Железорудные окатыши. диссертация Серіктай Нұрайлым. ЖАа байланыстырушы материалдарды олдана отырып, темір кені шекемтастарын дайындауа арналан технологияларды зерттеу жне зірлеу
 Скачать 1.38 Mb.
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ОК-480 аймағы | A | I | II | III | IV | V | VI | VII | суыту |
| Температура, °С | 520 | 780 | 880 | 940 | 1030 | 1150 | 1180 | 1250 | 220 |
Кептіру аймағындағы температура 225°С, түсіру алдындағы шекемтастардың температурасы (паллеттен пластинаны алу аймағында) 75°С, астыңғы қабатының биіктігі 100 мм, түйіршік қабаты 300 мм болды. Күйдіргіш машинаның өнімділігі 360 т/сағ, паллет жылдамдығы 2,8 м/мин, табиғи газ шығыны 3450 м/сағ (табиғи газдың меншікті шығыны 9,58 м/т) болды [9].
2.5 Шекемтастардың металлургиялық қасиеттерін зерттеу
Шекемтастардың химиялық құрамы ГОСТ 23581.0-81 бойынша анықталды.Сығу беріктігіне сәйкес созылу сынау машинасында анықталды. ГОСТ 24765-81 бойынша кеуектілік ГОСТ 25732-88 бойынша бағаланды (сол әдіс кептірілген шекемтастардың кеуектілігін анықтау үшін қолданылған).
Шекемтастардың тотықсыздануын бағалау үшін ГОСТ 21707-76 сәйкес әзірленген арнайы әдістеме пайдаланылды.
4-суретте А.Н.Похвиснев ұсынған қондырғының диаграммасы көрсетілген. Қазіргі уақытта бұл қондырғы мыналармен жабдықталған: Sartorius зертханалық таразылары, олардың жалпы көрінісі 6-суретте көрсетілген. SartoriusBP3310S таразылары үздіксіз режимде Sartorius ± 0,001 г дәлдікпен өлшеуге мүмкіндік береді.
Тәжірибе басталар алдында пеш (1) 800°С температураға дейін қызады және азот болатын бейтарап газбен тазартылады. Бейтарап газ ағынындағы себеттің массасын анықтау үшін нихром сымының себеті (4) таразыға (5) ілініп, пешке түсіріледі. Себет шығарылады, оған күйген шекемтастардың салмағын тиеп, қыздырылған пешке түсіреді. Сыналатын үлгіні ылғалды кетіру үшін пеште бірнеше минут ұстайды және тұрақты салмақты орнатқаннан кейін үлгінің бастапқы салмағы бейтарап газ ағынында анықталады. Осыдан кейін тотықсыздандырғыш газды (сутегі) беру басталады. Артық тотықсыздандырғыш газдың зертханалық атмосфераға түсуіне жол бермеу үшін пештің жоғарғы бөлігінде алау жағылады. Бейтарап газ беру тоқтатылды.
Газ беру сәтінде редуктор кері санақты бастайды. Келесі бес минут ішінде үлгінің салмағы әр минут сайын, содан кейін үш минут сайын тіркеледі. Болашақта Sartorius баланстары үлгінің салмағын үздіксіз режимде жазу үшін компьютерге қосылуы мүмкін. Бүкіл тәжірибе кезінде пештегі температура тұрақты деңгейде сақталады. 40 минуттан кейін тотықсыздандырғыш газды беру тоқтатылады, бейтарап газ ашылады және пештің қыздыру элементтері өшіріледі.
Сурет 4 – Темір кені материалдарының тотықсыздануын анықтауға арналған қондырғы.
1 - силитті пеш, 2 - термопар; 3 - потенциометр КСП-4; 4 - топсасы бар себет; 5 – аналитикалық баланс; 6 - бейтарап газы бар баллон; 7 - беріліс қорабы, 8, 12 - реометрлер; 9 - үш жақты клапан; 10 - тізбек; 11 - қалпына келтіретін газы бар цилиндр.
