CC BY
405
ОБОГАЩЕНИЕ И ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМУ ПЕРЕДЕЛУ
УДК 669.785
200 400
800 1000 1200
залов В.М., Берсенев И.С., Евстюгин С.Н., Щеглов В.Н.
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО КОНЦЕНТРАТА С СОДЕРЖАНИЕ СЕРЫ БОЛЕЕ 1%
Аннотация. Рассмотрены способы переработки новых типов сырья для процессов окускования железных руд и концентратов.
Ключевые слова: сырье, концентрат, сульфиды, термогравиметрический анализ.
По мере истощения освоенных месторождений железных руд все более актуальными становятся вопросы переработки новых типов сырья [1]. К числу наиболее сложных в освоении, но обладающих значительными запасами, относятся руды с повышенным содержанием серы [2]. Это, например, Богословское месторождение (Урал), Таёжное, Дёсовское (Восточная Сибирь) и другие. Возможность использования этих руд металлургами зависит от того, как эффективно будет удаляться сера при окусковании и плавке (что определяет качество металла) и при очистке отходов (дымовых газов, стоков, шлаков). И если организация десульфурации газов и стоков технически реализуема и не представляет технических проблем, то особенности десульфурации этих железных руд, на основе которых будет разработана технология их пи-рометаллургической переработки, требуют изучения [3]. Последнее обусловило актуальность данной работы, цель которой - исследование особенностей физико-химических процессов при термообработке концентратов из высокосернистых руд.
В качестве объекта исследования был использован железорудный концентрат мокрого магнитного обогащения руды месторождения «Таёжное», содержащий: Feобщ = 66,2%; FeO=27,5%; SiO2 = 2,66; AI2O3 =0,94 CaO = 0,16; MgO = 3,06; S = 1,41; ППП = 0,39. Минеральный состав железосодержащих фаз представлен магнетитом (95,5%), гематитом (0,5%), флогопитом (1,5%), пирротином (1,5%) и пиритом (1,0%).
В качестве метода исследования был выбран термогравиметрический анализ. Исследования проводили на дифференциальном сканирующем калориметре STA 449 F3 Jupiter (Netzsch-Geratebau GmbH) по методике DIN 51004:1994 Determination of melting temperatures of crystalline materials using differential thermal analysis (Определение температур плавления кристаллических материалов, используя дифференциальный термический анализ) с параллельным контролем отходящих газов.
Результаты исследования представлены на рисунке.
Изменение температуры и массы в процессе нагрева
Комплексный анализ дифференциальной кривой изменения массы и температуры образца (по сравнению с температурой эталона) показывает:
- окисление сульфидов начинается при температуре 266оС с образованием сульфатов железа
FeS2 + ЗО2 =FeSO4 + SO2;
- при более высоких температурах, около 400оС, развитие получают реакции окисления сульфидов с образованием оксидов железа и серы
3FeS2 + 8О2 = FeзO4 + 6SO2;
2FeS2 + 5,502 =Fe2Oз + 4SO2;
- максимальная скорость процесса окисления сохраняется до температуры 526оС, выше этой температуры развиваются реакции, помимо окисления сульфидов, диссоциация пирита
4FeS + 702 =2Fe20з + 4S02, FeS2 =FeS + 0^2 и S2 + 2О2 =2S02, S02 + 0,502 =S0з;
- при температурах выше 600оС продолжается процесс окисления магнетита и снижается скорость окисления сульфидов вследствие образования сульфатов железа и магния
2Feз04 + 0,502 =3Fe20з, FeS + 202 =FeS04, Mg0 + S0з =MgS04;
- при температуре выше 900оС резко падают скорости окисления как сульфидов, так и магнетита, начинается процесс диссоциации сульфата железа, а выше 950оС сульфата магния, который получает развитие с ростом температуры в присутствии гематита
№1 (14). 2014
19
Раздел 2
FeSO4 =FeO + SO3, MgSO4 =MgO + SO3.
В целом кривая изменения тепловых эффектов отражает происходящие при нагреве образца процессы окисления сульфидов и магнетита, диссоциацию пирита, а при высоких температурах и диссоциацию сульфатов железа. Суммарный тепловой эффект де-сульфурации и окисления магнетита равен около 426 Дж/г.
Изменение массы образца при нагреве (+1,6%) отражает тенденцию преимущественного увеличения массы за счет прибавки кислорода (~3%), при окислении магнетита, за вычетом удаления серы при де-сульфурации (~1,4%).
При этом большая часть серы из концентрата удаляется при его нагреве до температуры 950-1000°С. В этом же интервале, в основном, заканчивается и окисление FeO магнетита. При температуре выше 1000°С начинается разложение сульфатов и диссоциация гематита. Полученные данные могут быть использованы при разработке режимов термообработки окатышей и спекания агломерата из подобных материалов.
В частности, на основании этих данных можно разработать тепловые схемы агрегатов для обжига или спекания указанных типов руд, в которых возможна селективная очистка газов. При этом режим термообработки должен предусматривать отбор газов из зон агрегата, в которых происходит нагрев слоя до температуры 1000 оС и их очистку. Рециркуляция этих газов, в целях максимально полного использования тепла первичных энергоресурсов, ограничена, поскольку ведет к накоплению соединений серы в теплоносителе [4].
Выводы
На основании термогравиметрического анализа при обжиге железорудного концентрата с содержанием серы более 1% установлено следующее:
1. Кривая изменения тепловых эффектов в образце показывает влияние процессов окисления сульфидов железа от температуры 266оС и магнетита от температуры 400оС. Наиболее активное окисление сульфидов заканчивается до температуры 720оС, а окисление магнетита до 1130оС.
2. Суммарный тепловой эффект окисления соединений серы и окисления магнетита составил 426 Дж/г.
3. Изменение массы образца показывает преимущественное влияние окисления магнетита, так как масса образца увеличивается за счет прибыли кислорода за вычетом удаляемой серы. Суммарное увеличение массы при термообработке - 1,6% (абс.).
Список литературы
1. Стратегия развития металлургической промышленности России. Утв. Приказом Минпромторга России от 18 марта 2009 г. № 150.
2. Шумаков Н.С., Дмитриев А.Н., Гараева О.Г. Сырые материалы и топливо для доменной плавки (характеристика и методы подготовки). Екатеринбург: УрО РАН, 2007. 392 с.
3. Юсфин Ю.С., Базилевич Т.Н. Обжиг железорудных окатышей. М.: Металлургия, 1973. 272 с.
4. Абзалов В.М., Судай А.В., Юрьев Б.П. Процессы де-сульфурации при обжиге железорудных окатышей // Сталь. 2008. №12. С.20-25.
Сведения об авторах
Абазалов Вадим Маннафович - канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, главный специалист ООО «НПВП ТОРЭКС», г. Екатеринбург.
Берсенев Иван Сергеевич - канд. техн. наук, руководитель группы агломерационного оборудования, технологии агломерации ООО «НПВП ТОРЭКС», г. Екатеринбург. Тел.: (343)253-06-56. E-mail: i.bersenev@torex-npvp.ru.
Евстюгин Сергей Николаевич - канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, главный специалист ООО «НПВП ТОРЭКС», г. Екатеринбург. Тел.: (343)253-06-50. E-mail: npvp@torex-npvp.ru.
Щеглов Владимир Николаевич - канд. техн. наук, главный менеджер дивизиона «Руда», г. Москва.
♦ ♦ ♦
20
Теория и технология металлургического производства
