yandex.metrica
Металлургия марганца

Подготовка вторичных оксидных и металлосодержащих материалов к металлургическому переделу

Обезвоживание и окомкование шламов и пылей

Шламы газоочисток плавильных цехов характеризуются повышенной влажностью (28—32 %). Поэтому перед окускованием их необходимо обезвоживать.

Исследования по обезвоживанию шламов осуществляли путем их смешивания с пылями вентсистем или цементом.

Смешивание шламов с 15 % цемента снижает влажность смеси с 32 до 23 %. Примерно такое же содержание влаги в смеси достигается в случае использования 50 % пыли вентсистем.

При смешивании шламов с 30 % пылей и 10 % цемента влажность смеси снижается до 20,2 %.

Окомковывали шламы на лабораторном грануляторе диаметром 1 м. Их смешивали с пылью вентсистем в соотношении 1 : 1, а затем шихту окомковывали. В качестве связующего применяли сульфит — спиртовую барду.

При скорости вращения гранулятора 20 об/мин, угле его наклона 45° и влажности шихты 20—22 %, в течение 6—7 мин образуются окатыши прочностью 0,3—0,5 кг/окат. После сушки на воздухе в течение 6—7 мин образуются окатыши прочностью 0,3—0,5 кг/окат. После сушки на воздухе (в течение 4—5 дней) их прочность повысилась до
40—60 кг/окат.

Окатыши имели состав, %: Mn 27,1; Fe 3,3; SiO2 14; CaO 14,4; MgO 2,1; Al2O3 2,7; P 0,2; C 6,4. Они состояли из обломочного материала, представляющего оксиды марганца, кварц, уголь, частицы агломерата и металла. Их плотность составляет 3,12 • 103 кг/м3 и пористость — 44,7 %. Они могут быть использованы при выплавке малофосфористого шлака или силикомарганца.

Получение марганцевого агломерата с вторичными оксидными и металлосодержащими материалами

Для спекания агломерата применяли марганцевый концентрат II сорта, шламы газоочисток плавильных цехов, пыли вентсистем и пыли, образующиеся при разливке ферросплавов. Химический состав этих материалов приведен ниже, % мас.:

таблица

Ввод в аглошихту до 9,6 % шламов сопровождается увеличением выхода годного агломерата в среднем на 4,4 % и снижением содержания в нем фракции 0—5 мм на 7,4 % по сравнению с агломератом, полученным из одного концентрата II сорта. Спекание концентрата с шламами и пылями более эффективно; в этом случае выход годного агломерата увеличивается в среднем на 21 %, а содержание фракции 0—5 мм снижается на 18,8 %. Получать агломерат из пылей и шламов нецелесообразно, так как при этом резко снижается скорость спекания шихты и ухудшается качество агломерата.

Опытные партии агломерата производили на аглочаше площадью спекания 1 м2. По первому варианту шихта состояла из 90,1 % концентрата II сорта и 9,9 % коксика, а по второму— из 85,5 % концентрата II сорта, 4,4 % шламов газоочисток и 10,1 % коксика. Полученный агломерат содержал, % мас.:

таблица

Агломерат характеризовался следующими физико-механическими свойствами:

таблица

Приведенные данные подтверждают, что добавка определенного количества шламов газоочисток в аглошихту практически не сказывается на ухудшении качества агломерата. Опытно-промышленные исследования по утилизации шламов аглофабрики 26—30 % Mn подтвердили результаты лабораторных исследований о положительном влиянии добавок мелкодисперсных материалов на прочность агломерата.

Химический состав шихтовых материалов для спекания марганцевого агломерата

Введение в аглошихту до 160 кг/т шламов обеспечивает повышение прочности агломерата и производительности агломашины.

Спекание марганцевого агломерата с использованием граншлака и шлакового песка

Опытно -промышленные испытания технологии спекания марганецсодержащего сырья с вторичными материалами проведены на аглофабрике НЗФ.

