УДК 669.1.022
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЕНТОНИТОВЫХ ГЛИН ВОСКРЕСЕНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ОКАТЫШЕЙ
© Шаповалов Алексей Николаевич, канд. техн. наук, e-mail: alshapo@yandex.ru; Заводяный Алексей Васильевич, канд. техн. наук, e-mail: zavodyanyav@misis.ru Новотроицкий филиал НИТУ «МИСиС». Россия, г. Новотроицк Статья поступила 03.07.2013 г.
Приведены результаты исследования по применению бентонитовой глины Воскресенского месторождения для производства железорудных окатышей из концентрата Михайловского горно-обогатительного комбината.
Ключевые слова: железорудные окатыши; бентонитовая глина; технология производства окатышей; качество железорудных окатышей.
Постоянно сохраняющаяся тенденция к улучшению технико-экономических показателей работы восстановительных агрегатов - как доменных печей, так и установок прямого получения железа - обусловливает поиск и исследование новых подходов к повышению качества железорудных окатышей и расширению сырьевой базы для их производства.
В качестве основной связующей добавки при производстве железорудных окатышей на фабриках окомкования горно-обогатительных комбинатов СНГ применяются бентонитовые глины [1, 2]. Качественные бентонитовые глины являются дефицитным сырьем, поэтому целью настоящей работы было исследование возможности применения бентонитовой глины Воскресенского месторождения для производства железорудных окатышей из концентрата Михайловского горнообогатительного комбината (МГОК).
Воскресенское месторождение бентонитовых глин расположено в Гайском районе Оренбургской области. Добываемые бентонитовые глины содержат до 65% монтмориллонита, в обменном комплексе которого преобладают катионы кальция и магния, что позволяет отнести их к классу щелочноземельных кальциево-магниевых. Средний химический состав глин Воскресенского месторождения, мас. %: Бе 5,43; Ре2О3 7,75; БЮ2 44,1; Я СаО 1,24; А12О3 15,34; Р 0,028; Б 0,036. Основные ^ физико-химические характеристики исходной а бентонитовой глины Воскресенского месторо-^ ждения:
- концентрация обменных катионов (по ГОСТ | 28177-89) - 59,43 мг-экв/100 г;
- бентонитовое число (по ГОСТ 21282-93) -20 мл/4 г;
- коллоидальность (по ГОСТ 28177-89) - 24,2%;
- дисперсность (по ГОСТ 28177-89) - 74,3%;
- показатель адсорбции (по ГОСТ 21283-93) - 100 мг/г.
Наиболее универсальным показателем качества бентонитовой глины, применяемой при окомкова-нии, является бентонитовое число (набухаемость). В исходном состоянии бентонитовая глина Воскресенского месторождения обладает слабой набухае-мостью, что вызывает необходимость ее активации.
Активацию глины Воскресенского месторождения проводили смешиванием предварительно измельченной глины (до крупности менее 1 мм) с кальцинированной содой в виде густой суспензии в шнековом смесителе с последующей выдержкой в течение двух суток. При отработке технологии активации расход соды изменяли в диапазоне от 0,5 до 5 мас. %. Оптимальный расход соды для активации, обеспечивающий увеличение бентонитового числа до 70 мл/4 г и на-бухаемости более 10 ед., составляет 2% от массы бентонитовой глины.
Исследование влияния связующего из активированной бентонитовой глины Воскресенского месторождения на показатели производства и качество окатышей проводили на основе концентрата МГОКа, изменяя расход бентонита от 0,25 до 1,5% с шагом 0,25%. Для получения достоверных результатов эксперимента каждый опыт проводился три раза. Условия проведения опытов представлены ниже:
- расход на опыт концентрата МГОКа - 2000 г;
1200 " 1000
& 800
Н
& 600 с
I 400 н
200 0
0 20 40 60
Врямя обработки, мин
Рис. 1. Технологический режим обжига опытных окатышей
- крупность концентрата и бентонита -0-0,1 мм;
- влажность шихты - 9%;
- продолжительность окомкования - 5 мин;
- общая продолжительность термообработки окатышей - 75 мин.
Смешивание шихты проводили в противне, а увлажнение и окомкование в барабанном оком-кователе диаметром 800 мм, длиной 100 мм при скорости вращения барабана 40 мин-1. Обжиг окатышей осуществляли в печи сопротивления СНОЛ-12/16 в соответствии с режимом, представленным на рис. 1. Технологический режим термообработки подбирали с учетом технических возможностей лабораторной печи и действующих в опытной обжиговой печи условий тепло- и массообмена: замедленный конвективный теплообмен и отсутствие принудительного движения газов. В связи с этим продолжительность термообработки окатышей была увеличена в 2-2,5 раза по сравнению с производственными условиями.
В ходе выполнения экспериментов определяли гранулометрический состав и прочностные характеристики сырых и обожженных окатышей. Прочность сырых окатышей на раздавливание и сопротивление удару определяли по результатам
испытаний 20 окатышей крупностью 10-15 мм. За прочность на раздавливание принимали среднюю вертикальную нагрузку на один окатыш в ньютонах, при которой он дает трещину, за сопротивление удару - среднее число падений окатыша с высоты 300 мм на стальную плиту, при котором дает трещину.
