Ферросплавное производство

Агломерирование марганцевых руд

После выемки из шахты марганцевая руда дробится и рассортировывается на различные фракции от тонкоизмельченных (< 6 мм) до кусковых (< 75 мм). Количество тонкоизмельченных фракций составляет до 20%-50% от общего количества.

Рассортированная руда обогащается различными методами для производства концентрата. В зависимости от поверхностных свойств минералов, наиболее обычными методами обогащения являются промывка, высокоинтенсивная магнитная сепарация, гравитационный метод и сепарация, основанная на разделении взвешенных частиц.

Анализ грохочения металлургических марганцевых руд и концентратов фирмы CVRD, Бразилия показал следующие результаты:

  • Кусковая руда: 97% < 75 мм, 6% < 6.35 мм
  • Агломерированная руда: 0.15-6.35 мм
  • Средне-крупная кусковая руда 90% < 9.5 мм, 20% < 4 мм.

Опыт показывает, что эффективная работа печей, производящих ферромарганец и силикомарганец достигается при использовании однородного по размеру сырья. Сырье должно обладать хорошей газопроницаемостью по всей поверхности колоши шихты. Особенно нежелательными в шихте являются тонкоизмельченные фракции, которые снижают пористость шихты, что приводит к увеличению энергопотребления на тонну сплава, повышенному задымлению и запылению. В связи с этим, у производителей предпочтение имеют кусковая и агломерированная руды.

Тонкоизмельченные фракции преимущественно агломерируются путем спекания либо на шахте, либо на заводе производителя. Теория спекания, применяемая к железным рудам, используется и для марганцевых руд.

Технология подвижной колосниковой решетки является наиболее распространенной в производстве агломерата, как например на заводе ферросплавов TEMCO в Австралии, на шахте Саманкор Манганиз Маматван (Samancore Manganese Mamatwan) в Южной Африке, шахте КОМИЛОГ (COMILOG) в Габоне, шахтах CVRD в Бразилии. Такое оборудование пригодно для производства в крупных масштабах. Другими способами являются агломерирование на стальном ленточном конвейере (разработан компанией Outokumpu) или стационарная агломерация в чашах, как например на заводе RDMN в Норвегии. Агломерирование в стационарных чашах с использованием нижней тяги является хорошо зарекомендовавшей себя технологией, способной производить высококачественный агломерат в малых количествах.

Гранулирование представляет более сложный процесс в случае с марганцевыми рудами, чем с железными. Для производства крепких марганцеворудных гранул требуется более высокая температура, что повышает себестоимость. Кроме того, при нагреве зеленых окатышей, в эндотермической реакции диссоциируются диоксид марганца (MnO2) и окись марганца (Mn2O3).

В результате этого, требуется больше топлива на сжигание марганцевых окатышей, чем железных. Также для гранулирования требуется произвести тонкий помол руды. Следуя из всего вышесказанного, гранулирование марганцевой руды является достаточно дорогостоящей технологией.

Брикетирование представляет интерес для агломерирования марганцесодержащих отходов, маломерной руды и углеродистых материалов на заводах, выпускающих марганцевые сплавы. Агломерирование и гранулирование связаны со значительными капиталовложениями, а также с затратами на помол и обжиг. Брикетирование, напротив, является процессом безнагревного соединения и, соответственно, не требует больших капиталовложений. Также брикетирование не требует измельчения, как гранулирование. В качестве связующего элемента при брикетировании используются битум, цемент, меласса и известь, как по отдельности, так и в смеси друг с другом. Имеются примеры использования брикетов для производства высокоуглеродистого феррохрома, а также как составной части шихты в производстве ферромарганцевых сплавов. Композитные брикеты в сочетании с тонкоизмельченной рудой и 4-6% углем оказывают положительное влияние на технологический процесс в связи с возникающими экзотермическими реакциями, протекающими между высшими марганцевыми оксидами и летучими продуктами образующимися при нагреве угля.

Пример состава руды и агломерата

Агломерирование и спекание повышает качество марганцесодержащего компонента в руде посредством раскисления марганцевых оксидов. См. пример в таблице 3.4. Степень окисления примерно одинакова как для агломерата, так и для окатышей, т.е. с точки зрения протекающих химических реакций, они равноценны для восстановительной печи. Более низкий уровень окисления в окатышах считается недостатком. Чем меньше кислорода, чем меньше выделяющегося тепла для нагрева шихты. На практике, количество используемого тепла зависит от эффективности печной шахты. Менее окисленная шихта, но имеющая лучшие физические характеристики, будет способствовать более эффективной работе печи, чем более окисленная, но с худшими физ. характеристиками.

Связующим веществом в марганцевом агломерате обычно служит смесь фаялита (2FeOSiO2 ) и стекла. Количественный минералогический анализ агломерата компании TEMCO’s Bell Bay показан в таблице 3.5.

Минералогия марганцевого агломерата

Производство марганцевых ферросплавов производится в таком объеме, который затрудняет строительство больших агломератных заводов рядом с заводом по выплавке металла. Поэтому агломерирование тонкоизмельченной руды осуществляется на добывающих шахтах. Примерами таких шахт являются марганцевые шахты компании Hotazel в Южной Африке (шахты Маматван, Вессельз, Глория и Нчванинг) и шахта Моанда в Габоне.

В связи с тем, что агломерат терят качество в процессе транспортировки и погрузо-разгрузочных операций, его следует производить в непосредственной близости от места использования. Кроме этого, агломерирование непосредственно на металлургическом заводе позволяет использовать тонкоизмельченную руду, которая в других условия является непригодной; также могут использоваться тонкие фракции, полученные после сортировки руды, рудная пыль из пылеуловителей, шлам газоочистительных установок и мелкие фракции, полученные в результате сортировки углеродных материалов.

Мелкие фракции кокса (коксик) используются в качестве основного источника энергии при агломерации. Если используется плавильная печь закрытого типа и она оборудована уловителем СО, окись углерода можно использовать в качестве источника энергии и для предварительного нагрева шихты. Примерами агломерирования в непосредственной близости от плавильного производства являются TEMCO, Австралия и RDMN Норвегия.