8.4.1 Кинетика окисления окатышей в изотермическом режиме

Исследование кинетики окисления магнетита в железорудных концентратах различного химического состава и физических характеристик представляет научный и практический интерес. Это обусловлено тем, что образующийся при этом гематит участвует в процессах спекания, включающих рекристаллизацию его зерен и реакции минералообразования с оксидами пустой породы.

В окислительных условиях при офлюсований концентратов это - ферриты кальция: однокальциевый феррит (СаБез04), двухкальциевый феррит (Ca2Fe205). дифферит кальция (CaFe407), а также монтичеллит [(Ca, Mg)Si04], геденбергит (CaFeSi206). Добавки твердого топлива усложняют процесс минералообразования в связи с тем, что в результате неполного горения углерода формируется восстановительная атмосфера и образуется вюстит (FeO), фаялит (Fe2Si04), железокальциевые оливины (CaOFeO*Si02). К этим кристаллическим фазам обычно примыкает стекловидно застывший шлак, состав которого зависит от локального скопления компонентов и температурных условий обработки. Частично могут сохраняться остатки непрореагировавших минералов из шихты, главным образом кварца и извести.

Методика исследования. Исследовали кинетику окисления окатышей полученных из магнетитовых концентратов, химическая и физическая характеристика которых приведена в таблицах 8.5 и 8.6. Они отличались содержанием железа (64,6%; 66,4% и 69,9%) и соответственно кремнезема (6,3%; 5,53% и 1,4%), а по физическим свойствам - удельной поверхностью (1680 см2/г, 1755 см2/г, 1600 см2/г) и содержанием фракции менее 0,044 мм.

Из этих концентратов были получены окатыши размером 9,5-18,0 мм. которые подвергались тепловой обработке на термогравиметрической установке продувом воздуха с изменяющимся содержанием кислорода (воздух, 10,5%; 5,2%; 2,1%). Объем воздуха составлял: ПО, 55, 27 и 14 см3/с. Варьировали также температуру от 400°С до 1000°С и гранулометрический состав концентрата.

Степень окисления рассчитывали по отношению увеличения массы окатыша к теоретически возможной массе кислорода для окисления. Экспериментальные данные приведены на рисунках 8.5 и 8.8. Видно, что при снижении расхода воздуха и содержания кислорода в теплоносителе, низкой температуре и концентрате с повышенным содержанием крупных фракций скорость окисления магнетита в окатышах уменьшается.

Первые следы окисления естественного магнетита наблюдаются при температуре 150-200°С. Но только при температуре около 400°С окисление становится очевидным (рис. 8.5-8.6). Однако уже на начальных стадиях процесса сказываются различия в свойствах концентратов.

Различия в скоростях окисления связаны с окисленостью магнетита. Чем в большей мере мольное отношение железа к кислороду магнетита удалено от стехиометрического, тем интенсивнее окисляется магнетит. Окисленность магнетита является показателем дефектности кристаллической решетки магнетита, ее активности к химическому взаимодействию.

Окисление происходит двухступенчато: вместе с магнетитом образуется изоструктурный магнитный маггемит (у-РегОз), который при нагревании до более высокой температуры превращается в парамагнитный гексагональный

гематит (а-Ре2Оз). Он термически устойчив только до 1370-1400°С, а при нагреве до более высокой температуры диссоциирует до магнетита.

Пронесе окисления магнетита может быть объяснен следующим образом. При низкой температуре появившийся маггемит способствует образованию непрерывного ряда твердых растворов с магнетитом, в которых постепенно увеличивается содержание маггемита. При повышении температуры маггемит превращается в гематит, который также до определенной степени растворяется в маггемите. При температуре более 600°С когда скорость окисления достаточно высока при превышении границы растворимости гематита в магнетите появляется свободный гематит. Дальнейшее нагревание выше 800°С приводит к полному превращению в гематит.