Гранулометрический состав шихтовых материалов для спекания агломератаДля спекания агломерата использовали концентрат II сорта, карбонатный концентрат, шлаковый песок, возврат и коксик. Химический и гранулометрический составы этих материалов приведены в табл. 20.5 и 20.6. Как видно из приведенных данных, марганцеворудное сырье характеризуется низким содержанием марганца (32,1—33,6 %) и
представлено значительным количеством мелкой (0—5 мм) и крупной (+20 мм, 10—20 мм) фракций.

Шихта первого (базового) варианта состояла из оксидного и карбонатного концентратов, возврата и коксика. В шихту второго варианта добавляли шлаковый песок.

Состав шихты и усредненные данные химического и гранулометрического анализов проб агломерата по вариантам приведены в табл. 20.7, из которой видно, что добавка в аглошихту 7,2 % шлакового песка не ухудшает качества агломерата за исключением содержания марганца, которое снижается на 0,7 %. Прочность опытного агломерата несколько выше обычного.

Результаты опытно-промышленных спеканий марганецсодержащих материалов

Получение агломерата с металлоконцентратом

Отработку параметров спекания марганцеворудного сырья с металлоконцентратом проводили на полупромышленной аглоустановке площадью спекания 1 м2. В качестве исходных материалов применяли окисный II сорта (33,9 % Mn) и карбонатный (29,9 % Mn) марганцевые концентраты, металлоконцентрат фракции 0—5 мм (54,2 % Mn), возврат и коксик.

Состав компонентов шихты и результаты исследований по спеканию приведены в табл. 20.8, из которой следует, что добавка в аглошихту 6,4 % металлоконцентрата повышает содержание марганца в агломерате на 1,2 % по сравнению с обычным. Механическая прочность опытного агломерата на 3,2 % выше сравнительного. Температура плавления агломерата изменяется незначительно.

Результаты исследований по спеканию марганцеворудного сырья в полупромышленной аглочаше

Расход коксика при спекании агломерата с металлоконцентратом и в этом случае снижается на 0,5 %.

Таким образом, разработана и освоена на НЗФ технология спекания агломерата марки АМНВ-2 с использованием, наряду с традиционными материалами, марганецсодержащих шламов, пылей вентсистем и газоочисток, граншлака ферромарганца и шлакового песка.

Микроструктура агломерата, спеченного с вторичными металлосодержащими материалами

Исходный агломерат (полученный путем спекания концентрата II сорта, возврата и коксика) состоит из блоков размером (5—8 × 7—20 мм), соединенных между собой массивными перемычками. Внутри блоков находятся округлые поры диаметром 0,01 — 1 мм. Агломерат представлен рудной и силикатной фазами в соотношении около 7 : 3. Рудная фаза состоит в основном из микрозернистого гаусманита и небольшого количества манганозита, браунита и якобсита.

Силикатная фаза представлена тефроитом. В заметно меньшем количестве присутствует бустамит и оплавленные зерна кварца. Марганцево-кремнистое стекло составляет 15—20 % всего объема силикатной фазы.

Агломерат, полученный спеканием концентрата II сорта, шлакового песка, возврата и коксика, состоит из крупных блоков (10—12 × 12—15 мм), соединенных массивными перемычками. В блоках расположены мелкие и крупные поры неправильной, близкой к овальной, формы. С увеличением в аглошихте доли шлакового песка внутриблочпые поры в агломерате увеличиваются, а их форма становится более сложной. В то же время размер блоков уменьшается, а перемычки между ними становятся более тонкими. Так, в агломерате, полученном с 20 % шлакового песка, размер блоков составляет 5—7 × 10—12 мм, а толщина перемычек 1—2 мм.

