомкования.

Глава II