CC BY
47
- © А.А. Мухтар, М.К. Мухымбекова,
А.С. Макашев, А.Д. Момынбеков, Ж.С. Нускабеков, Б.К. Касымова, 2015
УДК 622.34/:553.26
А.А. Мухтар, М.К. Мухымбекова, А.С. Макашев, А.Д. Момынбеков, Ж.С. Нускабеков, Б.К. Касымова
ОБЖИГМАГНИТНОЕ ОБОГАЩЕНИЕ ЛИМОНИТИЗИРОВАННОЙ РУДЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КОК-БУЛАК
Проведены исследования по обжигмагнитному обогащению лимонитизирован-ной руды в присутствии водоугольной суспензии, методом математического планирования экспериментов. Получен железорудный концентрат с повышенным содержанием железа.
Ключевые слова: лимонитизированная руда, магнитная сепарация, обжиг, водо-угольная суспензия, магнитное обогащение, железорудный концентрат.
Бурожелезняковые железные руды по запасам занимают третье место в мире. Они распространены в Казахстане, Китае, Австралии и ряде других стран. Подавляющее количество их представлено бедными рудами (с содержанием 30-40% железа), которые не могут быть использованы в металлургическом переделе без предварительного обогащения.
Известно, что около 67% учтенных запасов железорудного сырья Казахстана представлены бурожелезняко-выми рудами (Лисаковского, Аятско-го и Приаральского месторождений). Основным в решении проблемы переработки отечественных труднообога-тимых железосодержащих руд в черной металлургии является получение железного концентрата с повышенным содержанием железа, о чем свидетельствуют научно - исследовательских работы последних лет [1-5].
Вовлечение в сферу производства труднообогатимого (гидрогетитового и лимонитизированного) железорудного сырья для решения проблем развития отечественной минерально -сырьевой базы черной металлургии представляется актуальным.
Однако, из-за низкого содержания железа указанные выше руды не могут быть использованы как сырье для металлургического производства без предварительного обогащения.
Для исследования использовалась руда следующего химического состава, в %: Ре - 40,98; БЮ2 - 7,97; Р - 0,78; А1203 - 4,09; СаО - 2,22; МдО - 1,53.
Рентгенофазовый анализ показал, что исходная руда в основном представлена гидрогематитом - а-Ре203 • •Н2О, а так же гидрогетитом - РеООН, лимонитом, кварцем - а-БЮ2.
Для проведения исследований об-жигмагнитного обогащения, исследуемая руда подвергалась дроблению до класса -2,0 + 0,0 мм, результаты гранулометрического анализа руды приведены в табл. 1.
Из данных таблицы видно, что железо по фракциям распределяется практически пропорционально равномерно. Изучены минеральные составы лимонитизированного железорудного сырья. На рентгенограмме (рис. 1) представлены дифракционные максимумы, характерные для лимонита, гетита (а/п А0 4,18; 2,69; 2,46; 2,24; 2,18) и кварца (а/п А0 4,30; 3,34; 2,58; 2,28).
Таблица 1
Гранулометрический состав лимонитизированной руды
Фракция, мм Выход, % Содержание, % Распределение, %
Fe Р ^ ^3 Fe Р ^ ^3
+2,0 5,98 42,73 0,63 12,42 3,94 6,23 5,83 5,28 5,89
-2,0 + 1,0 17,49 42,34 0,67 11,99 3,87 18,07 15,41 26,21 14,92
-1,0 + 0,5 25,37 34,95 0,71 9,21 4,10 21,63 23,09 20,20 26,05
-0,5 + 0,315 23,77 42,48 0,84 5,78 4,49 24,12 25,63 17,07 26,30
-0,315 +0,2 15,43 45,60 0,82 7,99 4,27 17,16 20,22 15,31 16,47
-0,2 + 0,16 3,63 37,50 0,68 15,06 4,06 5,32 3,20 6,80 3,68
-0,16+0,0 8,33 35,54 0,67 9,92 3,27 7,40 7,35 9,13 6,50
Таблица 2
Результаты предварительного сухого магнитного обогащения лимонитизированной руды
Наим. прод. Наим. фракции Выход, % Содержание,% Извлечение,%
Fe P Fe в P ^3
Исход руда (0-1,0 мм) Магнит. фракция 92,66 45,61 0,82 6,70 4,61 96,30 91,04 72,80 97,61
Немагнит. фракция 7,34 15,50 0,49 16,34 2,56 3,69 8,41 27,35 2,39
Установлено, что рентгенограмма лимонита похожа на рентгенограмму гетита. Разновидность гетита - гидро-гетит (аРеООН) содержит избыточную воду. Обычно именно он является лимонитом.