Отношение рудной фазы к силикатной в агломерате, содержащем 5 % шлакового песка, примерно 7 : 3. По мере увеличения добавок количество силикатной фазы в агломерате увеличивается до 40—45 %. Одновременно в нем появляются мелкие и крупные корольки металла округлой формы. Некоторые из них достигают 3—5 мм вдоль длинной оси и видны невооруженным глазом. Обычно корольки плотно соединены с агломератом, а иногда отделены от него тончайшей (до 10 мкм) трещинкой. Мелкие корольки и частички металла частично или полностью окислены. Возле них образуется каемка манганозита.

Основными рудными минералами агломерата являются гаусманит и в небольших количествах манганозит и якобсит.

Силикатная фаза представлена тефроитом, стеклом и оплавленным кварцем, количество которых с увеличением в шихте доли шлакового песка возрастает.

В агломерате присутствуют частички шлака, состоящие из тефроита и стекла. Как правило, они прочно соединены с марганцеворудным расплавом или растворены в нем.

Основными рудными минералами агломерата, полученного из 51,9 % концентрата II сорта, 22,3 % карбонатного концентрата, 18,5 % возврата и 7,3 % коксика, являются гаусманит, манганозит и марокит. В небольших количествах присутствуют гематит, магнетит и якобсит.

Продукты разложения карбонатных частиц, наблюдаемые в агломерате, отличаются повышенной пористостью. В большинстве случаев поры имеют неправильную форму с зазубренными контурами. Расположены они в центре частицы или по ее периферии. Изредка поры заполнены силикатным расплавом.

Соотношение рудной и силикатной фаз в агломерате 1,5 : 1. Силикатная фаза состоит из тефроита, бустамита и стекла, количество которого достигает 25 % от всей силикатной составляющей.

Рудная фаза агломерата, спеченного из 40,8 % концентрата II сорта, 26,2 % карбонатного концентрата, 7,3 % шлакового песка, 18,4 % возврата и 7,3 % коксика, представлена преимущественно манганозитом и марокитом, а также небольшим количеством гаусманита, браунита и якобсита. Соотношение между рудной и силикатной фазами 1:1. Силикатная фаза состоит из тефроита, стекла (около 10%) и кварца. Местами в агломерате встречаются корольки металла. В порах наблюдается остаточный коксик.

Агломерат, спеченный с 54,6 % концентрата II сорта, 2,9 % металлоконцентрата, 37,6 % возврата и 4,9 % коксика, имеет массивные блоки (18×25 мм) и металл. В порах наблюдается остаточный коксик.

Агломерат, спеченный с 54,6 % концентрата II сорта, 2,9 % металлоконцентрата, 37,6 % возврата и 4,9 % коксика, имеет массивные блоки (18×25 мм) и круглые поры. Отношение рудной фазы к силикатной в нем 1:3. Рудные зерна представлены манганозитом в виде глобулей и дендритов, неравномерно вкрапленных в силикатном субстарте. Силикатная фаза состоит из тефроита и незначительного количества стекла, армированного дендритами манганозита и тефроита.

В агломерате, в значительном количестве, наблюдаются корольки металла, как в виде округлых частиц, так и в виде мелких каемок и глобулей, образовавшихся в результате восстановления манганозита. При этом в обоих случаях связь частичек металла с силикатным субстратом агломерата довольно прочная. Лишь наиболее крупные корольки металла диаметром 2—4 мм имеют по контуру с силикатной фазой тонкую трещину (0,05—0,1 м).

С увеличением добавок металлоконцентрата в аглошихту (6,3—12 %) размер блоков агломерата несколько повышается, а соотношение между рудной и силикатной фазами составляет ~ 1 : 1.

Рудная фаза состоит из гаусманита и манганозита, количество которого с увеличением доли металлоконцентрата возрастает. Как правило, он приурочен к микрообъемам, содержащим вкрапленность металла и частички угля. Силикатная фаза представлена тефроитом и стеклом ~ 10 : 1.

Корольки металла довольно прочно соединены с массой агломерата, лишь вокруг наиболее крупных наблюдаются тонкие прерывистые трещинки.

