Сырьевая база и подготовка материалов к металлургическому переделу

• Название: Сырьевая база и подготовка материалов к металлургическому переделу
• Анкор: Petrushov_S.N._Sirevaya_baza_i_podgotovka_materialov_k_metallurgicheskomu_peredelu__uchebnoe_posobie_2009
• Дата: 17.02.2023
• Размер: 4.61 Mb.
• Имя файла: Petrushov_S.N._Sirevaya_baza_i_podgotovka_materialov_k_metallurg.doc
• Тип: Учебное пособие; #942271
• страница: 4 из 23

2 ЖЕЛЕЗНЫЕ И МАРГАНЦЕВЫЕ РУДЫ

2.1 Железные руды

Железо, необходимое для образования чугуна в доменной печи и стали в сталеплавильных агрегатах, получается путем восстановления его из оксидов или солей, имеющихся в железной руде.

Железной рудой называется природное ископаемое (горная порода), добыча и промышленная переработка которого, с целью извлечения железа, на данном этапе развития техники экономически целесообразна.

Руда состоит из рудного минерала, пустой породы и примесей.

Рудные минералы железа представлены главным образом кислородными соединениями, - водными и безводными, а также углекислыми, сернистыми и кремнекислыми.

Название железной руды соответствует названию основного рудного минерала, входящего в руду.

Различают следующие минералогические типы рудных минералов (железных руд):

1. 
   Гематитовые.
   
2. 
   Магнетитовые.
   
3. 
   Мартитовые и полумартитовые.
   
4. 
   Бурые железняки.
   
5. 
   Сидеритовые.
   
6. 
   Титано-магнетитовые.
   
7. 
   Железистые кварциты.
   

Гематитовые руды - безводный оксид Fe представлен в рудах минералом – гематитом Fe₂O₃ (красный железняк – продукт выветривания магнитных железняков, т.е. окисленный магнетит). В нем обычно содержится от 1 до 8 % магнетита (Fe₃O₄). Содержание железа в рудном минерале – 70 %. Цвет красных железняков колеблется от красного до светлосерого и даже черного, но на фарфоровой пластинке он оставляет всегда красную черту.

Пустая порода гематитовых руд Украины состоит в основном из SiO₂ – 20-40 % и Al₂O₃ – 0,5-3,0 %. Руды очень чистые по содержанию вредных примесей. Месторождения Украины – Криворожское, России – КМА, Казахстана – Атасуйское. Гематитовые руды – не магнитные или слабомагнитные.

Магнетитовые руды (Fe₃O₄) – магнитный железняк FeOFe₂O₃, содержит 30,04 % FeO и 68,96 Fe₂O₃, т.е. в нем содержится Fe⁺⁺. В природных условиях магнетит в той или иной степени окислен. Для характеристики окисленности магнетита принято пользоваться отношением Fe_общ / Fe^. В чистом магнетите это отношение равно 72,3 / 24,3  3. Обычно к магнитным железнякам относят руды, в которых это отношение меньше 3,5. При отношении 3,5-7,0 руды относят к полумартитам, а при отношении больше 7,0 – к мартитам.

Цвет руды от серобурого до черного, на фарфоровой пластинке магнетит оставляет черную полосу. Основные месторождения: Украина – Криворожское, Россия – Магнитогорское, кма, Соколово-Сарбайское, Качканарское, коршуновское, Тагило-Кушвинское.

Мартитовые и полумартитовые руды образуются в результате постепенного окисления магнетита до Fe₂O₃ при соприкосновении его с воздухом и подземными водами.

Бурые железняки – это водный оксид железа (mFe₂O₃nН₂О). В зависимости от количества гидратной влаги различаются шесть видов минералов: турьит (n = 0,5), гетит (n = 1,0), гидрогетит (n = 1,33), лимонит (n = 1,5), ксантосидерит (n = 2,0), лимнит (n = 3,0). Бурые железняки – это бедные по содержанию железа руды (37-55 %). В чистом буром железняке содержится железа от 52,2 % (лимонит) до 66,1 % (турьит). Руда не плотная (2,5-4,0 г/см³) легко восстановимая. Цвет – от темно бурого до желто-коричневого. Основные месторождения: Украина – Керчь, Россия – Бакальское, Халиловское, Аятское, Казахстан – Лисаковское.

Пустая порода руды – глина и песок. В добываемых рудах 37- 40 % Fe , Р – 0,5-1,5 %. Иногда присутствует ванадий (0,03-0,06 %).

