Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние технологии подготовки к плавке окисленных никелевых руд 6
1.1 Существующие технологические схемы подготовки руд к плавке 6
1.2 Вещественный, минеральный, гранулометрический составы окисленных никелевых руд и их физические свойства 10
1.3 Исследования по обогащению окисленных никелевых руд 18
1.3.1. Селективное измельчение в технологии обогащения руд 20
1.3.2 Принципы селективного измельчения (дезинтеграции) руд 20
1.3.3 Условия селективной дезинтеграции 21
1.3.4 Оборудование для селективного измельчения 22
1.4 Брикетирование окисленных никелевых руд 23
1.5 Влияние металлургических свойств шихты на технико-экономические показатели шахтной плавки 25
1.6 Выводы 32
2. Лабораторные исследования по обогащению окисленной никелевой руды с использованием методов селективного измельчения 33
2.1 Исследования по селективному измельчению руды
2.2 Определение технологических параметров селективного дробления окисленной никелевой руды 41
2.3 Селективное измельчение руды в дробилке ДЦ-0,36 43
2.4 Селективное измельчение руды в дробилке ДР 4x4 56
2.5 Выводы 68
3. Опытно-промышленные испытания селективного дробления окисленной никелевой руды 69
Выводы 77
4. Исследования технологии производства брикетов с высокими металлургическими свойствами из обогащенной руды 79
4.1 Исследования по получению брикетов с различными добавками 19
4.2 Влияние давления прессования при переменных линейных размерах частиц и влажности 85
4.3 Оценка металлургических свойств брикетов 94
4.3.1 Металлургические свойства брикетов текущего производства ОАО «Уфалейникель» 94
4.3.2 Металлургических свойства брикетов из обогащенной руды 101
4.4 Технология производства брикетов с высокими металлургическими свойствами 107
4.4.1 Влияние воды на прочность брикетов 107
4.4.2 Влияние добавок в состав шихты брикетирования на прочность при транспортировке и хранении 108
4.5 Выводы 112
5. Технологическая схема подготовки к плавке окисленной никелевой руды .. 113
6.1 Технологическая схема обогащения 113
6.2 Технология производства брикетов 116
6.3 Влияние подготовки шихты на показатели шахтной плавки 117
6.4 Выводы 117
Заключение 119
Список литературы 120
Приложения 127
- Влияние металлургических свойств шихты на технико-экономические показатели шахтной плавки
- Определение технологических параметров селективного дробления окисленной никелевой руды
- Влияние давления прессования при переменных линейных размерах частиц и влажности
- Влияние добавок в состав шихты брикетирования на прочность при транспортировке и хранении
Введение к работе
Среди многих способов воздействия на прочностные и механические свойства стали, однородность и чистоту её по неметаллическим включениям, наиболее распространённым традиционно остаётся обработка металлов ферросплавами. Одним из наиболее эффективных элементов по воздействию на свойства стали считается никель, который наряду с хромом, является главным легирующим элементом в коррозионно- и жаростойких сплавах на основе железа. Более 70 % производимого в мире никеля используется именно для этих целей [1].
Годовое потребление никеля в мире за последние 20 лет увеличилось более чем в 2,5 раза, что связано с превалирующим ростом производства никельсодержащих сталей и сплавов. В России для выплавки высококачественных никельсодержащих сталей в основном используется никель, содержащий 99,5 % и более никеля, высокая цена которого не способствует развитию производства конструкционных и особенно нержавеющих жаропрочных, кислотоупорных сталей. В тоже время в нашей стране очень мало производится относительно дешёвых никелевых ферросплавов, содержащих 10-50 % никеля. При этом Россия располагает достаточными запасами окисленных никелевых руд, пригодных для производства такого вида сплавов. В окисленных никелевых рудах Урала и Сибири сосредоточено около 25 % всех разведанных запасов никеля в стране, в то же время из этих руд производится всего 8-9 % от всего производимого никеля, при этом в ферроникеле получают чуть более 5 % никеля.
