Качество сырых и обожженных хромитовых окатышей

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ХРОМИТОВЫХ ОКАТЫШЕЙ

Аннотация. Приведены результаты исследований по использованию базальта в производстве хромитовых окатышей. Изучено его влияние на качество влажных, сухихи обожженных окатышей. Показано, что применение базальта позволяет полностьювывести из  шихты бентонит и коксик,снизить температуру обжига с применяемой на практике температуры 1400 °С до 1250 – 1300 °С, а также производить обожженные окатыши, отвечающие требованиям технических условий.

Ключевые слова: хромовая руда, окатыши, базальт.

При добыче и переработке хромитовых руд образуется до 75 – 80 % мелочи размером менее 10 мм, около 30 % руды находится в порошковом и даже впылеватомвиде [1]. Необходимость окускования   образующейся мелочи очевидна. Применительно к казахстанским рудам проведены обширные исследования по окускованию, сводка которых дана в работе [2]. Были предложены методы агломерации, окатывания, брикетирования с применением флюсов, жидкого стекла, лингосульфаната кальция и других добавок. Но в промышленных масштабах они не были реализованы.

Окускование хромитовых руд довольно широко развито в зарубежных странах. Но этот опыт не может быть перенесен на казахстанское сырье, посколькурудыбольшинства этихстран являютсяотносительно легкоплавкими [3]. Казахстанская же руда обладает высокой температурой плавления, обусловленной тугоплавкостьюкак руднойфазы, так и вмещающей породы [4,5]. По этой причине надействующей фабрике прозводстваокатышей (г. Хромтау, Казахстан) приняты специальные меры. Таковыми являются присадка к шихте из концентрата и бентонита дополнительно еще коксика и поддержание температуры обжига на ленте на уровне 1673 К. В ходе отработки технологии выявились некоторые ее недостатки, связанные, в том числе, и с негативным воздействием высокой температуры на эксплуатационные характеристики оборудования. В поисках решения этой проблемы, авторами была предпринятапопытка пойти по пути снижения температуры плавления спекаемой шихты.

Первыми на примере успешных исследований с железными рудами [6, 7] были опыты с применением казахстанской боратовой руды (табл. 1), содержащей, % (по массе): 1,1 Fe_общ.; 10,6 SiO2; 3,82 Al2O3; 22,02 CaO; 7,5 MgO; 8,2 B2O3; 10,0 S. Из представленных данных видно, что при обычных для конвейерныхмашинтемпературахобжига (1523 – 1573 К) у окатышей из   чистого хромитового концентрата и с добавкой бентонита (1 %) не обеспечивается требуемая [8] прочность на сжатие (150 кг/ок). И лишь при 1623К, что чревато осложнениями для работы обжигового оборудования, окатыши с бентонитом достигают этого показателя.

Присадка 2 % боратовой руды позволяет при температурах обжига 1523 – 1573 К иметьокатышис прочностью на сжатие 203 – 291 кг/ок, т.е. пригодные для промышленного использования. Несмотря на высокий приход серы с боратовой рудой, ее концентрация в готовых окатышах была весьма низкой (см. табл. 1).

Реализация этой, а также аналогичной для железных руд технологии с использованием казахстанской боратовойруд возможна при условии утилизации выделяющейся серы по известным схемам. Но на рынке имеется высокого качества турецкое боратовое сырье. Из исследованных четырех разновидностей шихты наилучшие результаты(см. табл.1) получены при использовании обожженного (для удаления гидратной влаги) колеманита, содержащего, % (по массе):  3,67 SiO2; 33,64 CaO; 2,75 MgO; 55,46 B2O3; 0,255 S. При температурах обжига 1523 – 1573 К и наличии в шихте всего 0,5 % колеманита удается получить окатыши высокой (155 – 271 кг/ ок) прочности. Следует отметить, что по данным промышленных испытаний, присутствиебора в шихте позволяет улучшить технико-экономические показатели выплавки хромистых ферросплавов [9, 10].