Изучены особенности термического поведения руды методом дифференциально-термического анализа.
На дифференциальных кривых нагревания лимонитизированной руды (рис. 2) обнаруживаются эндотермические эффекты при 140 и 320 °С, характерные удалению гигроскопической и физической влаги, наблюдаются потери веса (кривые ТГ) связанные с обезвоживанием. Эндотермический эффект при 600-650 °С характерен
Рис. 1. Рентгенограмма лимонитизированной руды
полиморфным превращениям aFe2O3 в YFe2O3
Поскольку руда лишена оолитовой структуры и представлена слабомагнитными минералами железа, то ее подвергли предварительному сухому магнитному обогащению на ленточном сепараторе марки РС-В 12/10-12.018 при магнитном поле 0,11 Тл. Состав полученного промпродукта (магнитная фракция) приведены в табл. 2.
В результате сухой магнитной сепарации получен железный промпро-
дукт следующего химического состава в %: Ре - 45,61; БЮ2 - 6,68; Р - 0,82; А1203 - 4,61. при выходе магнитной фракции 92,66%. При этом содержание железа повышается от 40,98% до 45,61%.
С целью определения оптимальных параметров процессов обжиг магнитного обогащения лимонитизированно-го железорудного сырья были проведены трехфакторные пятиуровневые эксперименты по методике рационального планирование экспериментов [6,
Таблица 3
Изучаемые факторы и их значения
№ Фактор Обозначение Значения
1 2 3 4 5
1 Температура, °С Т 550 600 650 700 750
2 Концентрация водоугольной суспензии, % С 1 2 4 6 8
3 Продолжительность, мин т 20 40 60 80 100
Таблица 4
Экспериментальные (у) и расчетные (ур) значения выхода магнитной фракции и извлечения железа в магнитную фракцию
№ п.п. Исследуемые факторы Выход магнитной фракции, %
Т, °С С, % т, мин т, Тр
1 550 4 60 73,06 76,46
2 600 4 60 80,43 82,42
3 650 4 60 84,43 85,88
4 700 4 60 86,55 86,84
5 750 4 60 86,40 85,28
6 700 1 60 55,05 56,43
7 700 2 60 73,40 69,96
8 700 4 60 86,55 86,84
9 700 6 60 85,90 90,12
10 700 8 60 83,80 79,80
11 700 4 20 64,90 66,69
12 700 4 40 84,62 80,04
13 700 4 60 86,91 86,84
14 700 4 80 84,80 86,93
15 700 4 100 82,61 80,44
7]. В качестве частных функций указанных процессов выбраны следующие технологические показатели:
• выход магнитной фракции (у м.ф.,
%);
• извлечение железа в магнитную фракцию(е Ре, %).
В табл. 3 приведены изучаемые факторы и их значения. В качестве независимых факторов выбраны: температура обжига (С), продолжительность (мин.), концентрация водоуголь-ной суспензии (С).
Для проведения обжига бралась навеска железного промпродукта ве-
сом 100 г, затем в измельченную руду вводили восстановитель (водоуголь-ную суспензию). Перед обжигом руда подвергалась обработке 1-8% раствором водоугольной суспензии. После перемешивания шихту загрузили в корундизовый тигель и обжигали в муфельной печи при различных температурах (550-750 °С) и продол-жительностях (20-100 мин). Продукт обжига после охлаждения до комнатной температуры подвергали сухой магнитной сепарации при различных напряженностях магнитного поля на магнитном анализаторе УЭМ-1Т. Вы-
Таблица 5
Коэффициенты корреляции (К) и их значимость (^ для частных зависимостей выхода магнитной фракции
Факторы Функции К ^ > 2 Значимость
Т, °С % у А = - 0,0005 Т2 + 0,694 Т - 154,2 'м.ф ' ' ' 0,99 1329 Значима
С, % у ф = - 1,6915 С2 + 18,55 С + 39,34 'м.ф ' ' ' 0,85 5,51 Значима
т, мин у ^ = - 0,0083 т2 + 1,1686 т + 46,90 'м.ф ' ' ' 0,93 11,96 Значима
ход магнитной фракции и извлечения железа в магнитную фракцию вычисляли по результатам магнитного обогащения и химического анализа проб.