Причиной упадка производства никеля на Урале на 40-50% по сравнению с 85-90 годами является то, что существующие технологии переработки окисленных никелевых руд технологически устаревшие, экологически опасные для окружающей среды, относятся к весьма материалоёмким и энергоёмким производствам. Из-за высоких цен на дефицитный кокс, постоянного роста цен на энергоресурсы, транспортные тарифы, а также нестабильного положения никеля на рынке металлов, низкого содержания никеля в руде и соответственно высоких затрат на получение одной тонны никеля этот бизнес стал рискованным, поэтому в развитие никелевой отрасли в настоящее время вкладывается мало средств.
Тем не менее, никелевая отрасль Урала, имея ряд крупных недостатков в технологии переработки руды: плавка сырой руды, неудовлетворительное качество окускования мелких фракций, использование известняка крупностью -100 мм, отсутствие подогрева
5 дутья и других недостатков в технологии, может производить никелевые ферросплавы и огневой никель из окисленных никелевых руд рентабельно.
Эти потенциальные возможности обусловлены: во-первых, наличием больших запасов руды, простотой и дешевизной добычи руды открытым способом в карьерах, во-вторых, расположением рудников и заводов по переработке никелевых руд в обжитых районах Урала с высокоразвитой инфраструктурой, мощной энергетической и транспортной системами. На Урале также сосредоточены потребители ферроникеля - предприятия чёрной металлургии и машиностроения.
Развитие и повышение эффективности производства никеля и его сплавов на предприятиях Урала возможно при условии решения следующих задач:
Обогащение окисленной никелевой руды с кратностью не ниже 1,3-1,5 с одновременным выводом из переработки тугоплавких и бедных никелем пород.
Качественная подготовка руды к плавке: оптимизация минералогического, химического и гранулометрического состава рудной никельсодержащей шихты, получение прочных и обладающих высокими металлургическими свойствами брикетов за счёт более совершенной технологии и оборудования, на котором они производятся.
Необходимость настоящей работы диктуется отсутствием эффективных технологий обогащения окисленных никелевых руд, недостаточной изученностью процессов подготовки никелевых руд к плавке, решающих не только вопросы увеличения содержания никеля в сырье, но и вывод из состава руды части её компонентов, оказывающих неблагоприятное влияние на процесс плавки, определение таких важных показателей качества окускованной шихты как температура разупрочнения при нагревании (температура шока) и её зависимость от технологических параметров (давления прессования, влажности и крупности шихты брикетирования и других), температура размягчения, плавления и температурный интервал размягчения и плавления и зависимость этих показателей от введения в шихту брикетирования флюсующих и технологических добавок (известняка, извести, гипса, колчедана, металлургической пыли).
Отсутствие знаний по металлургическим свойствам брикетов не позволяют совершенствовать технологию их производства и повышать эффективность производства никелевого штейна при их шахтной плавке.
Влияние металлургических свойств шихты на технико-экономические показатели шахтной плавки
Движение материалов в противотоке с газом в шахтных печах наиболее наблюдаемое при управлении плавкой, характеризуется закономерностями механики сыпучих сред, так как отношение размеров шахты печи к диаметру кусков шихты представляет большую величину, порядка 100 и более [55, 56].
Опускание столба шихты в шахтной печи происходит под действием «активного веса», представляющего собой гравитационные силы кусков шихты, ослабленные трением о стены, действием распорных усилий, возникающих при возрастании высоты слоя шихты, противодавлениям поднимающихся газов. Кроме того, это движение обусловлено освобождением объемов в областях выгорания кокса у фурм, окисление углерода до фурм, а также плавление материалов, его размягчении и уплотнения, уминки [57-59].
