1. Железорудные концентраты

Шихта для получения офлюсованных железорудных окатышей обычно состоит из железного тонкоизмельченного концентрата одной или нескольких разновидностей, флюсующей и упрочняю­щей добавок, оборотного продукта (возврата) и воды. В специ­альных случаях (при обжиге в шахтных печах и для частичного восстановления окатышей) в шихту добавляют различные коли­чества твердого тонкомолотого топлива. Шихта для окомкования содержит не менее 75—80% концентрата, поэтому его химический гранулометрический и фазовый составы, величина удельной по­верхности, температура начала и интервал размягчения оказы­вают большое влияние на качество получаемых сырых и обожжен­ных окатышей и производительность технологического оборудо­вания. Гранулометрический состав концентрата является основ­ным критерием пригодности его для окомкования.

Характеристика концентратов, применяемых в Швеции для получения окатышей, приведена в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика концентратов, применяемых на окомковательных фабриках

в Швеции

	Содержание, %	Удельная поверхность, см*/г	Влажность концентра­та, %
Фабрика	железа	тонких фракций
«Бодае»...................................	68—69	70% класса — 0,048 мм	1660	7
«Стросса»...............................	69—70	85% класса — 0,074 мм	2100—2300	8
«Мальмбергет» .....................	71—71,5	75% класса — 0,044 мм	1800—1900	8,5

По мнению шведских специалистов, для окомкования пригод­ны концентраты, содержащие не менее 70% класса —0,044 мм и имеющие удельную поверхность 1660—2300 см2/г.

Для производства окатышей в США и Канаде применяют главным образом магнетитовые концентраты, однако в последнее время начали окомковывать (после доизмельчения) флотацион­ные и гравитационные гематитовые концентраты.

Обычно в магнетитовом, смешанном и гематитовом концентра­тах, направляемых на окомкование, содержание класса —0,043 мм составляет в среднем 75%.

Гранулометрический состав концентратов флотационного и гравитационного обогащения приведен в табл. 2.

Таблица 2 Гранулометрический состав железорудных концентратов, % Класс, мм Фабрика 4-0.5 0,5-0,2 0,2-0,1 0,1-0,6 0,06-0,044 —0,044 «Кэрол Лейк» (Канада) Концентрат: рядовой................................ 3,5 29,5 43,0 15,6 8,^ с доизмельченный.................. — — 3,8 7,8 6,8 81,7 «Уобуш Лейк» (Канада) Концентрат: рядовой................................ 7,0 45,0 40,8 6,5 доизмельченный................... — — 3,5 8,3 5,2 83,0 Маркона (Перу)........................... — 0,6 2,4 9,6 12,2 75,2 «Ризерв Майнинг» (Сильвер Бей, США)........................... 19,0 81,0

На фабрике «Ханна» в Гровленде (штат Мичиган, США) по­лучают флотационный концентрат, содержащий 50% класса —0,043 мм. Перед окомкованием его доизмельчают в шаровых мельницах до содержания 80—85% этого класса.

В начальный период освоения обогащения бедных железных руд считали, что для успешного окомкования достаточна круп­ность концентрата 80% класса —0,074 мм. Примерно на такую тонину концентрата ориентировались при проектировании первой опытной промышленной окомковательной установки на Криво­рожском Южном горно-обогатительном комбинате.

При освоении окомковательной фабрики на Соколовско-Сар - байском горно-обогатительном комбинате попытки получить ока­тыши из концентрата с содержанием не более 70—75% класса —0,074 мм не дали положительных результатов. Процесс окомко­вания протекал удовлетворительно при крупности концентрата не менее 89—90% класса —0,074 мм.

Исследованиями установлено, что между прочностью окаты­шей и удельной поверхностью концентрата имеется более про­стая зависимость, чем зависимость между прочностью окатышей и содержанием тонких фракций в концентрате, (рис. 1).

Прочность сырых окатышей на удар, оцениваемая или по ко­личеству падений их на стальную плиту с высоты 300 мм до раз­рушения, или по максимальной высоте падения, повышается с увеличением содержания тонких фракций в концентрате (рис. 2). Это объясняется увеличением пластичности окатышей. Наряду с

Рис. 1. Зависимость прочности сырых окатышей на раздавливание от содержания тонких фракций в концентрате (а) и от удельной поверх­ности (б), а также зависимость между удельной поверхностью концен­трата и содержанием в нем тонких фракций (в): 1 — фракция —0,04 мм [13]; 2 — фракция —0,05 мм [52]; 3 — фракция —0,053 мм [67]; 4 — фракция —0,03 мм [14]; 5 — фракция —0,05 мм [14]

гранулометрической характеристикой материала важное значе­ние имеет форма его зерен после измельчения. В частности, кри­сталлический гематит благодаря пластинчатому строению окаты­вается хуже, чем магнетитовый концентрат.

Магнетитовые концентраты имеют остроугольные, неправиль­ной формы зерна, которые соединяются в цепочки магнитным при­тяжением, что повышает их комкуемость. Флотационные гемати - товые концентраты состоят из частиц, покрытых гидрофобной пленкой реагентов. Это, а также удаление самых тонких частиц (мельче 0,005—0,01 мм) при обесшламливании значительно сни­жает способность флотационных концентратов к окомкованию.

