Влияние длительного хранения бентонитоподобных глин Михайловского месторождения на технологические свойства железорудных окатышей

Алтынбаев Рафик Ахметжанович; Гзогян Семен Райрович; Мельникова Надежда Дмитриевна

УДК 669.162.12

Р.А. Алтынбаев, Н.Д. Мельникова, С.Р. Гзогян

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ БЕНТОНИТОПОДОБНЫХ ГЛИН МИХАЙЛОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ОКАТЫШЕЙ

С

вя^гощие добавки в производстве мы селективной добычи и усред-

железорудных окатышей являются важным компонентом шихты. Несмотря на многочисленные исследования по применению различных упрочняющих связующих, при производстве окатышей до настоящего времени используют преимущественно бентонитовые глины. Щелочные бентониты являются наилучшими связующими добавками, однако, в России разрабатываемых месторождений практически нет. Поэтому многие горно-обогатительные комбинаты используют в производстве для окомкования местные бентонитоподобные породы - пестроцветные глины Сарбайского месторождения [1] и келловейские глины Михайловского [2]. Однако природные реологические и технологические характеристики этих глин низки, необходимо специально готовить их, улучшая свойства. Существует множество способов предварительной подготовки сырья. Так свойства глин для производства керамики [3] можно улучшить механической дезинтеграцией, вылеживанием предварительно усредненной, увлажненной и вымешанной массы, для других целей в глинистой массе увеличивают возможность ионного обмена на поверхности глинистых минералов, обрабатывают гидрофильными и гидрофобными ПАВ, ультразвуковым диспергированием, электроимпульсным воздействием в водной среде и т.д. Технологические свойства бентонитоподобных глин можно улучшить усреднением и механо-химической активацией [4].

Как правило, свойства природных глин на месторождении крайне неоднородны. Используя прие-

нения, можно накапливать однородные, технологичные глины. Например, свойства келловейской глины разведанных участков Михайловского месторождения: массовая доля монтмориллонита в толще слоя изменяется от 20 до 58 %, а набухаемость - от 1,5 до 3,5 ед. Селективной добычей и усреднением при складировании в карьере удается стабилизировать средние значения реологических свойств келловейской глины: на-бухаемость на уровне 3,0-3,2 ед., массовую долю монтмориллонита - 30-35 %.

На Михайловском ГОКе с созданием склада стали скапливаться большие объемы келловейской глины, которая не сразу идет в производство. В связи с этим были проведены исследования по выяснению влияния климатических факторов на физикохимические и технологические свойства сохраняемой глины, на ее способность к активации. Для этого сформирован опытный штабель, с поверхности которого периодически (один раз в квартал) отбиралась глина, и проводились лабораторные исследования. В период испытаний контролировались: химический состав глины, массовая доля монтмориллонита, ионообменный комплекс, реологические и технологические свойства.

Глина, поднятая из недр на поверхность, естественно, подвергается изменениям. При длительном хранении на открытом воздухе структура глины разупорядочива-ется: глина рассыпается, разрушается по плоскостям наслоения, размываются крупные комья.

Изменение химического состава глины, отобранной из штабеля в разные периоды в процессе хранения, отображено в табл. 1. Глина имеет заметную естественную природную неоднородность, на этом фоне сложно увидеть закономерности изменения химического состава за время хранения, хотя, например, по массовой доле оксида натрия (табл. 1 и 2) сразу видно снижение этого компонента в процессе хранения. Эту закономерность удобнее выразить математически и оценить через коэффициент вариации (Квар., %), который представляет собой среднее квадратическое отклонение, выраженное в процентах от величины среднего арифметического значения [5]. Химический состав среднемесячных проб глины, не подлежащей длительному хранению, а используемой в текущем производстве, приведен в табл. 2 и принят за базовый, сравнительный вариант. Значения коэффициентов вариации для Na2O, К2О, Р2О5, МпО, превышающие 10 % подтверждают неоднородность природных глин (табл. 2). Коэффициенты вариации особенно значительны для Na2O и К2О, которые входят в состав основных глинистых минералов монтмориллонита и иллита. Частицы этих минералов имеют форму чешуек, тонких волокон, размеры которых соответствуют коллоидным, т.е. значительно меньше 1 мкм. Во время хранения эти частицы вымываются осадками и выветриваются, что подтверждается снижением массовой доли Na2O с 0,23 до 0,15 % (табл. 1) и уменьшения массовой доли монтмориллонита с 33,0 до 18,25 % (табл. 3). Седи-ментационный анализ базовой и хранившейся глины (выполнен на фотосединтометре ФСХ-3 фирмы Ходакова) подтвердил снижение массовой доли частиц класса менее 1 мкм с 34,5 до 10,8 %. Более высокие значения коэффициентов вариации СО2, Na2O и К2О по сравнению с другими элементами (табл. 1) и снижение массовых долей этих компонентов показывает, что в период хранения идет интенсивное вымывание карбонатов и основных глинистых минералов. В соответствии с изменением хими-