Исследовали поведение металлической фазы в процессе спекания оксидного и карбонатного марганцевых концентратов с некондиционной мелочью ферросплавов и металлоконцентратом. Ранее установлено, что па поверхности корольков металла, содержащихся в отвальных шлаках, образуется очень тонкая (доли мкм) оксидная пленочка, которая в процессе спекания предохраняет их от дальнейшего окисления. Это подтверждено результатами исследований, полученными методом локального рентгеноспектрального анализа на микроанализаторе MS-46 фирмы «Камека». Так, растровые изображения поверхности шлифа агломерата, содержащего частицу металла, в поглощенных электронах (е) и характеристическом рентгеновском излучении элементов (Кα) показали, что между металлом, содержащим марганец, кремний и железо, и марганцеворудным расплавом, в состав которого входит кремний, кальций и марганец, наблюдается четкий контакт. Он обусловлен резким изменением концентраций элементов по фазам. Очень четко просматривается структура двухфазного металла. В марганцеворудном расплаве наблюдаются мелкие корольки, представленные железом.

Иногда в агломерате встречаются сравнительно мелкие частицы металла преимущественно обломочной формы с каемкой вокруг них.

С целью выяснения ее природы исследовали распределение элементов между фазами металл-каемка-марганцеворудный расплав. Результаты исследований показали, что каемка содержит кремний, марганец и железо, т. е. представлена продуктами окисления силикомарганца.

Наличие жидкой фазы в агломерате способствует растворению в ней каемки. Вследствие этого в марганцеворудном расплаве наблюдается неравномерное распределение элементов.

Таким образом, в процессе спекания марганцеворудного сырья с металлодобавками защищенные окисной пленкой корольки металла не претерпевают каких-либо изменений. Включения металла обломочной формы подвергаются частичному поверхностному окислению с образованием вокруг них защитной окисной пленки.

Брикетирование вторичных и металлосодержащих марганцевых материалов

Опытная партия брикетов изготовлена на валковом прессе АНОТ-4, создающем давление прессования 15—18 МПа. В качестве шихты применяли металлоконцентрат и некондиционную мелочь силикомарганца в соотношении 1:1, шламы аглофабрики и флюсоплавильного производства, а также пыль аспирационных систем газоочисток. Химический состав этих материалов приведен в табл. 20.5, а гранулометрический — в табл. 20.9.

Гранулометрический состав марганецсодержащих материалов для получения брикетов

Шихта состояла из 35 % металлоконцентрата, 35 % некондиционной мелочи силикомарганца, 24 % шламов аглофабрики, 2 % шламов флюсоплавильного производства и 4 % связующего ССБ.

Взвешенные материалы и связующее перемешивали в смесителе, обогреваемом паром, в течение 10 мин. При этом шихта нагревалась до 300—313 К. Брикеты подушкообразной формы массой 0,15—0,18 кг после естественной сушки в течение 5 сут. имели прочность на раздавливание 690—840 Н/брикет и содержали 42,9 % Mn, 5,1 % Fe, 4,8 % C, 0,29 % P, 4,3 % CaO, 30,9 % SiO2, 1,8 % MgO, 2,1 % Al2O3. Отличитальной особенностью брикетов является то, что на 45,5 % они представлены металлической фазой (корольки и частицы силикомарганца). Температура их размягчения составляет 1382 К, плавления — 1658 К, а кажущаяся и истинная плотность соответственно 2,71 • 103 и 3,53 × 103 кг/м3, пористость — 23,2 %.

В интервале 873—1273 К удельное электросопротивление брикетов несколько меньше удельного электросопротивления марок АМНВ-1, АМН В-2 и АМНВ-3, полученного с 6,2 % металлоконцентрата.

Результаты исследований показали технологическую возможность получения достаточно прочных брикетов из вторичных и некондиционных марганецсодержащих материалов.