Д.А. Диомидовским [60] была получена общая формула, определяющая предельное количество дутья и учитывающая влияние всех без исключения составляющих шихты - руды, флюсов, кокса, а также особенности профиля печи, параметры газового потока, размеры кусков шихты и другие: где hi, h2, h3 - высота слоя шихты; Flt F2, F3 - площадь поперечного сечения печи, м2; W], w2, м з - величины свободных проходов между кусками шихты в долях единицы; - условная скорость газов в межкусковых промежутках, м/сек; t\, t2, t$, - температура газов на границах слоев, С; icp, tlIcp, t"!cp, - средняя температура газов для слоев, С; //, 12, /j, - размер куска шихты, м; /1,/2,/3, - кажущийся удельный вес шихтовых материалов, кг/м3; К1 - качество дутья, вызывающее начало нарушения стабильности шихты - нача-ло вспухания, отнесенное к площади печи в области фурм, нм /м мин; К - то же, отнесенное к площади печи по верху шахты, нм3/м2 мин; (ргазо - приведенный удельный вес газов в печи, кг/нм3; а - безразмерный коэффициент, учитывающий неточности при определении w, а также трение кусков. Основными показателями работы шахтной печи служат: проплав шихты в едини-цу времени, т/м -сутки; термический к.п.д., %; температура фокуса, С; температура колошника, С.
По модельным исследованиям [60] зависимость проплава шихты от расхода воздуха имеет экстремальный характер. Увеличение количества подаваемого в печь воздуха является важнейшим фактором интенсификации шахтной плавки. Однако увеличение проплава происходит до определенного предела, определяемого нарушением стабильности слоя шихты. При повышении расхода дутья выше предельного проплав значительно сокращается, появляется неравномерность распределения газов по сечению печи, продувы, зависания шихты, в результате эффективность работы печи снижается. В области же стабильного состояния шихты повышение количества дутья характеризуется одновременно увеличением проплава, увеличивается термический к.п.д. печи.
Предельное количество дутья зависит от кажущейся плотности материала, размера кусков и условной скорости газов в межкусковых промежутках. С уменьшением плотности материала и размера кусков величина предельного расхода воздуха также уменьшается. Значительно более резкое влияние на величину предельного расхода воздуха оказывает величина условной скорости газов в межкусковых проходах, так как она входит в формулу в первой степени. Существенное перемещение и выброс частиц под действием давления газового потока происходит главным образом в верхних частях слоя шихты, но, так как реальный слой шихты составляется из частиц (кусков) разной формы и размеров, то возможность выброса куска шахты вероятна при различных значениях скорости газа в слое. Это объясняется отчасти тем, что на мелкие частицы, расположенные в промежутках между крупными, давление вышележащего слоя или не сказывается, или сказывается в меньшей степени.
Для каждого гранулометрического состава шихты шахтных печей существует практически устанавливаемая предельная скорость газа в слое, при которой противодавление и перемещение мелких фракций внутри слоя и вынос их за границы слоя не выходит за определенные рамки. Этой практической скоростью и лимитируется производительность шахтной печи. Превышение этой скорости вследствие подачи чрезмерного количества дутья называется «передувом» печи.
Наличие большого количества мелких фракций при интенсивном дутье может привести к образованию в слое своего рода каналов, «продувов», по которым и устремляются потоки газов, в результате чего резко нарушается равномерность его распреде 27 ления по сечению печи. Чем меньше скорость газов на выходе из слоя шихты, тем меньше вынос пыли. С другой стороны, чем меньше мелких фракций в шихте, тем выше предельный расход воздуха и тем выше предельная производительность печи.
Рассмотренные положения газодинамики шахтной плавки относятся, главным образом, к процессам в столбе твердофазных материалов (шахта печи). Однако более значимыми по своему воздействию на технологические показатели шахтной плавки являются свойства шихтовых материалов, характер их фазовых превышений в нижней зоне шахтной печи.