Сурет 5 - Үздіксіз таразы
Шекемтастардың қалпына келу дәрежесі 11 формула бойынша есептеледі:
(11)мұндағы, R – үлгі алу дәрежесі, %;
– тәжірибе кезінде темір оксидтерінен алынған оттегінің массасы, г;
– тәжірибе басталғанға дейін темір оксидтерімен байланысқан оттегінің массасы, г.Тотықсыздану дәрежесін есептеу кезінде тәжірибе кезінде темір оксидтерінен алынған оттегінің массасы (
) үлгі массасының өзгеруіне тең, ал темір оксидтеріне байланысқан оттегінің тәжірибе басталғанға дейінгі массасы алынады. ( ) тотықсыздандырғыш газды беру басталғанға дейін бекітілген үлгінің химиялық құрамы мен оның массасы туралы деректер негізінде есептеледі.3. ЖАҢА БАЙЛАНЫСТЫРУШЫ ШЕКЕМТАСТАРДЫҢ ҚАСИЕТТЕРІН ЗЕРТТЕУ
3.1. Шихта материалдарының қасиеттері
Зерттеулер келесі шихта материалдарын қолдану арқылы жүргізілді: темір кенінің концентраты, әктас, грек бентониті және органикалық байланыстырғыш. Материалдың қасиеттері 3-кестеде берілген.
Кесте 3. Шихта материалдарының сипаттамалары.
| Материал | Химиялық құрамы, % | Өлшемі | Мен.бет. ауданы,см2/г | Тығыз- дығы , кг/см3 | ||||||
| Feжал | CaО | SiO2 | Фракция, мм | Мөлшері, % | ||||||
| Концентрат | 69,5 | 0,3 | 3,0 | -0,045 | 95…97 | 2100 | 5,2 | |||
| Әктас | н\д | 52,6 | 2,3 | -0,070 | > 80 | 5470 | 2,7 | |||
| Бентонит | 3,8 | 4,3 | 51,1 | -0,070 | > 80 | н/д | 2,6 | |||
| Органикалық байланыст. | - | - | - | -0,212 | 99,7...99,9 | н/д | 0,9 | |||
Бентонитке балама ретінде органикалық байланыстырғыш Floform (полимер) зерттелді. Зерттелетін органикалық байланыстырғыштың негізгі компоненті полиакриламид болып табылады. Полиакриламидтің құрылымдық формуласы 6-суретте көрсетілген.
Полиакриламид негізіндегі органикалық байланыстырғыш ақ түсті ұнтақ болып табылады. Тұтқырдың ылғалдылығы 3...5%, фракциясы -0,212 мм массасы шамамен 99,8%, көлемдік тығыздығы 0,85 т/м3.
Органикалық байланыстырғыш және оны қолдану арқылы алынған шекемтастардың қасиеттерін зерттеу грек бентонитімен салыстырғанда жүргізілді. Грекиядан келген бентониттің сапасы темір кенінің шекемтастарын өндіруде әлемде қолданылатын байланыстырғыш заттардың ең жақсы үлгілеріне сәйкес келеді. Грек кен орнының сазы сілтілі бентониттер тобына жатады. Бентонит ұнтағының ылғалдылығы 2 масса % құрайды, бөлшектердің мөлшері 70 микроннан аз; көлемді массасы 0,98 т/м3.
Темір кенінің концентраттарын түйіршіктеу процесі үшін байланыстырушы заттың сапасын бағалаудың негізгі классикалық критерийлері ісіну көрсеткіші және байланыстырушы суспензияның тұтқырлығы болып табылады.
Сурет 6 - Полиакриламидтің құрылымдық формуласы.
Сумен әрекеттескенде жоғары сапалы бентонит көлемінің ұлғаюы (ісіну) 15...20 есе. Полиакриламид сияқты органикалық байланыстырғыш заттың ісіну қабілетін анықтау кезінде ол суда толығымен ерітіліп, коллоидты ерітінді пайда болды. Заттардың ісінуінің жалпы қабылданған теориясына сәйкес, бұл жағдайда «шексіз ісіну» жүреді және алынған ерітінді III типті коллоидты ерітінділерге - молекулалық коллоидтарға жатады. Молекулярлық коллоидтардың сұйылтылған ерітінділері сұйылтылған ерітінділердің жалпы заңдарына бағынатын шынайы ерітінділер болып табылады. Еріген кезде ерітіндінің көлемі еріткіштің көлемімен салыстырғанда өзгермейді. Басқаша айтқанда, полиакриламид сияқты органикалық байланыстырғыш ісіну белгілерін көрсетпейді [10].