ческого состава хранившейся глины происходит изменение ее физико-химических свойств (табл. 3), отмечается ухудшение технологических характеристик: набухае-

мость природной келловейской глины снижается с 3,0 до 2,2 ед., водопоглощение - с 181,6 до

101,6 %, массовая доля глинистой составляющей - с 93,6 до 73,6 %, а сумма обменных катионов - с 34,27 до 22,54 мг-экв на 100 г пробы.

Природная глина, отбираемая в период хранения, активировалась в лабораторных условиях кальцинированной содой и исследовалась на способность к активации. Увеличение концентрации обменных катионов натрия и снижение кальция подтверждает, что активирование глины действительно происходит (табл. 3), возрастают набухаемость, водопо-глощение и колллоидность. Одновременно с этим следует отметить, что чем дольше хранилась, вылеживалась глина, тем хуже она поддается активации, ниже значения набухаемости и других характеристик. Доля легкомигрирующих катионов ^а+, К+, Са++, Мд++) с течением времени снижается, следовательно, при длительном хранении в естественных климатических условиях происходит вымывание растворимых компонентов глины, ухудшение физико-химических параметров, снижение глинистой составляющей и доли монтмориллонита в ней, такая глина хуже поддается активации.

Для определения технологических свойств келловейской глины при каждом отборе проводилось лабораторное окомкование, в качестве связующего использовалась хранящаяся природная и активированная глина с дозированием в шихту 0,75 %. Результаты испытаний (табл. 4) показывают, что при использовании природной неактивированной глины, подвергшейся длительному хранению, прочность сырых окатышей снижается с 1,38 до 0,98 кг/ок (проч-ность на раздавливание) и с 4.4 до 3,1 раз (прочность на сбрасывание), ухудшается также прочность сухих окатышей с 2,10 до 1,49 кг/ок. Снижается температура

шока (с 647 до 536 °С), увеличивается массовая доля мелких классов - все это свидетельствует о снижении качества окатышей при использовании длительно хранившейся глины.

Технологические свойства окатышей, полученных с добавлением вылежанной активированной глины, также ухудшаются: снижается прочность сырых окатышей на раздавливание (с 1,46 до 1,15 кг/ок и на сбрасывание с 5,5 до 3,4 раз), падает температура шока (с 730 до 619 °С), ухудшается прочность сырых окатышей (с 2,7 до 1,61 кг/ок).

В целом за период испытаний природной и активированной кел-ловейской глины показано снижение физико-химических характеристик хранившейся глины и окатышей, полученных с использованием данной глины.

Лабораторные испытания, выполненные на Михайловском ГОКе и направленные на поиск оптимальных технологических решений [6] показали, что наилучшей активирующей способностью обладает усредненная глина, прошедшая дополнительное тонкое совместное измельчение с содой. Возрастание набухаемости (с 2-3 до 7-8 ед.) при использовании оптимальной массовой доли (2,5-3,0 %) качественной соды сохраняется в течение 1-5 суток. Максимум на-бухаемости проявляется сразу после активации. Обратимость реакции ионного обмена приводит к волнообразному изменению набу-хаемости при медленном ее снижении [6], поэтому в технологии следует использовать свежеиз-мельченную активированную глину. Именно такой способ механо-химической активации келловей-ской глины был внедрен в производство на Михайловском ГОКе.