Анализ влияния свойств шихтовых материалов на характер их фазовых превращений и ход плавки до начала 70-х годов XX века был осложнен отсутствием системных представлений о характере зоны, в которой происходят эти изменения. На основе анализа материалов охлажденных и разобранных доменных печей [57, 61, 62] сформировались представления о зоне размягчения и плавления как об объеме слоя материалов, заключенном между изотермой начала размягчения материала и шлака в самостоятельные текучие фазы, в котором в основном сохраняется послойная структура с чередованием газонепроницаемых тестообразных масс размягченных рудных материалов и газопроницаемых слоев кокса. Над этой зоной расположена область твердофазного состояния, а под ней - коксовая насадка, через которую фильтруются жидкие продукты плавки в противотоке с восходящими газами. Указанные представления придали соответствующую направленность исследованию свойств шихтовых материалов, а также анализу и моделированию процессов доменной и шахтной плавки. Выявленное решающее значение температур начала размягчения и полного расплавления материала, а также разности этих температур (интервала размягчения и плавления) в формировании зоны вяз-копластичного состояния. Показано, что меньшему интервалу размягчения и плавления соответствует меньшая толщина указанной зоны и соответственно меньшее сопротивление проходу газов. Выявлено четыре характерных периода деформации слоя при нагрузке в ходе восстановительно-тепловой обработки: 1 - твердофазная деформация; 2 -интенсивная усадка, обусловленная появлением первичных шлаковых фаз; 3 - уплотнение пластической массы; 4 - расплавление с разделением металла и шлака. Температуру конца второго периода предложено считать верхней геометрической границей пластической зоны (Т1Ш - температура начала плавления (размягчения), а температуру расплавления с разделением металла и шлака (четвертый период) - нижней геометрической границей пластической зоны (Тр - температура плавления), причем Т,Ш ТР. Общая схема пластической зоны представляется в виде горизонтальных или почти горизонтальных чередующихся между собой слоев кокса и размягченного рудного материала, распределенных по сечению печи в форме V - образных, W - образных или близких к ним кривых. Сокращение интервала температур размягчения-плавления шихты (Тр-Тнп) способствует сокращению толщины указанной зоны и соответствующему увеличению газопроницаемости.
Определение технологических параметров селективного дробления окисленной никелевой руды
Полученные результаты показывают возможность селективного дробления и измельчения серовской руды с выводом максимального количества минералов никеля в тонкие классы и минимального переизмельчения вмещающих и жильных пород, с выводом их в крупные классы, которые можно отправить в отвал или на ответственное хранение.
Исследования гранулометрического состава (табл. 2.2), ситовой и химический анализ пробы серовской руды, измельченной до 1 мм, подтвердили выводы о том, что никель концентрируется в более мелких и тонких классах, что минералы никеля достаточно тесно и тонко прорастают во все породы, в результате чего никель оказывается равномерно рассредоточен по всем породам и изменение содержания его от 0,3-0,6 % до 1,6-2,0 %. Поэтому решение задачи концентрирования никеля в обогащенную руду с кратностью обогащения 1,4-2,0 достаточно сложное и трудное.
На I этапе исследования были проанализированы породы и минералы практически всех месторождений окисленных никелевых руд Урала и Северного Казахстана, природа их происхождения, гранулометрический и химический состав.
Были подтверждены все те закономерности поведения никеля и кобальта, их минералов в процессе образования рудных тел и месторождений. Во всех ранее выполненных работах указывается, что обогащение окисленных никелевых руд, возможно, но необходимо учитывать небольшую кратность обогащения (1,4-2,0), поэтому процесс обогащения должен сопровождаться одновременной выдачей обогащенной руды оптимального химического и минералогического состава, а также физические свойства руды должны обеспечить оптимальные условия для подготовки руды к шахтной плавке (для условий ОАО «Уфалейникель»), то есть к брикетированию.
При анализе минералогического состава пород, входящих в состав серовской руды были замечены существенные различия в плотности, удельном весе, твердости, крепости пород (см. табл. 2.5). При этом рудные породы и минералы (выщелоченные серпентиниты, нонтрониты, нонтронитизированные серпентиниты, плотные слабо выветренные серпентиниты, выщелоченные карбонитизированные серпентиниты, плотные сильно керолитизированные серпентиниты, еловскит, рианит и т. д.) имеют плотность 1,9-2,5 г/см3, твердость по шкале Мооса 1-3,0 ед. (табл. 2.5), в то время как большинство полевошпатовых пород имеют плотность 2,6-3,5 г/см , твердость 5,5-8 ед.
