Научная статья на тему 'Выплавка высококачественного марганцевого сплава'

Выплавка высококачественного марганцевого сплава Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
230
55
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Выплавка высококачественного марганцевого сплава»

УДК 669.186

ВЫПЛАВКА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО МАРГАНЦЕВОГО СПЛАВА

И.Д. Рожихина

Марганцевые руды подавляющего большинства отечественных месторождений при большом разнообразии минерального состава характеризуются невысоким качеством при низком содержании марганца и высоком удельном содержании фосфора (отношение Р/Mn более 0,006). Они содержат повышенное количество железа и кремнезема и относятся к труднообогатимым. Около 90 % балансовых запасов марганцевых руд приходится на карбонатные руды, поэтому на обогащение этих руд и были направлены усилия исследований последних лет.

Наиболее крупные месторождения марганцевых руд в России - Усинское в Кемеровской области (92 млн тонн карбонатных руд) и месторождения Северо-Уральского марганцеворудного района (41 млн т карбонатных руд). Руды этих месторождений традиционными методами практически не обогащаются [1].

Использование методов радиометрического обогащения позволяют получать марганцевые концентраты с содержанием марганца до 32 %, но они также имеют повышенное содержание фосфора [2]. Это связано главным образом с тем, что фосфор входит в состав марганцевых руд в виде сложных полиморфных соединений. Поэтому рядом исследователей были разработаны различные варианты химического и гидрометаллургического обогащения, позволяющего получать высококачественные марганцевые концентраты из карбонатных руд с содержанием марганца - 55-65 % и отношением Р/Mn менее 0,0005 [1].

Кальций-хлоридный способ обогащения является наиболее перспективным, что связано в первую очередь с использованием недефицитного сырья: хлорида кальция, раствор которого используется для автоклавного выщелачивания по реакции МпСОз + СаС12 = МпС12 + ФСаСОэ (1)

Осаждение марганца производится известковым молоком по реакции

МпС12 + Са(ОН)2 = Мп(ОН)2 + СаС12. (2) Таким образом, хлорид кальция практически полностью возвращается в технологический цикл.

Гидроксид марганца подвергается термической обработке. В результате получается концентрат химического обогащения (КХО), который содержит 59-62 % Мп , 0,1-0,3 % Si02, Р205, S -следы [3]. Результаты рентгенофазового анализа показали, что марганец в КХО содержится в основном в виде Мп304 (табл. 1).

В результате исследований последних лет, проведенных на кафедре электрометаллургии, стандартизации и сертификации Сибирского госу-

дарственного индустриального университета были определены технологические приемы и параметры кальций-хлоридного метода обогащения, позволяющие повысить извлечение марганца из карбонатного сырья в концентрат с 80 % до 93,0-93,5 %. Применение этого метода позволяет обогащать, а также осуществлять дефосфорацию оксидного марганецсодержащего сырья и извлекать марганец из отходов производства. Извлечение при этом составляет более 90 % [4, 5].

Таблица 1

Результаты рентгенофазового анализа КХО

Материал Основная фаза Немного

Концентрат химического обогащения Мп304 сг-марганец манганозит МпО хлорид кальция СаС12

Полученное высококачественное сырье целесообразно использовать для прямого легирования, либо для выплавки высококачественных марганцевых сплавов, в частности металлического марганца.

Комплекс исследований с участием автора показал высокую эффективность технологии прямого легирования стали с применением в составе смесей концентрата химического обогащения [6]. Также был осуществлен комплекс работ по разработке технологии выплавки марганца металлического внепечным процессом с использованием концентрата химического обогащения [7], полученного при обогащении карбонатных марганцевых руд Усинского месторождения.

Руды Усинского месторождения имеют содержание марганца на уровне 19-22 % и повышенное содержание фосфора, поэтому для выплавки марганцевых сплавов необходимо их предварительное обогащение. Концентрат, полученный в результате хлоркальциевого обогащения (КХО) содержит 59-62 % Мп, 0,1-0,3 % 8Ю2 0,1-0,2 % Бе,

0,004-0,009 % Р, Б - следы.

Сложность использования полученного концентрата для внепечного процесса выплавки марганца металлического алюминотермическим способом заключается в том, что тепла, выделившегося в ходе реакции восстановления недостаточно для обеспечения эффективного разделения металла и шлака.

Это связано с тем, что марганец в концентрате химического обогащения по данным рентгенофазового анализа представлен в виде Мп304 (табл. 1). Алюминотермический процесс восстановления Мп304 можно описать реакцией

Серия «Металлургия», выпуск 7

61

Mn304 + 8/3A1 = ЗМп + 4/ЗА1203. (3)

Для получения жидкоподвижного шлака и снижения температуры плавления шлака в шихту необходимо вводить флюс. В качестве флюса целесообразно использовать известь, тогда в общем виде процесс можно представить реакцией

ЗМп304 + 8А1 + СаО = 9Мп + Са04А1203. (4) Тепловые расчеты показали, что удельный тепловой эффект не превышает 1900 кДж/кг шихты.