Суспензиялардың тұтқырлығы әртүрлі температурада өлшенді. Жүйедегі байланыстырғыш концентрациялары – байланыстырушы түріне байланысты тазартылған су. Минералды байланыстырғыштарды зерттеу кезінде 10% суспензияның тұтқырлығы анықталды. Органикалық байланыстырғыш үшін 0,2% ерітіндінің тұтқырлығы өлшенді. Жүйелердегі байланыстырғыш концентрацияларының айырмашылығы, ең алдымен, олардың түйіршіктеу процесінде әртүрлі байланыстырғыштардың шығыны шама ретімен ерекшеленетін өндіріс жағдайларын имитациялау фактісімен анықталады. Концентрациялар: байланыстырғыш заттар темір кені концентратының ылғалдылығы 10% және минералды байланыстырғыш концентраттың бір тоннасына шығымы – 10 кг, органикалық – 0,2 кг кезінде кеуекті ерітіндінің ықтимал концентрациясын бағалау негізінде алынды. Тұтқыр ерітінділердің тұтқырлығын анықтау нәтижелері 4-кестеде көрсетілген.
Әртүрлі минералды байланыстырғыштардың суспензияларының тұтқырлығы (және анық олардың тиімділігі) айтарлықтай кең диапазонда өзгереді - жоғары сапалы байланыстырғыштар үшін 3,6 мПа*с-тан 26,9 мПа*с дейін.
Бұл спектрде тұтқырлығы 9,2 мПа*с болатын «жұмыс», өте төмен концентрациядағы органикалық байланыстырғыш аралық орынды алады.
Органикалық байланыстырғыш ерітіндінің белгілі және қолданылатын байланыстырғыш параметрлерінің сипаттамалар деңгейіндегі «соққы»оны түйіршіктеуде қолдану мүмкіндігі туралы оң болжам жасауға мүмкіндік береді.
Кесте 4. Байланыстырушы ерітінділердің тұтқырлығы.
| Байланыстырғыш | Ерітінді концентрациясы, % | Ерітінді тұтқырлығы, мПа*с | |
| Түрі | Атауы | ||
| Дистилденген су (еріткіш) | - | 1,0 ± 0,0 | |
| Минералды | Грек бентониті | 10,0 | 26.9 ± 02 |
| Хакас бентониті | 10,0 | 25,5 ± 0,1 | |
| Келовей сазы (содамен белсендірілген) | 10,0 | 3,6 ± 0,3 | |
| Органикалық | Полиакриламид | 0,2 | 9,2 ± 0,1 |
| 1,0 | 14,1 ± 0,1 | ||
| 3,0 | 57,0 ± 0,1 | ||
3.2 Түйіршіктеу механизмі
Тиімді түйіршіктеу шихта көлемінде байланыстырғыштың біркелкі таралуын талап етеді.
Ылғалдылығы -10% темір кені концентратының көлемдік тығыздығы 2,97 т/м3 болған жағдайда, 1 тонна көлемі шамамен 0,34 м3 болады. Шығымын 4 кг/т болғанда шихтадағы бентониттің көлемдік концентрациясы тең болады. Осылайша, бентониттің біркелкі таралуы оның шихтадағы жеткілікті жоғары көлемдік концентрациясы арқылы қамтамасыз етіледі.
0,2 кг/г тұтыну кезінде органикалық байланыстырғыштың көлемдік концентрациясы (0,2*102)/(0,85*0,34)*100% тең болады, яғни. 0,07%. Материалдың біркелкі таралуы соншалықты елеусіз. концентрациясы ерітінді түрінде ғана мүмкін болады.