Коренные ультраосновные породы и минералы, такие как оливины, пироксенит, серпентин, плотные невыветрелые серпентиниты имеют плотность 2,6-3,5 г/см , твер- 750-1500 кг/см (см. табл. 2.5), в то же время выветренные ультраосновные породы предел прочности на сжатие имеют 10-750 кг/см2 [67]. Все эти различия позволяют предположить возможность селективного дробления пород, составляющих основную массу руды Серовского месторождения. При этом мягкие минералы (минералы никеля, минералы выветрелых серпентинитов) будут переизмельчаться, а минералы твердых пород (полевошпатовые породы, граниты, диориты, амфиболы, плотные неизменные серпентиниты) измельчаться будут в значительно меньшей степени и после последующего грохочения или рассева их можно разделить. В случае необходимости существенного переизмельчения, то есть получения обогащенной руды крупностью менее 1 мм, возможно применение методов пневмосепарации, которые в настоящее время достаточно широко применяются в порошковой металлургии, цементной промышленности, но это потребует дополнительных исследований.
Исследования измельчения композиционной пробы серовской руды до крупности 1 мм подтвердили ранее сделанные предположения о том, что возможно селективное дробление и измельчение с последующим выводом никеля в тонкие классы 2-0 или 1-0 мм. В классе -0,5+0 мм содержание никеля снизилось по сравнению с классом -0,4+0 мм (табл. 2.2) на 0,34 % или произошло разубоживание класса в 1,24 раза, в то же время выход никеля в тонкие классы в результате измельчения увеличился с 18,6 % в классе -0,4+0 мм до 66,77 % в классе -0,25+0 мм (табл. 2.4), а выход в класс -0,5+0 мм составил 78,37 %. Все это говорит о том, что при измельчении руды в первую очередь измельчаются мягкие минералы, содержащие в значительных количествах никель, а затем уже измельчаются более прочные породы.
Определение технологических параметров селективного дробления выполнено на основе расчета по известным методикам (Приложение 1). Основное условие селективного дробления никелевой руды - энергия удара рабочего органа по куску руды размером более dmax должна быть достаточна для его разрушения, но не приводить к переизмельчению вмещающих пород, бедных по содержанию никеля. Таким образом, dmax является критическим размером продукта селективного дробления (dKp « dmax) для условий соударения, то есть при прямом центральном ударе. Согласно [68] этим условиям отвечает формула определения окружной скорости рабочего органа дробилки: правки на угол установки отражательной плиты, Кр=2,5; Ко - коэффициент поправки на прочность материала, KD=0,5 [68].
Исследования по селективному измельчению никелевой руды проводили в центробежной дробилке ударного действия ДЦ-0,36 в опытно-исследовательском центре ООО "Новые технологии" (С.-Петербург). Центробежная дробилка ДЦ-0,36 оснащена необходимым для проведения испытаний оборудованием - грохотом "Kroosher" с набором сит и пылегазоочисткой.
Проведено пять опытов с рудой и три с крупной фракцией никелевой руды (так называемая откать). В проводимых опытах использованы скорости вращения ускорителя дробилки 40, 50, 60, 70, 80 м/с. Результаты дробления серовской никелевой руды, химический состав продуктов дробления, распределение никеля и оксидов кремния, железа и магния в опытах при разных скоростях вращения ускорителя дробилки приведены в табл. 2.6-2.10.
После рассева на грохоте в качестве концентрата можно использовать две фракции -5+0 мм и -3+0 мм. Показатели обогащения при разных скоростях вращения ускорителя приведены в табл. 2.11.