Использование лабораторных данных, подтвердивших изменение физико-химических свойств глины и ухудшение технологических свойств окатышей, произведенных с добавлением выдержанной при хранении на складе глины, позволило отказаться от процесса вылеживания и хранения ее в штабеле. Отпала необходимость длительного складирования глины, строительства дополнитель-

ных бункеров для хранения активированной глины, что позволило комбинату избежать дополнительных расходов в окомковании.

Выводы

1. При длительном хранении (в течение года) на складе структура келловейской глины разупо-рядочивается, ее химический состав с течением времени становится более неоднородным, коэффициент вариации геохимически подвижных элементов (К+, Na+, Ca++, Mg++ и других) возрастает.

2. Установлено, что в период климатических испытаний глины с поверхности штабеля вымывается ее тонкодисперсная часть, состоящая в основном из монтмориллонита, массовая доля которого снижается от 33,0 до 18,25 %, что подтверждается уменьшением Na20 с 0,23 % до 0,15 %. Отмечается снижение массовой доли глинистой составляющей с 93,6 до

73,6 % и ее тонкодисперсной части (менее 1 мкм) с 34,5 до 10,8 %.

3. Из-за обеднения келловей-ской глины монтмориллонитом и другими набухающими глинистыми минералами технологические параметры сырых и сухих окатышей снижаются. Так, прочность сухих окатышей (интег-ралный технологический параметр качества глины) снижается на 29,0 %, температура шока сырых окатышей уменьшается на 111 °С (с 647 °С в начале хранения до 536°С -через год).

Заключение

За период испытаний установлено, что верхний слой штабеля келловейской глины, используемой в окомковании, в результате действия климатических факторов обедняется монтмориллонитом и другими набухающими глинистыми минералами. Реологические и технологические свойства этого слоя глины снижаются. Учитывая природную неоднородность глины и небольшую толщину обедненного слоя, при отгрузке глины в технологический передел за счет перемешивания влияние этого слоя на качество глины незначительно. Заметные изменения свойств сырья могут произойти после длительного хранения в осенневесенний период и значительного

увеличения поверхности штабеля глины.

Работы по выбору различных способов активирования убедили

в рациональности механо-хими-ческой активации глины путем ее совместного помола с содой и до-

зирования в шихту для окомкова-ния свежеизмельченной смеси.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рыбкин В.С., Мартыненко В.М., Исаенко Г.Е. и др. Использование пестроцветной глины Сарбайского месторождения в качестве связующей добавки при производстве железорудных окатышей//Бюллетень «Черная металлургия». 1999. № 9-10. - С. 29-35.

2. Алтынбаев Р.А., Гзогян С.Р. Применение келловей-ских глин Михайловского месторождения в окомковании. - «Развитие идей И.Н. Плаксина в области обогащения полезных ископаемых и гидрометаллургии: Тез. докл., Москва, 10-14 окт. 2000. - М., 2000.- С. 69-70.

3. Третинник В.Ю., Лобанов Б.В., Красильникова З.С. и др. Повышение качества сырья для производства керамики. -Киев: Будильник, 1989. - 112 с.

4. Молчанов В.И., Селезнева О.Г., Жирнов Е.Н. Активация минералов при измельчении. - М.: Недра, 1988. - 2G7 с.

5. Лакин Г.Ф. Биометрия. - М.: Высш. шк., 199G. - З52 с.

6. Алтынбаев Р.А., Гзогян С.Р., Мельникова Н.Д. Использование келловейских глин при производстве железорудных окатышей//Горный инф.-аналит. бюллетень. 2GG1. №4. - С.1 G-18.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------------------

Алтынбаев Рафик Ахметжанович - кандидат химических наук, начальник лаборатории окомкования, ЦТЛ Михайловский ГОК.

Гзогян Семен Райрович - инженер, ЦТЛ Михайловский ГОК.

Мельникова Надежда Дмитриевна - кандидат геолог-минералогических наук, инженер, ЦТЛ Михайловский ГОК.