Түйіршіктеу алдында шихта ылғалдылығында органикалық байланыстырғыш ерітіндінің түзілуі оның ерітінділерінің тұтқырлығының өзгеру кинетикасы туралы мәліметтермен суреттелген. Органикалық байланыстырғыштың толық еруі үшін біраз уақыт қажет, ал ерітіндінің максималды тұтқырлығына әрекеттесу басталған сәттен бастап бірнеше минуттан кейін ғана жетеді. Тұтқырлықтың жоғарылауы ісінумен, полиакриламид молекуласының орамының бірте-бірте «бұрылуымен» және байланыстырушы ерітіндінің коллоидты құрылымының пайда болуымен байланысты. Эксперименттік деректер Y = A ln(τ) + B түріндегі функциямен қанағаттанарлық жуықтап алынған, оның коэффициенттерінің мәні 5-кестеде келтірілген. Ерітіндінің қасиеттері байланыстырушы заттың концентрациясына байланысты, оның 0,2-ден 3,0%-ға дейін өзгеруі тұтқырлықтың алты есе артуына (9,2-ден 57,0 мПа*с), сонымен қатар уақыттың ұлғаюына әкеледі. толық еріту 7 минуттан 17 минутқа дейін.
Кесте 5. Органикалық байланыстырғыш ерітіндінің түзілу кинетикасы.
| Ерітінді концентрациясы, %. | Үлгі параметрлері | Корреляция коэффициенті, R | Еріту уақыты, мин | |
| А | В | |||
| 0,2 | 0,42±0,01 | 7,61±0,12 | 0,70 | 7 |
| 1,0 | 0,48±0,01 | 12,36±0,21 | 0,63 | 10 |
| 3,0 | 5,28±0,09 | 35,64±0,34 | 0,82 | 17 |
Бентонит суспензиясының тұтқырлығы да уақыт өте келе артады.
Бентониттің 10% суспензиясының тұтқырлығының уақыт бойынша өзгеруі туралы, сондай-ақ органикалық байланыстырушы ерітінділер үшін эксперименттік мәліметтер Y = A ln(τ) + B түріндегі функциямен қанағаттанарлық сипатталған. Грек кенінен бентониттің қасиеттерін зерттеу кезінде коэффициенттердің келесі мәндері алынды: A = 1,35±0,29; B = 22,72±0,73. Корреляциялық тәуелділік айтарлықтай, К корреляция коэффициенті 0,85 (Ккрит = 0,44). Тұтқырлығы максимумның 90% тең болатын суспензия түзілу уақыты шамамен 19 минутты құрайды.
Тамшы ылғалдандыратын ядролардың пайда болуы шихтадағы ылғалдың таралу процестерінен бұрын жүреді. Тұтқырларды қолдану кезіндегі су манжетінің пайда болуының бөлшектер аралық контактілерге әсері сұйықтықтың (кеуекті ерітіндінің) бөлшектердің бетіне таралуын қамтамасыз ететін сулау күштерінің қатынасымен анықталады. сұйықтықтың қозғалысына кедергі келтіретін тұтқыр күштер.
Тұтқыр ерітінділердің түйірленетін материалдың бетімен әрекеттесуі жылтыратылған пластина түріндегі табиғи магнетиттің бетіне калибрленген тамшы көлемін (0,3 мл) тарату арқылы зерттелді (6-кесте).
Кесте 6. Магнетит концентратының байланыстырғыш бөлшектерінің ерітінділерінің сулану қабілетінің сипаттамасы.
| Тамшылар құрамы | Тамшылар аймағы, мм2 |
| Дистилденген су | 38,47 ±0,92 |
| Бентониттің кеуекті ерітіндісі (4 кг/т) | 35,19 ±1,78 |
| 0,2% органикалық байланыстырғыш ерітінді | 43,04 ±2,64 |
| 1,0% органикалық байланыстырғыш ерітінді | 63,85 ±4,72 |
| 3,0 % органикалық байланыстырғыш ерітінді | 38,73 ±3,68 |
Магнетиттік негізге ерітіндінің түсу ауданы бойынша есептелетін манжеттің өлшемі бентонит ерітіндісімен салыстырғанда (тұтқырлығы - 30 мПа * с) 35,19 мм су үшін (ең аз тұтқыр кедергі) 38,47 мм2 құрайды. Беттік-белсенді компонент болып табылатын полиакриламид ерітінділерін пайдалану ылғалдың таралу үлгісін өзгертеді (Сурет 7).