Влияние давления прессования при переменных линейных размерах частиц и влажности
Содержание в классе -1+0 мм получено расчетным путем, так как дробилка ДР 4x4 не оборудована пылеулавливающим устройством и тонкие классы руды при измельчении безвозвратно теряются. Потери тонких фракций (-0,15-0 мм) составляют 12-17 %, поэтому их присоединили к классу руды -0,15-0 мм. Минералы никеля при дроблении и измельчении в дробилке ДР 4x4 ведут себя точно так же, как и при измельчении в стержневой мельнице.
Содержание и выход никеля в класс -1+0 мм (см. табл. 2.18) в опытах 53,7-73,1 % (без учета отсеянной ранее фр. -1+0 мм, количество которой составляет 23,4 %), при этом содержание никеля в классах -15+1 мм составляет от 0,5 до 0,9 % в зависимости от режима дробления. С учетом отсеянной ранее руды фр. -1+0 мм извлечение никеля составляет 70,2-83,3 %. Извлечение никеля в класс -2+0 мм с учетом отсеянной ранее руды фр. -1+0 мм составляет уже 81,4-92,1%, содержание никеля в руде 1,58 %.Исследование поведения шлакообразующих составляющих при селективном измельчении руды показали, что в тонких классах наблюдается явное снижение содержания оксида магния с 22,8 до 18,5-21,0 % (см. табл. 2.17), в готовой продукции содержание оксида магния снижается до 18-19%.
Аналогично минералам никеля ведут себя и минералы железа, содержание которого в тонких классах увеличивается с 11,14 до 12,6-14,5 % или на 15-25 %. Поведение кремнезема при измельчении обратное, т. е. в крупных классах +2 мм наблюдается даже некоторое снижение до 36-38 %, а в тонких классах содержание Si02 повышается до 42-45 % (с 41 % в руде). Анализ влияния параметров работы дробилки ДР 4x4 показывает, что содержание никеля в хвостах обогащения снижается с уменьшением скорости вращения ротора и увеличением размера разгрузочной щели (см. рис. 2.7, 2.8).
Таким образом, проведенные эксперименты по селективному, избирательному измельчению серовской руды подтвердили ранее сделанные теоретические предположения о возможности обогащения окисленных никелевых руд. Все указанные изменения в химическом и минералогическом составе руды при ее обогащении являются весьма благоприятными для процесса восстановителыю-сульфидирующей плавки.
Получение обогащенной руды крупностью -2+0 мм с гораздо более высоким содержанием глинистых составляющих (имеются в виду в первую очередь монтморилло-нитовые и бейделлитовые глины) позволяет получать брикеты с высокой прочностью в холодном состоянии и при нагреве в процессе шахтной плавки. Стабилизация газоди
В опытах вскрытие руды проводилось при различных значениях скоростей вращения и размеров разгрузочных щелей, при этом замечено, что при низких скоростях вращения (30 м/с) извлечение никеля в обогащенный продукт выше, чем при высоких скоростях, когда породы переизмельчаются и обогащенный продукт разубоживается пустыми и бедными по никелю породами. Было сделано предположение, что существуют какие-то предельные нагрузки при дроблении рудных пород. При нагрузках ниже этого предела породы и минералы, содержащие никель, измельчаются не полностью и попадают в крупные классы. При высоких нагрузках происходит переизмельчение пустых и бедных никелем пород и обогащенный продукт разубоживается по никелю, но извлечение его при этом возрастает. Во второй серии опытов дробление проводили, начиная со скорости вращения ротора 30 м/с и размера разгрузочной щели 40/30 мм, производительность составляла 7 т/ч (опыт № 5); 10,8 т/ч (опыт № 6) и 15 т/ч (опыт № 7 -табл. 2.19).