Гидрофильные свойства флотационных концентратов можно увеличить путем отмывки или окисления реагентов или доизмель - чением материала. Наиболее существенно увеличивается комкуе-

 

2 3 ¥ 5 7 10 20 30 40 $0 /00 200

Размер частиц, мк

Рис. 4. Изменение прочности на раз-
давливание сырых окатышей из кон-
центратов магнитного и флотационного
обогащения при подсушке:

1, 2, и 3 — соответственно исходный и доиз - мельченный до содержания 60 и 75% фракции —0.04 мм магнетитовый концентрат; 4, 5 и

6 — соответственно исходный и доизмельчен - ный до содержания 64 и 77% фракции —0,05 мм концентрат прямой флотации;

7 и 8 — соответственно концентраты обратной

флотации и магнитно-флотационный

—0,05 мм, до 40—60 кГ/окатыш необходим обжиг при темпера­туре 1380—1400° С. Окатыши из доизмельченного флотационного концентрата, содержащего 77% класса —0,05 мм, имеют проч­ность 100—120 кГ/окатыш после обжига при температуре 1200° С.

Большое значение для процесса окомкования имеет также со­стояние поверхности частиц концентрата. Свежеобразованная при измельчении поверхность частиц имеет неупорядоченное распо­ложение молекул, аморфна и активна в отношении явлений адге­зии (прилипания). Поверхностная активность концентратов сни­жается при наличии флотационных реагентов на их зернах, во время сушки или длительной (в течение нескольких суток) вы­держки на складе.

Важное значение для получения сырых окатышей высокого качества имеет влажность концентратов. Оптимальной влаж­ностью шихты является такое содержание в ней воды, при кото­ром наблюдается максимальный выход окатышей заданного раз­мера. В Швеции и США на окомкование направляют концентра­ты, содержащие влаги соответственно 7—8,5 и 9—10%. При этом допускаются колебания влажности не более 0,2—0,25%.

На Соколовско-Сарбайском горно-обогатительном комбинате в результате тщательного контроля за постоянством тонины помо­ла руды и усреднением концентрата на складе обеспечивается средняя влажность концентрата 9,6% (±0,15%).

Технологические схемы производства офлюсованных окатышей предусматривают приготовление шихты из влажных концентратов, сухих тонкоизмельченных флюсов и упрочняющих добавок. После смешивания мокрых и сухих материалов общее содержание вла­ги в шихте получается равным или меньше оптимальной влажно­сти шихты.

Оптимальная влажность шихты зависит от тонины помола и состояния поверхности зерен концентрата, химического и мине­ралогического состава его и может значительно отличаться для различных материалов.

Оптимальная влажность рудных материалов для окомкования

Материал Влажность, %

Магнетитовый концентрат ЮГОК (60% класса —0,05 мм) 9±0,5 То же, ЦГОК (65—72% класса —0,05 мм) ...... 9±0,2

» ССГОК (75—80% класса —0,074 мм)....................... 8,5 ±0,2

» ССГОК (85—90% класса —0,074 мм)............................. 9,25±0,25

Гематитовый флотоконцентрат (60% класса —0,05 мм) . 9,5^0,5

То же, (64?6 класса —0,05 мм)................................................ 9,25±0,25

» (77% класса —0,05 мм)............................................... 8 ±0,5

Магнитно-флотационный концентрат (70% класса —0,05 мм) 7,75±0,25 Концентрат обратной флотации (70% класса —0,05 мм) . 8,3±0,5

Бурые железняки (80% класса —0,15 мм) . .'............................... 22,5±2,5

Пиритные огарки (80% класса —0,2 мм)................................... 17,5-1-2,5

При изучении пригодности тонкоизмельченных концентратов для получения окатышей определяют также температуру начала

и температурный интервал размягчения составляющих шихты, содержание летучих и температурные интервалы их выделения, а также теплофизические характеристики (теплоемкость, тепло - и температуропроводность). Эти свойства на процесс получения сырых окатышей не влияют, но определяют режим их нагрева при упрочняющем обжиге.

Температуру начала и температурный интервал размягчения определяют для выявления максимальных температур обжига. Температура начала размягчения одних и тех же материалов в восстановительной среде на 100—200° С ниже, чем в окислитель­ной. Богатые концентраты имеют больший интервал температур размягчения (рис. 5) [67]. Добавка известняка снижает темпера­туру начала размягчения и сужает интервал температур размяг­чения железорудных материалов.