Полученные данные математически обработаны и экспериментальные (уд) расчетные значения (ур) выхода магнитной фракции и извлечения железа в магнитную фракцию от исследуемых параметров представлены в табл. 4.
Из полученных экспериментальных данных (табл. 4) провели выборку результатов, которые позволили построить точечные зависимости частной функции выхода магнитной фракции от исследуемых факторов, и представлены коэффициенты корреляции (И) и их значимости (^ для частных зависимостей выхода магнитной фракции (табл. 5).
На основании значимых частных зависимостей получено обобщенное многофакторное уравнение: у б = 0,000133 [-0,0005 Т2 + +о (0,694 Т- 154,2] [-1,6915 С2 + + 18,55 С + 39,34] [-0,0083 т2 + + 1,1686 т + 46,90]
Достоверность полученного обобщенного уравнения проверялось с помощью коэффициента нелинейной множественной корреляции (И), которая равно 0,96. При этом значимость коэффициента корреляции ^ составила 45,53.
Полученное обобщенное уравнение позволяет определить оптимальные условия выхода магнитной фракции, которое соответствует следующим значениям: температура 700 °С, концентрация водоугольной суспензии 4% и продолжительность обжига 60 мин.
На рис. 3 представлены частные зависимости выхода магнитного продукта в магнитную фракцию из огарков лимонитизированного промпродукта от исследуемых факторов.
Как видно, из рассматриваемых графических зависимостей с повышением температуры до 700 °С выход магнит-
Рис. 3. Частные зависимости выхода магнитной фракции от температуры (а) концентрации водоугольной суспензии (б) и продолжительность обжига (в)
ной фракции повышается до 86,6%. Дальнейшее повышение температуры является не целесообразным, что связано с частичным окислением магнетита до гематита.
Изучение зависимости выхода магнитной фракции и извлечение железа в магнитную фракцию при оптимальных условиях обогащения (температура 700 °С, концентрация водоуголь-ной суспензии 4%, продолжительность
60 минут) приводит к увеличению выхода магнитной фракции и улучшает восстановимость, стабилизирующие повышение содержание железа до 57,5% в магнитной фракции, при выходе и извлечении железа соответственно 86,6% и 95,2%. При этом основной фазой магнитного продукта является магнетит образующийся, при диссоциации и восстановлении первичного гематита. Стабилизирующим фактором в данном случае является восстановительный процесс, который преобладает над процессом окисления магнетита. Установлено, что при выгрузке на воздух восстановленного промпродукта при оптимальной температуре обжига 700 °С и продолжительности 60 минут, вторичное окисление практически отсутствует.
Изучение химизма процесса восстановления труднообогатимого железорудного лимонитизированного железорудного сырья в присутствии водно-угольной суспензией показало, что при термической обработке гидрооксиды железа дегидратируются по реакции:
2РеООН ^ Ре203 + Н20 (1)
Далее с повышением температуры вода восстанавливается углеродом с образованием оксида углерода и водорода по реакции:
С + Н2О ^ СО + Н2
(2)
В присутствии оксида углерода и водорода оксид железа восстанавливается до РеО по реакции:
Ре203 + Н2/С0 ^ ^ 2Ре0 + Н2/С02 (3)
Образующиеся активные молекулы Ре0 вступая в реакцию с Ре203, образуют магнетит по реакции:
2Ре0 + 2Ре203 ^ 2Ре304 (4)
Таким образом, при исследовании обогатимости лимонитизированного железорудного сырья в присутствии водоугольной суспензии установлена возможность восстановления оксидов железа (гетита, лимонита) до магнетита, при оптимальной температуре обжига (700 °С) и продолжительность 60 минут, при этом выход магнитной фракции повышается до 86,6% при извлечении железа 95,02%.
Изучен химизм процесса восстановления слабомагнитных соединений (гидрогетита и лимонита). Установлено, что в условиях обжига с повышением температуры в системе образуются восстановительные газы (СО и Н2), которые ускоряют восстановление оксидов железа до магнетита. В начале процесса происходит разрушение структуры гидрогетита, лимонита и перекристаллизация оксидов железа до магнетита по схеме Ре00Н ^ Ре203 ^ Ре304.
1. Балтынова Н.З., Дахно Л.А., Кайрала-повЕ.Т., МаксимовЕ.В., ХасенБ.П. Термохимическое обогащение лисаковского сырья / Комплексная переработка минерального сырья. Сборник трудов. - Алматы: ТОО «Три ветра», 2002. - № 1(10). - С. 124-128.