При проведении опытов № 5 и № 6 определено, что при увеличении производительности с 7 до 10,8 т/ч извлечение никеля в обогащенный продукт снизилось с 65,7 до 54,6 %. Было видно, что большое количество рудных минералов находится в крупных фракциях, что подтвердили результаты химического анализа крупных фракций, а также существенно снизился выход обогащенного продукта - с 53,1 до 44,1 %, при этом содержание никеля в классе +2 мм увеличилось с 0,89 до 1,08 %. Поэтому в опыте № 7 решили проверить влияние уменьшения размера разгрузочной щели при одновременном увеличении производительности до 15 т/ч, или на 40 %. Из табл. 2.19, 2.20 видно, что при уменьшении разгрузочной щели до 7/5 мм с одновременным увеличением производительности дробилки до 15 т/ч увеличился выход обогащенного продукта с 44,2 % в опыте № 6 до 56,7 % в опыте № 7, а извлечение никеля возросло с 54,5 до 65,6 %, содержание никеля в обогащенном продукте снизилось с 1,64 до 1,54 %. Таким образом, первые три опыта второй серии исследований показали, что, изменяя производительность и размер разгрузочной щели дробилки можно эффективно регулировать содержание никеля, выход обогащенного продукта и извлечение никеля в обогащенный продукт.
В связи с тем, что одностадийное селективное дробление в первой и второй сериях опытов не позволило увеличить извлечение никеля более 65-75 %, а его содержание в хвостах обогащения (фракция +2 мм) было высоким (от 0,9 до 1,08%), было решено провести селективное дробление в две стадии. В опыте № 8 (табл. 2.21, 2.22) дробление на I стадии проводили при скорости вращения ротора дробилки 50 м/с, величине разгрузочной щели 20/15 мм, производительности 15 т/ч. На II стадии опыта размер разгрузочной щели уменьшили до 7/5 мм, производительность дробилки до 7 т/ч, скорость вращения ротора оставить 50 м/с.
Влияние добавок в состав шихты брикетирования на прочность при транспортировке и хранении
В связи с тем, что серпентиниты и их разности относятся к породам, которые образуют различные глины, в том числе монтмориллонитовые и бейделитовые, которых в составе обогащенной руды не менее 15-18 % (обладающих высокой влагоемкостыо). Поэтому необходимо было проверить поведение брикетов в присутствии воды.
Кроме того, во время обогащения никелевую руду подвергают не менее, чем двум стадиям дробления, затем грохочения и класс крупности -2+0 мм является обогащенной рудой. В этой руде ее частицы после дробления весьма активно, в силу своей природы, способны поглощать воду. При проведении опытов по определению влагопоглощающей способности брикетов было определено, что брикеты активно поглощают воду, при этом вода, проникая в брикет, практически в течение 4-5 минут разрывает, размывает его на составные части, при этом мельчайшие частицы руды с водой образуют суспензию, которая отстаивается после растворения, разрушения брикета только в течение 1-2 часов. Также ведут себя и брикеты текущего производства.
Таким образом, в связи с тем, что в составе никелевых руд Серовского месторождения глинистых пород не менее 65-75 %, а собственно глин 15-18 %, брикеты, изготовленные из этих руд обладают хорошей прочностью на раздавливание (65-70 кг/брикет); используя специальные технологические приемы, такие как сушка, применение высокого давления прессования при брикетировании, использование различных добавок (жидкое стекло, известняк) можно увеличить прочность до 100-160 кг/брикет и брикеты по своим прочностным свойствам будут отвечать требованиям транспортировки, когда образование мелочи -5 мм после перевозки будет минимальным и не превышать 5-Ю %. Однако, в связи с высокой влагоемкостью и разрушающим воздействием больших количеств воды на брикеты перевозка их возможна только в закрытой таре или специальных вагонах, не допускающих попадания воды на брикеты.
Получение обогащенной руды крупностью -3+0 мм и влажностью 5-6 % позволяет не только эффективно брикетировать руду, получая прочные с высокими металлургическими свойствами брикеты, но и эффективно использовать различные добавки для изменения металлургических свойств шихты в нужном направлении, тем самым, решая задачу эффективного управления процессом шахтной плавки окисленных никелевых руд. Проведенные опыты с добавками в шихту жидкого стекла (2,5 %) и известняка в количестве 2,5-10 % подтвердили эти предположения. В связи с тем, что предполагается изготавливать брикеты на Серовском руднике и затем транспортировать их на завод в Верхний Уфалей, получаемая прочность брикетов на раздавливание (61-65 кг/брикет) не обеспечивает необходимой транспортной прочности, позволяющей перевозить их по железной дороге. Требуемая для перевозки прочность брикетов на раздавливание должна быть не менее 90 кг/брикет, при этом выход мелочи класса -5 мм после перевозки и перевалки не более 10-15%.
