CC BY
68
НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ
Эл №ФС 77 - 30569. Государственная регистрация №0421100025.155М 1994-0408_
Физико-химические исследования процесса обжига лисаковского концентрата с жидким углеводородным восстановителем
# 09, сентябрь 2011
авторы: Мухтар А. А., Вернер И. А., Каткеева Г. Л., Кочегина Е. В., Макашев А. С.
УДК 669.1:622.7
Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева, г. Караганда, Казахстан
Бурожелезняковые руды характеризуются трудной обогатимостью и низким содержанием железа. В промышленном масштабе используются только руды месторождения Лисаковское.
Характерной особенностью оолитовых бурожелезняковых руд Лисаковского месторождения является невысокое содержание железа (3042 %), повышенная концентрация фосфора (0,3-0,8 %), глинозема (4,3-6,7 %), а также наличие ванадия (0,06-0,08 %) и воды 13-14 % [1-2].
Для получения более богатого по железу концентрата используют гравитационно-магнитную схему обогащения, позволяющую извлечь железо около 49 %.
В существующей схеме магнетизирующего обжига в качестве восстановителя используются только твердые и газообразные восстановители. Полученный концентрат содержит свыше 55 % железа.
Твердыми восстановителями являются бурые и каменные угли, коксовая мелочь, а газообразными Н2, СО, природный и коксовый газы и т.д.
Угли и кокс, используемые в промышленных процессах магнетизирующего обжига в качестве восстановителей, имеют ряд недостатков: высокий вынос восстановителя из печи, неравномерное
восстановление руды, высокий расход восстановителя [3-4].
Газообразные восстановители в процессе восстановления характеризуются: кратковременностью контакта с рудой, низкой
газопроницаемостью неклассифицированной руды, сложностью подвода газа в рудный слой. Температура обжига в присутствии газовых восстановителей составляет 600- 850 °С, при применении твердых - 800-950 °С [5].
С учетом отмеченных недостатков, а также того, что жидкие углеводороды обладают высокими восстановительными свойствами по сравнению с полукоксом и коксом нами была рассмотрена возможность использования жидких углеводородов (ЖУВ) в качестве восстановителя Лисаковского гравитационно-магнитного концентрата (ЛГМК) [6].
Следует отметить, что имеется большое число работ, посвященных изучению механизма и кинетики восстановления оксидов металлов и железных руд водородом, оксидом углерода (II) и их смесями. Значительная часть этих работ была направлена на изучение физики и химии металлургического процесса, и небольшое их число связано с исследованием процесса восстановления оксидов металлов, железных руд [7].
С целью подбора наиболее эффективного восстановителя нами проведена серия экспериментов по восстановительному обжигу ЛГМК в присутствии гудрона, нефти и для сравнения без углеводородов.
Для проведения экспериментов навески ЛГМК обрабатывали в первом случае, 0,75 % раствором гудрона, во втором случае 0,75 % раствором нефти и третьем случае без обработки углеводородами.
Приготовленные образцы подвергали термической обработке при температуре 400-800 °С в течении 60 мин.
Процесс термической обработки контролировали по следующим показателям:
- потеря веса концентрата ЛГМК, обработанного ЖУВ; - содержание FeO в концентрате;
- выход магнитной фракции ЛГМК.
Зависимость потери массы предварительно обработанных гудроном экспериментальных образцов от температуры обжига представлена на рис. 1а и обработанных 0,75 % раствором нефти на рис. 1б.
Как показали результаты исследований для проб, обработанных нефтью, при повышении температуры обжига с 400 до 800 оС наблюдается увеличение потери массы до 25,7 % , что на 11 % больше, чем при обработке гудроном.
Подобные зависимости наблюдаются при исследовании влияния температуры обжига на содержание БеО в ЛГМК и выход магнитной фракции продуктов обжига. Зависимость содержания БеО в ЛГМК от температуры процесса обжига для проб обработанных гудроном (рис. 2а) и для проб обработанных 0,75 % растворами нефти (рис. 2б) представлена на рис. 2.