Ерітіндідегі полиакриламид концентрациясының жоғарылауы, негізінен, манжет ұзындығының 63,85 мм2-ге дейін бір мезгілде ұлғаюымен фазааралық керілуге (кинетикалық тұрғыдан күрделірек) әсер етумен бірге жүреді. Бұл концентрат бөлшектерінің тұтқыр ерітіндімен жақсырақ сулануын көрсетеді, бұл негізінен шихта ылғалдылығының әрекетін анықтайды [11].
Сурет – 7. Магнетиттің жылтыратылған бетіндегі су тамшылары (сол жақта) және органикалық байланыстырғыш ерітінді (оң жақта)
Полиакриламидтің сулы ерітіндіден 0,2% ерітіндісіне өту кезінде манжет ұзындығының салыстырмалы өзгеруі 10% құрады. Манжеттің ұзындығының ұлғаюына жанашырлықпен шикі шекемтастардың күші 10% -ға артты (8-сурет). Ұқсас әсер. кокс өндірісінің ағынды сулары ретінде пайдаланылатын беттік-белсенді заттарды қолдану арқылы агломерациялық қоспаларды түйіршіктеу кезінде бұрын атап өтілді. Ерітінді концентрациясының одан әрі жоғарылауы (1%-дан жоғары) тұтқыр күштердің әсерінен манжетаның ұзындығының ұлғаюына әкелмейді.
Осылайша, ісінуден кейін шихтада үлкен көлемдік үлесі бар бентониттен айырмашылығы, органикалық байланыстырғыш ерітіндінің түзілуі арқылы таралады. Органикалық байланыстырғыш ерітіндінің түзілуі концентрат бөлшектерінің сулануын және ылғалдың біркелкі таралуын жақсартады. Органикалық байланыстырғышты қолдану шихта көлемінде ылғалдың оңтайлы таралуына қол жеткізу үшін ерітіндінің концентрациясын белгілі (өте тар) шектерде және түйіршіктеу алдында шихтаның әсер ету уақытын қажет етеді [12].
Түйіршіктеу кезінде шекемтастың (эмбрионның) қалыптасу механизмі.
Шекемтастарды өндіруге арналған дисперсті орталарда түйіршіктену орталықтары болып табылатын ядролар ылғалдылығы жоғары флуктуациялық көлемдер болып табылады.
Бентонитті қолдану арқылы жасалған түйіршіктерде жоғары ылғалдылықтың мұндай көлемі ылғалды белсенді түрде сіңіретін бентонит бөлшектерінің локализациясы аймақтарымен шектеледі. Бұл болжамды ядролар санының (фракция 5...8 мм) бентонит шығынына тәуелділігі растайды (9-сурет). Бентонит шығынының 4 кг/т дейін ұлғаюы флуктуациялық көлемдер санының ұлғаюына және соның салдарынан зарядтың бірлік көлеміне шаққандағы ядролардың шығымының 18-ден 31%-ға дейін артуына әкеледі. Бұл жағдайда бентониттің ісінуінен (15...20 есе) қалыптасқан эмбрионның тұрақтылығы бөлшектер арасындағы механикалық контактілердің өсуімен қамтамасыз етіледі (10.а-сурет).
Сурет 8 – Шикі шекемтастардың күші
Органикалық байланыстырғышпен зарядтардың түйіршіктенуі кезінде ядролардың тұрақтылығына байланысты қол жеткізіледі. материалдың негізгі бөлігінде полимер молекулаларының тізбектерінің таралуынан түзілетін кеңістіктік коагуляция құрылымы. Бұл құрылымның қалыптасуы қаңқалық құрылыммен және руда бөлшектерінің полиакриламидті молекулалармен нүктелік байланыстарымен қамтамасыз етілген байланыстырғыш ерітінділердің тұтқырлығы және кептіруден кейінгі шекемтастардың беріктігі туралы мәліметтермен расталады (8-сурет).
Органикалық байланыстырғышты тұтынудың артуына байланысты ядролардың тұрақтылығының артуы (кеңістіктік коагуляция құрылымының тығыздығы) ядролар шығымының жоғарылауымен бірге жүреді (фракция: 5...8 мм) (9-сурет).
