РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ РУДНОЙ ЧАСТИ АГЛОШИХТЫ НА УСЛОВИЯ
ФОРМИРОВАНИЯ МАРГАНЦЕВОГО АГЛОМЕРАТА
Процесс спекания насыпной массы марганцеворудного сырья осуществляется методом
просасывания воздуха через предварительно зажженный слой шихты и определяется,
прежде всего, теплообменом между материалом и газом. Развитие, перемещение и
усвоение тепла, происходящее при фильтрации воздуха через слой, а также
физико-химические процессы, протекающие в результате горения топлива, нагрева и
расплавления рудных материалов, определяют температурный режим нагрева
материала, охлаждения готового агломерата, а также скорость процесса спекания и
качество агломерата.
Неоправданно сложившаяся практика использования нефракционированного по
крупности марганцевого сырья, увеличение доли использования низкосортных
окисных и карбонатных марганцевых концентратов, приводит к существенному
ухудшению качества агломерата, увеличению затрат на его производство и передел
в электропечах. Особенно ощутимы энергетические потери, связанные с высокими
затратами тепла на диссоциацию карбонатсодержащих минералов и удаление
гидратной влаги.
Поэтому, для решения задачи по повышению металлургической ценности агломерата,
представляет интерес рассмотрение процесса агломерации с учетом особенностей
химико-минералогического и гранулометрического составов марганцевых
концентратов в процессе термической обработки.
2.1. Термодинамический анализ физико-химических процессов, протекающих при
спекании марганцеворудного агломерата
Известно, что у одних и тех же соединений, из-за различий в химическом составе,
количестве примесей, гранулометрическом составе, условиях образования минералов
и др., могут наблюдаться заметные колебания в температурах физико-химических
превращений и полноте их протекания при заданных температурах.
Что касается процесса агломерации, как способа термической обработки и
окускования одновременно, то его характерной особенностью является
быстротекучесть и кратковременность воздействия высоких температур при которых
создаются условия для достаточно быстрого и более полного протекания
физико-химических превращений в рудных минералах. В данных условиях вполне
допустимо предполагать о неполном или частичном протекании процессов фазовых
превращений, особенно, в процессе окускования такого крупнокускового материала,
как карбонатные марганцевые концентраты и, реально возможном продолжении
протекания процессов дегидратации и декарбонизации уже после кристаллизации
(затвердевания) образующего каркас расплава. Как известно, протекание
вышеуказанных физико-химических превращений сопровождается не только изменением
химического состава материала, но и изменением занимаемого объема участвующих
веществ. Это, зачастую, становится одной из причин создания различного рода
напряжений в структуре агломерата, приводящих в дальнейшем к разрушению
окускованного материала даже при незначительных нагрузках или последующем
нагреве.
С целью определения взаимосвязи полноты протекания процессов дегидратации и
декарбонизации марганцеворудных материалов с температурными условиями процесса
агломерации, были проведены термогравиметрические и минералогические
исследования никопольских оксидных, а также никопольских, чиатурских и
большетокмакских карбонатных марганцевых концентратов при термической
обработке. Для экспериментов были отобраны по возможности богатые разновидности
руд мономинерального состава, усредненный химический и минералогический составы
которых приведены в табл.2.1 – 2.2.
Исследования по изучению термической диссоциации проводились в инертной
атмосфере (гелий). Навеску массой 200 г помещали в алундовый ти-гель,
подвешенный к весоизмерительному устройству. Исследования проводили при
заданной температуре в интервале 600-1000оС, так как температура 1000оС
считается достаточной [101, 102] для обеспечения высокой скорости течения и
Таблица 2.1
Содержание марганца, связанного в карбонатные и гидратные фазы,
различных типов марганцевых руд, %
Наименование
Содер-жание общего
Содержание соединений
Содер-жание Mn в
Содер-жание Mn в
типов руд
Mn в руде
Mn(OH)2
MnOЧOH
Mn(HCO3)
гидра-тах
карбо-натах
Никопольская оксидная руда:
- псиломеланового типа;
51
26,2
25,9
32,5
н.д.
- пиролюзитового типа
52,9
33,0
20,3
н.д.
- манганитового типа
41,1
62,1
38,8
н.д.
Никопольская карбонатная
25,3
16
6,0
75,2
Таблица 2.2
Химический состав марганцевых концентратов
Наименование
Массовая доля компонентов, %
концентрата
Mn
SiO2
CaO
MgO
Al2O3
FeO
ППП
Никопольский
- псиломелановый
51,1
8,20
2,30
1,0
3,5
1,4
15,9
0,28
- пиролюзитовый
52,0
5,6
1,7
2,0
1,3
1,1
12,1
0,13
- манганитовый
57,6
4,1
0,65
0,7
0,67
1,0
11,8
0,17
- карбонатный
26,6
11,4
16,7
3,4
1,7
0,6
31,7
0,18
Чиатурский карбонатный
26,0
21,4
10.0
2,0
2,7
1,9
23,0
0,15
Большетокмакский карбонатный
28,9
4,4
11,3
1,7
1,3
3,8
32,5
0,45
полноты процесса разложения всех солей углекислоты. Всю систему
печь-тигель-весоизмерительное устройство герметизировали. После нагрева
реакционной зоны тигель перемещали в зону постоянной заданной температуры.
Выдержка тигля в изотермических условиях составляла 30 мин – до полной
стабилизации массы навески, после чего тигель перемещали в холодную зону печи.
Термический анализ образцов в процессе нагрева проводился на дериватографе МОМ
ОД-105 (Венгрия). Дериватограф позволяет фиксиро