Для повышения прочности брикетов было проверено влияние добавки жидкого стекла в количестве 2,5 %. Введение в шихту силиката натрия кроме повышения прочности будет также способствовать снижению температуры размягчения и плавления шихты. Результаты опытов показаны на рис. 4.24, табл. 4.11. Из представленных данных видно, что прочность брикетов на раздавливание увеличилась на 26 % (78-82 кг/брикет).
При исследовании высокотемпературных свойств установлено, что температура плавления брикетов снизилась до 1280-1295 С, температурный интервал размягчения-плавления (ТИРП) сократился с 240-250 С до 195-200С (рис. 4.24).
Добавка в шихту шахтной плавки известняка обусловлена задачей снижения температуры плавления и получения жидкотекучих шлаков. В связи с этим было решено проверить влияние небольших добавок известняка крупностью -3+0 мм на высокотемпературные свойства брикетов. Проведенные опыты подтвердили предположение об улучшении высокотемпературных свойств брикетов. Результаты опытов приведены в табл. 4.11 и на рис. 4.25-4.26. Температура плавления брикетов с известняком (2,5 %) снизилась до 1240-1250 С, ТИРП уменьшился до 160-170 С.
Исследование влияния добавок известняка на прочность брикетов показало, что прочность сырых брикетов возрастает до 90-101 кг/брикет при добавке 2,5- 5,0 % из 109 вестняка или на 42,4 %. Дальнейшее увеличение количества известняка в шихту (10 %) не привело к увеличению прочности, она несколько снизилась по отношению к максимальной, но осталась более высокой, чем с добавкой жидкого стекла.
Таким образом, введение в шихту брикетирования мелкого известняка в количестве до 10 % позволяет увеличить прочность брикетов до требуемых значений по условиям транспортировки, а также существенно улучшить высокотемпературные свойства.
Во всех опытах по определению температуры размягчения брикетов, приготовленных из обогащенной руды с добавками и без добавок значение температуры размягчения остается постоянным в пределах 1085-1100 С. Объясняется это тем, что во всех опытах с обогащенной рудой ее минералогический и химический состав был практически постоянным.
Минералогический и химический состав откати и необогащенной руды существенно отличается большим содержанием тугоплавких оксидов, полевошпатовых и магнезиальных пород и меньшим содержанием оксидов железа и железосодержащих минералов. Поэтому температура размягчения и плавления откати и шихт, в которые она входит существенно выше (рис. 4.20-4.22).
Таким образом, брикеты из обогащенной руды отличаются от шихты текущего производства более высокой прочностью, стабильным химическим и минералогическим составом, более высокими металлургическими свойствами, что позволяет стабилизировать газодинамический и тепловой режим работы шахтной печи.
Результаты работы показали, что обогащенная руда хорошо брикетируется при высоких усилиях прессования. Прочность сырых брикетов из обогащенной руды составляет 61-65 кг/брикет (60 кг/брикет - требуемая прочность), прочность на сбрасывание (выход класса -5 мм) - 15,1-18 %, в то время как аналогичные показатели из необогащенной руды составляют соответственно 12-15 кг/брикет и 25-29 %. В результате улучшения минералогического и химического состава при обогащении руды значительно улучшены такие металлургические свойства брикетов, как температура плавления, температурный интервал размягчения-плавления (ТИРП).
Температура плавления у брикетов из обогащенной руды снижается до 1310-1340С против 1420 С у брикетов из необогащенной руды. Температурный интервал размягчения-плавления у брикетов из обогащенной руды (с добавками) снижается с 335 до 155-240 С.
Похожие диссертации на Совершенствование технологии брикетирования окисленных никелевых руд Серовского месторождения