а
Рис. 2. Зависимость содержания РеО в ЛГМК от температуры обжига:
1 - ЛГМК без восстановителя; 2 - ЛГМК в присутствии гудрона;
3- ЛГМК обработанный 0,75 % раствором нефти
Как видно из рис. 2а с повышением температуры от 400 до 700 оС содержание БеО в присутствии восстановителя гудрона увеличивается от 3 до 9,2 %. Уменьшение содержания БеО при 800 оС, по-видимому, связано с высокотемпературным окислением вновь образованного магнетита.
Для ЛГМК обработанного нефтью максимальное содержание БеО в концентрате при температуре 700 оС увеличивается до 26,9 %, это на 17,7 % больше, чем для обработанного гудроном. Дальнейшее повышение до 800 оС как и в предыдущем эксперименте ведет к снижению содержания БеО.
Повышение температуры процесса увеличивает ферромагнитные свойства исследуемого материала (рис. 3).
Как видно из рис. 3 а максимальный выход магнитной фраки достигает при 650 °С. При температуре выше 700 °С образуется сильномагнитный оксид железа - магнетит Бе3О4, что подтверждается РФА. Уменьшение магнитных свойств огарков при 800 °С вызвано снижением доли магнетита в огарке за счет окисления его до гематита. Оптимальная температура обжига гравитационно-магнитного концентрата, предварительно обработанного раствором гудрона, составляет 650-700 °С. Выявлено, что в материале, обработанном раствором гудрона, процесс дегидратации и восстановления
протекает более интенсивно, чем в материалах без предварительной обработки.
Из рис. 3б видно, что для проб обработанных раствором нефти, выход магнитной фракции увеличивается до температуры 700 оС. Дальнейшее повышение температуры заметно уменьшает выход магнитной фракции, что объясняется смещением равновесия в сторону окисления магнитной составляющей огарка ЛГМК до гематита.
Тип жидкого углеводорода не влияет на выход магнитной фракции (гудрон или нефть), выход одинаков и составляет 86-87 %.
Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:
1. Показана возможность и целесообразность использования жидких углеводородов в процессе термической подготовки ЛГМК к металлургическому переделу, а также представлены результаты экспериментальных исследований по выбору типа углеводорода.
2. Изучены температурные зависимости выхода магнитной фракции из огарков ЛГМК, предварительно обработанных гудроном и нефтью.
3. Использование гудрона и нефти в качестве восстановителя позволяет снизить температуру процесса обжига до 650-700 °С.
4. Установлено, что наиболее высокой восстановительной активностью обладает высоковязкая нефть.
Список использованной литературы
1. Громов М.И., Рыбаков В.Н. Подготовка железорудного сырья к металлургическому переделу. М.: Наука, 1973. С. 151-161.
2. Яницкий А.Л. Об условиях образования оолитовых железных руд лисаковского типа //Сб. науч. тр. Кустанайской научной сессии. Алма-Ата, Т.
2. 1988. С. 78.
3. Термогравиметрическая установка с непрерывным анализом газа для исследования кинетики восстановления окислов железа газообразными восстановителями / Некрасов З.И. [и др.] Новые методы исследования черных металлов. 1989. С. 16-21.
4. Использование твердого восстановителя на опытно-промышленной установке обжигмагнитного обогащения Лисаковского ГОКа / Тациенко П. А. [и др.] Обогащение руд. 1977. № 3, С. 20-23.
5. Dmitriev A.N. The role of reducibility in achievement of the minimal coke consumption in the blast furnace smelting. Defect and Diffusion Forum, Vols. 258260. 2006. pp. 91-100.
6. Кочегина Е.В., Мухтар А.А., Ким В.А. Исследование процесса термической обработки Лисаковского концентрата с жидким углеводородом. //Тезисы док. межд. науч.- практ. конф. (Абишевские чтения) 2006. Караганда, 2006. С. 3.
7. Тациенко П.А. Обжиг руд и концентратов. М.: Недра. 1985. С.145.