2. Кармазин В. И. Обжигмагнитное обогащение железных руд. - М.: Недра, 1969. -168 с.
3. Мухтар А.А., Кочегина Е.В., Ким В.А. Исследование процесса термической обработки Лисаковского бурожелезнякового концентрата жидкими углеводородными
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
восстановителями / Тезисы докладов Российской молодежной научно-практической конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии». - Екатеринбург, 2008. - С. 247-248.
4. Громов М.И., Рыбаков В.Н. Подготовка железорудного сырья к металлургическому переделу. - М.: Наука, 1973. - С. 151161.
5. Бактубаева С.С., Сулейменов А.Б. Исследование кинетики восстановления основных составляющих офлюсованных окатышей и продуктов их взаимодействия / Сборник
докладов Всесоюзной конференции. - М.: Наука, 1981. - С. 35-37.
6. Малышев В. П. Математическое планирование химического и металлургического эксперимента. - Алма-Ата: Наука, 1977. - 27 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
7. Сиськов В.И. Корреляционный анализ в экономических исследованиях. - М.: Статистика, 1975. -120 с. ЕШ
Мухтар Айдархан Ахуанулы - кандидат технических наук, ассоциированный профессор, зав. лабораторией, Мухымбекова Майдагуль Конкабаевна - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник,
Макашев Ардак Сулушашович - старший научный сотрудник,
Момынбеков Арман Даулетович - инженер,
Нускабеков Жомарт Сагыналиевич - инженер,
Касымова Баян Кульмуханбетовна - инженер,
ХМИ им. Ж. Абишева, Караганда, Казахстан,
e-mail: bkosimova@mail.ru.
UDC 622.34/:553.26
MAGNETIC ROASTING ENRICHMENT OF COC-BULAK DEPOSIT LIMONITE ORE
Mukhtar A.A.1, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of Laboratory,
Mukhymbekova M.K.1, Candidate of Technical Sciences,
Leading Researcher,
Makashev A.S.1, Senior Researcher,
Momynbekov A.D.1, Engineer,
Nuskabekov Zh.S.1, Engineer,
Kasymovа B.K.1, Engineer,
1 Chemical and Metallurgical Institute by name of J. Abishev, Karaganda, Kazakhstan, e-mail: bkosimova@mail.ru.
Researches on magnetic roasting of limonite ore using coal-water suspension was conducted by method of mathematical planning of experiments. Obtained iron ore concentrate with increased iron content.
Key words: limonite ore, magnetic separation, roasting, coal-water suspension, magnetic separation, iron ore concentrate.
REFERENCES
1. Baltynova N.Z., Dakhno L.A., Kayralapov E.T., Maksimov E.V., Khasen B.P. Kompleksnaya pererabot-ka mineral'nogo syr'ya. Sbornik trudov (Efficient mineral processing. Collected scientific papers), Almaty, TOO «Tri vetra», 2002, no 1(10), pp. 124-128.
2. Karmazin V.l. Obzhigmagnitnoe obogashchenie zheleznykh rud (Calcination-magnetic concentration of iron ore), Moscow, Nedra, 1969, 168 p.
3. Mukhtar A.A., Kochegina E.V., Kim V.A. Tezisy dokladov Rossiyskoy molodezhnoy nauchno-prak-ticheskoy konferentsii «Problemy teoreticheskoy i eksperimental'noy khimii» (Proceedings of Russia's Youth Conference on Problems of Theoretical and Experimental Chemistry), Ekaterinburg, 2008, pp. 247-248.
4. Gromov M.I., Rybakov V.N. Podgotovka zhelezorudnogo syr'ya k metallurgicheskomu peredelu (Iron ore preparation for metallurgical treatment), Moscow, Nauka, 1973, pp. 151-161.
5. Baktubaeva S.S., Suleymenov A.B. Sbornik dokladov Vsesoyuznoy konferentsii (All-Union Conference Proceedings), Moscow, Nauka, 1981, pp. 35-37.
6. Malyshev V.P. Matematicheskoe planirovanie khimicheskogo i metallurgicheskogo eksperimenta (Mathematical planning of chemical and metallurgical experiment), Alma-Ata, Nauka, 1977, 27 p.
7. Sis'kov V.l. Korrelyatsionnyy analiz v ekonomicheskikh issledovaniyakh (Correlation analysis in economic research), Moscow, Statistika, 1975, 120 p.