Механическую прочность обожженных окатышей крупностью 10-15 мм оценивали по результатам испытаний на сжатие и в барабане: прочность при сжатии (30 окатышей от каждого опыта) определяли на лабораторном гидравлическом прессе по ГОСТ 24765-81; барабанную прочность на удар (выход класса +5 мм) и истирание (класс 0-0,5 мм) определяли по результатам обработки (по методике ГОСТ 15137-77) пробы обожженных окатышей массой 1 кг фракции 10-15 мм в цилиндрическом барабане диаметром 600 мм, длиной 400 мм с тремя внутренними полками высотой 50 мм.
Усредненные результаты экспериментов по изучению влияния связующего из активированной бентонитовой глины Воскресенского месторождения на качество сырых и обожженных окатышей из концентрата МГОКа представлены в таблице.
Известно, что качество сырых окатышей определяется физическими свойствами шихты, влажностью и параметрами окомкования [1, 3-5]. При постоянстве других условий качество окатышей зависит от расхода связующего - бентонита [2]. С повышением расхода связующего из активированной бентонитовой глины Воскресенского месторождения прочность сырых окатышей на раздавливание и сопротивление удару увеличивается (см. таблицу и рис. 2).
На фабриках окомкования стран СНГ прочность сырых окатышей на раздавливание состав-
Усредненные показатели качества сырых и обожженных окатышей
Параметр Расход бентонита, мас %
0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5
Сырые окатыши
Средняя крупность, мм 14,94 15,05 15,91 13,98 14,88 14,37
Прочность на раздавливание, Н/окатыш 9,36 12,87 14,48 13,74 13,58 14,68
Сопротивление удару, раз/окатыш 3,38 5,25 6,74 10,15 10,04 9,84
Обожженные окатыши
Прочность на истирание, доля фракции 0-0,5 мм 2,7 2,6 2,6 2,5 2,6 2,5
Прочность на удар, доля фракции +5 мм 93,2 93,9 94,5 95,5 95,5 95,8
Прочность на сжатие по ГОСТ 24765-81, кг/окатыш 473,3 540,0 646,6 633,3 520,0 743,3
Содержание Бе в окатышах, % 66,74 66,61 66,52 66,48 65,92 65,65
с
6-1—,—,—,—,—,—ь а
0 0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 Расход бентонита, мае. %
Рис. 2. Влияние связующего на прочность сырых окатышей:
1 - прочность на раздавливание; 2 - сопротивление удару
ляет от 10 до 20 Н/окатыш и они выдерживают без разрушения от 5 до 20 сбрасываний с высоты 300 мм на стальную плиту [4, 5]. Учитывая, что показатели обжига напрямую связаны с прочностью сырых окатышей, для успешного осуществления технологического процесса обжига необходимо обеспечивать прочность сырых окатышей на раздавливание более 10 Н/окатыш и число сбрасываний без разрушения с высоты 300 мм не менее 10-15 раз [2].
Полученные в результате экспериментов данные показывают, что опытные сырые окатыши достигают приемлемой прочности на раздавливание и удар при расходе связующего 0,75 и 1,0 мас. % соответственно. Дальнейшее повышение расхода бентонитовой глины практически не влияет на прочность сырых окатышей, поскольку процесс упрочнения ограничивается действующими в лабораторном окомкователе центробежными силами.
Таким образом, применение механоактиви-рованной бентонитовой глины Воскресенского месторождения в качестве связующего с расходом 1 мас. % обеспечивает получение «кондиционных» сырых окатышей даже в лабораторных условиях. В промышленных условиях возможно уменьшение расхода связующего без потери качества сырых окатышей.
Результаты обжига опытных окатышей представлены в таблице и на рис. 3, 4. Полученные опытные данные свидетельствуют о том, что прочность обожженных окатышей во всем исследованном диапазоне расходов бентонита находится на высоком уровне, не уступающем прочностным свойствам окатышей, производимых в производственных масштабах [1-3]. Это позволяет говорить о правильном проведении режима обжига, в ходе которого стабильно получали вы-
Расход бентонита, мае. %
Рис. 3. Взаимосвязь прочности обожженных окатышей с расходом бентонита: 1 - прочность на удар, доля фракции +5 мм; 2 - прочность на истирание, доля фракции 0-0,5 мм
1400
200-1-,-,-,-,-
0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5
Расход бентонита, мае. %
Рис. 4. Взаимосвязь прочности обожженных окатышей при сжатии с расходом бентонита
сокопрочные окатыши, избегая их разрушения и слипания в гроздья.
Из анализа опытных данных (см. таблицу) видно, что показатели механической прочности при сжатии обожженных окатышей и в барабане имеют тенденцию к повышению с ростом расхода бентонитовой глины, особенно по показателю прочности на удар. Однако по результатам опытов нельзя говорить об однозначной зависимости прочности обожженных окатышей от содержания связующего в шихте. Последнее подтверждает известный факт о том, что на прочность обожженных окатышей решающее влияние оказывает режим обжига и, прежде всего, скорость нагрева и охлаждения [1-3, 5]. Влияние расхода связующего, по всей видимости, проявляется только в начале процесса обжига, когда в окатыше появляется жидкая фаза.
Известным недостатком связующих, применяемых при производстве окатышей, является их разубоживающее действие на шихту по содержанию железа, что подтверждается экспериментальными данными (см. таблицу). Поэтому
по условиям провед
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.