Значения оптимальных температур обжига окатышей, опреде­ленных опытным путем для различных материалов, приведены

Оптимальная температура обжига окатышей
из различных шихт

Температура, °С

Магнетитовий концентрат ЮГОК (60,3% Fe, 14,9 Si02) . 1325 + 25

Тоже, 15% известняка. ............................................................ 1240±10

То же, 25% известняка............................................................. 1215 ±15

Магнетитовый концентрат ССГОК (63,2% Fe, 7,8 Si02,

2,3% А1203, 1,8% СаО)........................................................... 1305±105

То же, 8,5% известняка............................................................ 1280±80

То же, 10% ожелезненной извести (29% Fe, 48% СаО) . 1280±80

Магнетитовые концентраты из магнитогорских и соколов- ско-сарбайских руд с основностью 1,2 (крупность

—0,2 мм, 60 % Fe, 8,7% Si02, 1,9% СаО)........................... 1260±40

Магнетитовый концентрат ЮГОК (62% Fe, 12% Si02) . 1350±50

То же, 15% известняка.......................................................... 1335±35

То же, 20% известняка.......................................................... 1265 ±15

Магнетитовый концентрат Лебединского ГОК (КМ А)

(67,7% Fe, 4,9 Si02) с 15% известняка................................. 1320±60

То же, Михайловского ГОК (63,8% Fe, 7,5% Si02) 15%

известняка.............................................................................. 1315 ± 65

Флотационный концентрат (62,5% Fe, 8,25% Si02) . . . 1414±35

То же, 0,5% бентонита и 3% извести................................. 1355±25

То же, 0,5% бентонита и 15% известняка......................... 1245±15

То же, 0,5% бентонита и 15% известняка (доизмельчен-

ный 77%—0,05 мм) ............................................................. 1210 ±10

ниже. Минимальное значение температуры — температура начала размягчения. Допустимый предел изменения ее зависит от тем­пературного интервала размягчения. При увеличении тонины помола шихты оптимальная температура обжига и допустимые ее колебания уменьшаются.

Содержание летучих в шихте и минералогические превраще­ния определяют допустимую скорость нагрева окатышей без их разрушения до оптимальной температуры обжига и влияют на

качество готовой продукции. Летучие могут быть представлены несвязанной влагой, находящейся в капиллярах, связанной водой и углекислотой, входящими в состав гидратов и карбонатов. Во время нагрева происходит разложение высших окислов марганца, в результате которого выделяется кислород. Содержание капил­лярной влаги в окатышах влияет на длительность их сушки. Уда­ление ее почти не изменяет структуры окатышей.

/ — содержание железа 65,3%; 2 — то же, с добавкой 2,8% известняка; 3 — содержание железа 52%; 4 — то же, с добавкой 21,7% известняка; 5 — содержание железа 66,7%; 6 — то же, с добавкой 1,8% известняка; 7 — содержание железа 54,5%; 8 — то же, с добавкой 6% известняка

Диссоциация гидратов и карбонатов приводит к увеличению пористости материала и к ослаблению его структуры. Значитель­ные эндотермические эффекты названных реакций, а также уве­личение пористости замедляют скорость прогрева окатышей.

Для структуры окатышей опасны газы, которые выделяются при более низких температурах. При одинаковом содержании ле­тучих выделение их будет тем интенсивнее, чем больше перепад температур между средой и окатышами. Так, при температурах разложения гашеной извести 580° С, карбоната магния 570° С, из­вестняка 920° С и температуре окатыша 1000° С в период нагрева разность температур будет составлять соответственно 420, 430 и 80° С.

Из теплофизических характеристик исходных материалов практический интерес представляет только теплоемкость, так как она является одинаковой для шихты и сырых окатышей.

На основании результатов исследований [7] рекомендуются следующие экспериментальные уравнения зависимости средней удельной теплоемкости от температуры для железорудных кон­центратов:

в интервале температур 373—1193° К

Ср - 0,230 + 0,0278-К)-3 (Т — 373),

в интервале температур 1193—1475° К

Ср = 0,253 + 0,1125-10-3 (Т— 1193), (2)

где Ср — изобарная средняя удельная теплоемкость, ккал/кгУС град;

Т — температура по абсолютной шкале, °К.

Таблица 4 Теплоемкость железорудных концентратов и офлюсованных шихт, ккал! кг-град Температура, , °С Материал 20 200 400 600 800 1000 1200 Магнетитовый концентрат (59% Fe, 23% FeO, 15, 2% SiO*, 0,34% CaO, 0,78% MgO) 0,200 0,204 0,210 0,215 0,240 0,252 0,264 To же, 9% влаги........................... 0,672 0,522 0,371 0,243 0,210 0,226 0,232 To же, 9% влаги и офлюсован­ный известью (основность 0,88) .. 0,682 0,535 0,385 0,265 0,218 0,227 0,233 То же, 9% влаги и офлюсован­ный известняком (основность 1,05) .................................................. 0,681 0,532 0,381 0,256 0,248 0,236 0,233 Гематитовый концентрат (56,1 % Fe, 3% FeO, 9,4% Si02, 0,4% CaO, 0,6% MgO) . . . 0,14 0,15 0,17 0,18 0,195 0,205 0,215 To же, 9% влаги........................... 0,613 0,471 0,339 0,221 0,195 0,205 0,215

В табл. 4 приведены опытные значения теплоемкости сухих железорудных материалов [8—10] и кажущиеся теплоемкости шихт, рассчитанные с учетом тепловых эффектов, происходящих в материалах при нагреве.