Сурет 9 – Шикі шекемтастардың гранулометриялық құрамы
Органикалық байланыстырғыш шығынының 0,2 кг/г дейін артуы (кеуек ерітіндісінің тұтқырлығының бір мезгілде 1,0-ден 9,2 мПа*с-қа дейін жоғарылауымен) ядролар шығымының 18-ден 38%-ға дейін артуына және азаюына әкеледі. жасыл шекемтастардың эквивалентті диаметрі 14,0-ден 12,9 мм-ге дейін.
Салыстырғанда. бентонит, органикалық байланыстырғышты қолдану, суланудың жақсаруына және сәйкесінше, шихтада біркелкі таралуына байланысты, бөлшектердің біркелкі таралуының қалыптасуына ықпал етеді (11-сурет). Бұл жағдайда органикалық байланыстырғышпен шекемтастардың қолайлы фракцияларының (8...16 мм) жалпы шығымы 98,7%, ал бентонитпен 93,2% жетеді.
Жоғарыда келтірілген фактілерге сәйкес құрамында бентонит немесе органикалық байланыстырғыш бар қоспалардан ядролардың түзілу процесін келесі түрде көрсетуге болады. Уақыттың бастапқы моментінде (10.Ia және 10.Ib-сурет) құрамында кен бөлшектері де, байланыстырғыш бөлшектер де бар зарядтың бос көлемдері болады. Шихтаны араластыруға және түйіршіктеушіге тасымалдауға қажетті уақыттың өтуімен байланыстырғыш шихтаның ылғалдылығымен бір мезгілде бентониттің ісінуі (10.Іа-сурет) және органикалық байланыстырғыш ерітіндінің түзілуімен әрекеттеседі (10-сурет). Бұл жағдайда шихтада бентониттің таралуы оның айтарлықтай көлемдік концентрациясымен, ал органикалық байланыстырушы кен бөлшектерінің бетіне қатысты жоғары сулану қабілеті бар жоғары қозғалмалы ерітіндінің түзілуімен қамтамасыз етіледі. Түйіршіктеу процесінде механикалық жүктемелер нәтижесінде шихта көптеген жеке көлемдерге бөлінеді, олардың тығыздалуы және осылайша шекемтастардың (эмбриондардың) түзілуі (10.IIIа және 10.IIIб-сурет), оларда әр түрлі болады. құрылымдары мен қасиеттері.
Сурет 10. Коагуляция құрылымының қалыптасуы
I – бос ылғалдың шихтасының көлемінің күйі;II – түйіршіктеудің бастапқы сәтіндегі шихта көлемінің күйі;III – түйіршіктенуден кейінгі шихтаның (шекемтастардың) көлемінің күйі;
а – бентонитпен заряд б – органикалық байланыстырғышпен заряд;
1 - темір кені концентратының бөлшектері: 2 - бастапқы бентониттің бөлшектері; 3 - ылғалдылықты зарядтау; 4 - ісінген бентониттің бір бөлігі: 5 - еріген полиакриламидтің бір бөлігі:
6 – бастапқы құрғақ органикалық байланыстырғыштың бөлшектері.
Сурет 11. Шикі шекемтастардың фракциялық құрамы
Шикі шекемтастардың беріктігі.
Шикі шекемтастардың әсер ету күші екі түрдегі байланыстырғыштарды тұтынудың жоғарылауымен артады. Бентонит шығынын 4 кг/т дейін арттыру тамшылар санының 2,3-тен 2,5 есеге дейін, ал органикалық байланыстырғышты 0,2 кг/т дейін ұлғайту шекемтастардың түсуін 2,7 есеге дейін арттырады.
Сығылу арқылы деформациялау кезінде органикалық байланыстырғышпен (0,2 кг/т) және бентонитпен (4 кг/г) өңделмеген шекемтастардың беріктігі бірдей деңгейде -1,1...1,2.
Шекемтастарды бентонитпен және органикалық байланыстырғышпен қатайту механизміндегі айырмашылық (бірінші жағдайда қатайту байланыстырғыштың жоғары көлемді концентрациясында үлкен ұзындықтағы механикалық контактілердің пайда болуымен, екіншіден, қаңқалық молекулалық құрылыммен қамтамасыз етіледі руда бөлшектерімен нүктелік контактілер) кептірілген шекемтастардың беріктігіне әсер етеді: органикалық байланыстырғышы бар түйіршіктер кептіру кезінде іс жүзінде қатып қалмайды (9-сурет).