CC BY
87
Раздел 3 ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕТАЛЛУРГИИ
УДК 661.846
А.С. Вусихис, Р.И. Гуляева, В.С. Гуляков, Д.З. Кудинов, О.Ю. Шешуков
Учреждение Российской академии наук Институт металлургии УрО РАН, г. Екатеринбург
ДЕКАРБОНИЗИРУЮЩИЙ ОБЖИГ ОТХОДОВ ШАБРОВСКОГО ТАЛЬКОВОГО КОМБИНАТА*
В результате своей производственной деятельности промышленные предприятия вырабатывают большое количество техногенных отходов, которые накапливаются в отвалах, шламохра-нилищах, свалках и т.п. В связи с этим окружающая среда подвергается значительной экологической опасности, поэтому утилизация техногенных отходов - одна из основных проблем, стоящих перед современной индустрией.
В то же время отходы могут являться сырьем для производства полезной продукции. Часто содержание полезных компонентов в отходах превышает их концентрацию в промышленных рудах. Например: концентрация триоксида вольфрама в отходах
*
Статья подготовлена при финансовой поддержке проекта «Создание новых материалов - металлизованного концентрата и магнезиальных шлаковых смесей путем переработки минерального сырья, содержащего карбонаты железа и магния для применения в сталеплавильном производстве», выполняемого в рамках программы ОХНМ-5 РАН «Создание новых видов продукции из минерального и органического сырья», проекта «Выбор эффективного варианта переработки бурохромистых руд Серовского месторождения», выполняемого в рамках программы Президиума РАН «Научные основы инновационных энергоресурсосберегающих экологически безопасных технологий оценки и освоения природных и техногенных ресурсов», НШ-5253-2010.3 «Физико-химические основы пирометаллургических процессов переработки комплексных руд и техногенных отходов».
© Вусихис А.С., Гуляева Р.И., Гуляков В.С., Кудинов Д.З., Шешуков О.Ю., 2010
производства твердых сплавов составляет около 5%, а содержание его в вольфрамовых рудах, при котором рентабельна эксплуатация их месторождений, составляет 0,15% для крупных месторождений и 0,5% для мелких; в отвальных шламах производства пентаоксида ванадия содержится более 1,5% ванадия, а в рудах промышленных месторождений ванадия оно колеблется от 0,1 до 1,0%.
При этом затраты на разработку техногенных образований значительно ниже, чем при добыче и переработке полезных ископаемых природных месторождений, поскольку не требуют проведения геологоразведки, подвода энергетических и транспортных коммуникаций, вскрышных работ и т.п.
К таким техногенным образованиям относится шламохрани-лище Шабровского талькового комбината площадью 60 га, в котором под водой находится 2,5 млн т отходов производства талька.
Шабровский тальковый комбинат осуществляет переработку талькомагнезитовых руд одноименного месторождения флотационным методом. В состав руд входят около 50% талька, около 40% брейнерита и небольшое количество хлорита, магнетита и хромита.
В результате переработки талькомагнезитовых руд образуются следующие отходы: отвальные пески после основной флотации и пески после магнитной сепарации, которые сливаются в шламохранилище.
Отходы составляют до 40% от руды, направленной в переработку, и состоят, в основном, из брейнерита (50-70%), талька (30-35%); также в песках присутствует магнетит (1,0-2,0%), гематит (1,5%), хромит и пирит (1,0%).
Применение для разделения талька и брейнерита большинства способов, разработанных для обогащения магнезитовых руд [1, 2] (в частности, способа, включающего магнезитовую флотацию), предназначенных для получения магнезита, пригодного для производства огнеупоров, неэффективно. Брейнерит представляет собой твердый раствор карбонатов магния и железа (железа до 810%). В связи с тем, что к сырью, предназначенному для производства магнезиальных огнеупоров, предъявляются определенные требования, в частности низкое содержание железа [3], то получаемые из брейнерита огнеупоры отличаются высокой стоимостью, низким качеством и поэтому не находят спроса. Кроме того, флотационный способ обогащения, ввиду использования большого количества дополнительных флотореагентов и соответственно попадания их в открытое шламохранилище, экологически вреден.
Анализ имеющихся литературных данных позволил сделать вывод о том, что для переработки отходов ШТК пригодны химические методы обогащения магнезита [4]. В основе этих способов лежит растворение магния в минеральных кислотах или растворах аммонийных солей с последующим его извлечением из раствора и получением полезного продукта в виде оксида магния чистотой до 98-99%.
