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

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

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

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.