В дальнейшем, чтобы не осложнять процесс, избежать экологических проблем и подобрать более доступное сырье, было решено необходимого состава и свойств флюс составить из характерных для вмещающей породы хромитовых руд оксидов. Анализ диаграммы состояниячетверной системы CaO – SiO2 – Al2O3 – MgO показал, что он может быть подобран в районе низкотемпературной эвтектики (13 – 20 % СаО, 55 − 60 % SiO2 , 15 – 20 % Al2O3,10 − 12 % MgO) стемпературой конца плавления 1473–1573К [11]. Из природных материалов к этим составам наиболее близки базальты. Ниже приведен химический анализ двух базальтов по основным компонентам, % ( по массе):

Номер SiO₂Al₂O₃СаОMgOFe_общt_{кон. пл.}, К 1 47,4 16,2 9,45 8,1 10,4 1700 2 52,5 13,99 11,85 5,29 8,7 1713

Качество сырых и обожженных хромитовых окатышей

Первый из них – новосибирский (Россия), второй – казахстанский месторождения Дуберсай Актюбинской области (г. Хромтау), где он добывается, фракционируется и поставляется предприятиям строительной индустрии. Можно видеть, что для приближения к легкоплавкой области оба базальта требуют увеличения  содержания в них оксида магния. Новосибирский в  меньшей, а  дуберсайскийв большей мере.

С использованием электровибрационноговискозиметра изучили вязкость расплавов этих материалов и через нее нашли температуру конца плавлениядля суждения о возможности их использования в качестве легкоплавкой присадки при производстве окатышей.

Изучили такжевлияние присадокMgO наэти свойства. Вязкостные характеристики приведены на рисунке.

Можно видеть,что базальты тугоплавки и имеют повышенную вязкость даже при нагреве до высоких температур. По этой причине рассчитывать на сколько-нибудь заметное образование жидкоподвижного расплава в окатышах при обычных температурах обжига (1523 − 1573 К) не приходится. Картина меняется при вводе в них оксида магния (доломита). Температура конца плавления новосибирского базальта падает с 1700 до 1603 и 1573Кпри вводе в него 10 и 20 % доломита. Исходя из химического состава, в дуберсайский базальт ввели 28 % доломита. Его температура конца плавленияснизилась с 1713до 1553 К. При указанных выше температурахвязкость расплавов базальтас доломитом не превышает 3 Па·с. Оба этих фактора должны способствовать снижению температуры обжига и ускоренной ассимиляции составляющих шихты.

Таким образом, комбинированный флюс базальт – доломит можно было бы рассматривать как эффективную добавку для улучшения показателей обжига хромитовых окатышей. Однако привлечение вшихту двух дополнительных флюсов могло негативно сказаться на содержании хрома в окатышах и осложнить весовую шихтовку сырья. Поэтому в дальнейшем поставили задачу вывести из производственной шихты бентонит и коксик, а в качестве источника MgO попытаться использовать не доломит, а оксид магния цементирующей породы самой хромовой руды (табл. 2). Содержится он там не в свободном виде (равно как и в базальтах), а в составе серпентина, разлагающегося при нагреве на воду (пар), форстерит и силикат магния.

Для решения данной задачи в лабораторных условиях были получены окатыши из хромитового концентрата следующего химического состава, % (по массе): 51,9 Cr₂O₃; 5,81 SiO₂; 7,76 Al₂O₃; 0,13 CaO; 19,4 MgO; 9,72 Fe_общ . Его крупность по классу − 0,071  мм составляла 79,5 %, а удельная поверхность – 1621 см2/г. Окомкование шихт проводили в лабораторном барабанном грануляторе диаметром 600 мм, длиной 200 мм, скорость вращения барабана составляла 27 об/ мин (эквивалентная скорость вращения промышленного барабана диаметром 2,8 м равна 12 об/мин).

Обжигали окатыши монослоем в лабораторной трубчатой электропечи с карбидокремниевыми нагревателями. Режим обжига окатышей: скорость нагрева – 100 град/мин, охлаждения  – 70 град/мин, температура в зоне обжига1523и1573К,продолжительность изотермической выдержки – 20 мин. Прочность насжатие обожженныхокатышей определялась на разрывной машине ипа Р-0,5. Базовой служила шихта, состоящая из 96,9 % хромитового концентрата, 0,6 % бентонита и 2,5 % коксика. Опыты с ней показали следующее. Прочность сырых окатышей на сжатие составила 0,54 кг/ок, они в среднем выдерживали 2 – 3 сбрасывания. Прочность обожженных при 1523 К окатышей равнялась 65 кг/ок, а при 1573 К – 133 кг/ок. При данной шихтовке требования ТУ (150 кг/ок) достигаются при более высокой температуре обжига(1673 К),которая принята на действующей фабрике.