Известно, что из обожженного магнезита процесс перехода магния в раствор идет намного быстрее, чем из сырого [5], поэтому одним из этапов технологии обогащения отходов ШТК химическими методами должен быть декарбонизирующий обжиг. В этой связи были проанализированы особенности разложения отходов ШТК при разных скоростях нагрева.
В своем составе исследуемый образец содержит, %: 31,1 MgO, 25,52 SiO2, 8,42 Fe, 6,32 FeO, 4,99 Fe2O3, 1,61 CaO, 1,02 Al2O3. Декарбонизацию измельченного и просеянного образца (крупность частиц - менее 0,125 мм) изучали при нагреве до 950°С с переменными скоростями (10-40 град/мин) в токе воздуха на термоанализаторе совмещенной термогравиметрии и калориметрии Netzsch STA 449C Jupiter. Анализ отходящих при нагреве газов производили на сопряженном с термоанализатором квадру-польном масс-спектрометре QMS 403 C Aoelos в режиме заданных чисел.
Результаты термического анализа показали (рис.1), что при нагреве образца (20 мг) в токе воздуха (40 мл/мин) со скоростью 20 град/мин до 500°С на кривой изменения массы (ТГ) отмечается незначительная убыль (0,23%). Дальнейший нагрев до 800°С приводит к интенсивному уменьшению величины ТГ на 36,29%. При температуре 950°С общая убыль массы составила 36,76%. На кривой теплового потока (ДСК) наблюдается сдвоенный эндотермический эффект с началом при 607°С и максимумами при 687 и 739°С, причем величина второго теплового эффекта составляет значительно меньшее значение.
Изменение массы в интервале 500-800°С, как показали данные масс-спектрометра, сопровождается повышением ионного тока для атомной массы 44 а.е.м., характерной для диоксида углерода. Незначительное выделение воды, отмечаемое при температурах выше 770°С, обусловлено, по-видимому, разложением талька. Полученные данные свидетельствуют о разложении в исследуемом интервале температур брейнерита и незначительных количеств доломита, вероятно присутствующего в концентрате.
Температура/ 0 С
Рис. 1. Температурные зависимости изменения массы (ТГ) и теплового потока (ДСК) при нагреве брейнеритового концентрата со скоростью 20 град/мин в токе воздуха и масс-спектрометрические данные отходящих газов
На рис. 2 представлена зависимость изменения массы образца брейнеритового концентрата от температуры при различных скоростях нагрева.
Рис. 2. Зависимость изменения массы образца брейнеритового концентрата от температуры при скоростях нагрева: а - 10; Ь - 20; с - 30; d - 40 град/мин
Увеличение скорости нагрева приводит к повышению температуры разложения карбонатов. Как видно из графика, при увели-
чении скорости нагрева с 10 до 40 град./мин начальная температура обжига увеличивается с 500 до 570°С, конечная температура обжига - с 700 до 800°С, общее время обжига уменьшается с 70 до 18 мин, время процесса декарбонизации - с 20 до 5 мин.
Список литературы
1. Смертин В.А., Самусенко В.И. Опыт и перспективы обогащения магнезитовых руд Саткинского месторождения // Огнеупоры. 1985. №6. С.32-38.
2. Барановский Н.И. Флотационное обогащение магнезитов Са-винского месторождения с учетом комплексного использования сырья // Огнеупоры. 1980. № 7. С.20-23.
3. Сиваш В.Г., Перепелицын В.А., Митюшов Н.А. Плавленый пере-клаз. Екатеринбург: Уральский рабочий, 2001. 584 с.
4. Химические методы обогащения магнезита / Д.И. Гавриш, К.К. Стрелов, Ю.М. Галкин и др. // Огнеупоры. 1977. №2. С.1723.
5. Особенности технологии обогащения природного и каустического магнезита солянокислым методом / К.В. Симонов, В.Н. Коп-телов, Е.Б. Глезер и др. // Огнеупоры. 1980. № 7. С.14-18.
УДК 666.7
С.П. Клочковский, А.Н. Смирнов, Ю.В. Шебалина
ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ОКСИДА МАГНИЯ ИЗ МАГНЕЗИТА САТКИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УГОЛЬНОЙ КИСЛОТЫ
В работе рассмотрены вопросы подготовки и очистки природного магнезита Саткинского месторождения (Челябинская область) от нежелательных примесей. Чистый минерал магнезит содержит 47,6% МдО и 52,4% СО2. Главные примеси в кристаллическом магнезите - это доломит, кальцит и кварц, оксиды железа. Особенно вредны в сырье примеси минералов, содержащие оксид
© Клочковский С.П., Смирнов А.Н., Шебалина Ю.В., 2010