Для повышения термичности процесса необходимо либо подводить тепло, используя электро-печной агрегат или предварительный подогрев шихты, либо ввести в шихту высшие оксиды марганца Мп203 и Мп02.

На кафедре электрометаллургии, стандартизации и сертификации Сибирского государственного индустриального университета была разработана технология выплавки марганца металлического, включающая предварительную подготовку шихтовых материалов.

Мп304 является наиболее стабильным оксидом. В литературе отсутствуют данные о возможности окисления Мп304 до Мп203 или Мп02. Получить более высокую окисленность марганца возможно при получении синтетических материалов СаМп03 или СаМп204 [8]. Известна технология синтеза марганецсодержащего монофазного материала СаМп204 из концентрата химического обогащения [9].

Однако при внепечной плавке для обеспечения тепловых условий процесса целесообразно использовать соединение СаМп03, в котором марганец имеет высшую окисленность. Исследования, проведенные на дериватографе, позволили определить технические параметры получения монофазного синтетического материала СаМп03: температуру, время синтеза, соотношение концентрата химического обогащения и извести. Термохимическим синтезом был получен материал, рентгенофазовый состав которого представлен в табл. 2.

Восстановление марганца алюминием из синтезированного материала сопровождается значительным выделением тепла и представлено реакцией

ЗСаМп03 + 4А1 = ЗСа0-2А1203 + ЗМп, (5) образовавшийся А1203 взаимодействует с СаО с образованием легкоплавкого алюмината. Следовательно, в ходе восстановления потери марганца теоретически могут быть сведены к минимальным.

На практике синтезированный материал использовали для выплавки марганца металлического. Шихта состояла из концентрата химического обогащения, продуктов синтеза и алюминиевого порошка. Плавку вели в горне с верхним запалом. В результате был получен металл с содержанием марганца 98,9 %, извлечение марганца составило 83,9 % при полезном использовании алюминия 94—96 %.

Литература

1. Сутырин Ю.Е. Рентабельные марганцевые ферросплавы из российского сырья// Национальная металлургия. - 2002. - № 11. - С. 31-33.

2. Федоров Ю.О. Опыт и практика рентгенорадиометрического обогащения марганцевых руд// Состояние марганцево-рудной базы России и вопросы обеспечения промышленности марганцем: Сб. науч. тр. - 2001. - С. 123-131.

3. Пат. РФ № 2038396. Способ химического обогащения окисных марганцевых руд/ Н.В. Тол-стогузов, О. И. Нохрина, ИД. Рожихина и др. -№ 93018576; опубл. 27.06.95. - Б.И № 18.

4. Пат. РФ № 2057195. Способ извлечения марганца из отходов производства/ Н.В. Толсто-гузов, О. И. Нохрина, И.Д. Рожихина и др. -№93011890; заявл. 05.03.93; опубл.27.03.96. -Б.И. №10.

5. Толстогузов Н.В. Теоретические основы восстановления марганца, кремния и примесей при плавке ферромарганца и силикомарганца. - Новокузнецк: СМИ, 1991. - 126 с., ил.

6. Нохрина О.И., Рожихина ИД. Подготовка и исследование марганцевых руд для легирования стали марганцем в ковше// Сб. тр. VI конгресса сталеплавильщиков. - Череповец, 1999. - С. 25-27.

7. Нохрина О.И., Рожихина ИД. Изучение процесса получения марганца металлического из марганцевых руд Усинского месторождения// Тр. межд. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы электрометаллургии, сварки, качества». - Новокузнецк: СибГИУ, 2006. - С. 65-67.

8. Гасик М.И. Марганец. - М.: Металлургия, 1992. - 608 с.

9. Подготовка материалов для прямого легирования стали марганцем/ Н.В. Толстогузов, О.И. Нохрина, И.Е. Прошунин и др.// Сталь. - 1997. -№ 10. - С. 25-27.

Таблица 2 Результаты рентгенофазового анализа синтезированного материала

№ пробы Материал Фазовый состав

1 Известь Много: известь СаО Присутствует: портланд Са(ОН)2 Кальцит СаС03

2 Концентрат химического обогащения Много: гаусманит Мп304

3 Синтезиро- ванный материал Много: СаМп03 Присутствует: немного мароки-та СаМп204

62

Вестник ЮУрГУ, № 10, 2006

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.