Сидеритовые руды – рудный минерал FeСO₃ (Fe – 48,3 %, СО₂ – 37,9 %). Основные месторождения: Украина – Керченское, Россия – Бакальское, КМА. Часто сидериты содержат серу и фосфор. Образованная сидеритом руда называется шпатовым железняком или сидеритом. При значительных количествах примеси глины может называться глинистым железняком. Сидериты распространены гораздо меньше, чем другие руды, характеризуются высокой восстановимостью и низким содержанием железа. Под воздействием влаги и кислорода атмосферы сидериты могут переходить в бурые железняки, так как закись железа в молекуле FeОСО₂ окисляется и поглащает влагу. Поэтому встречаются месторождения (Керченское), в которых верхние или наружные слои являются бурыми железняками, а нижние или центральные, коренные – сидеритами.

Титано-магниевые руды – рудный минерал – ильменит (FeOТіО₂) или FeТіО₃. Ильменит (соль титановой кислоты) содержит 36,8 % Fe и 31,8 % Ті. Встречается всегда в сростках с обычным магнетитом, т.е. в виде FeТіО₃Fe₃O₄. Образуемые ильменитом рудыназываются титано-магнетитами.

Титано-магнетит является плотной трудно восстановимой рудой, которая дает густые и тугоплавкие титанистые шлаки. Обладает магнитными свойствами и хорошо обогащается магнитной сепарацией. Часто сопровождается ванадием. Месторождения России: Качканарское (Свердловская обл.), Кусинское. В Украине титано-магнетитов нет.

Железистые кварциты – условно выделяются как разновидность железной руды, т.к. могут быть представлены разными рудными минералами – магнетитом или гематитом. Бедные по железу руды – 30-40 % и 40-45 % SiO₂. Требуют обогащения, являются исходными сырьем горнообогатительных фабрик. Бывают магнитные и немагнитные разновидности. В настоящее время используются железные кварциты, представленные Fe₃O₄, т.к. возможно обогащение по более простым схемам.

Пустая порода железных руд, добываемых в Украине – кислая, т.е. она содержит кислотных оксидов (SiO₂, Al₂O₃) значительно больше, чем основных (СаО, МgO). Характеристикой пустой породы по содержанию оксидов является основность (В) – отношение суммы основных оксидов к кислотным

.

В производственной практике часто пользуются упрощенной формулой основности: . Если В1 – пустая порода кислая, В  0,9-1,0 – самоплавкая, В1 – основная. Основность пустой породы руд, добываемых в Украине значительно меньше единицы (до 0,2), так как основной составляющей пустой породы является кремнезем – SiO₂.

Качество пустой породы железной руды определяется также отношением SiO₂:Al₂O₃. Наиболее жидкоподвижным является шлак, содержащий 10-15 % Al₂O₃. Такому содержанию Al₂O₃ в шлаке соответствует отношение SiO₂ : Al₂O₃ в руде, равное 3-4. В пустой породе руд Украины это соотношение значительно больше, что усложняет их металлургическую переработку. А в рудах Ковдорского ГОКа SiO₂ – 8- 10 %, СаО – 11-12 %, МgO – 15-17 %, Коршуновского месторождения – СаО – 9-14 %, МgO – 8-13 %, а руды Индии содержат всего 2-3 % SiO₂ и требуют кислого флюса. Пустая порода руд Эльзас-Лотарингии – самоплавкая.

Вредные примеси: сера, фосфор, мышьяк, цинк, свинец.

Вредные примеси понижают ценность руды и при значительном их содержании руда становится малопригодной для металлургического передела. Наличие серы в рудах приводит к увеличению расхода кокса при производстве чугуна. Увеличение серы в шихте на 0,1 % (абс.) приводит к увеличению удельного расхода кокса на 2 % ( 15 кг. на 1 т чугуна), флюса на 6-7 %. Сера в рудах может быть в виде FeS₂, CaSO₄, BaSO₄ и др.

По действующим нормам максимальное количество серы в руде не должно превышать 0,2 %. Если руды подвергаются агломерации, содержание серы может быть более высоким, т.к. 70-80 % удаляется при агломерации. Сера вызывает снижение прочности стали при повышенных температурах («красноломкость»). По действующим стандартам содержание ее в передельном чугуне не должно превышать 0,045-0,07 %. Хотя основное количество серы в доменную печь вносится коксом, большое ее количество вносится и рудой. Например, коренные слои магнитогорских руд содержит около 1,8 % S. Поступающая в доменную печь сера распределяется между газом, чугуном и шлаком, однако основное количество ее переходит в шлак.

Фосфор встречается в виде фосфатов кальция, железа, алюминия. Фосфор при агломерации и обжиге окатышей не удаляется. В доменной печи он полностью переходит в чугун. Фосфор может быть удален только в сталеплавильном переделе. Для мартеновского передела содержание фосфора не должно превышать 0,2 %.

Мышьяк встречается в виде арсенопирита FeAs, при агломерации удаляется в меньшей степени, чем сера. Содержание его в руде не должно превышать 0,1-0,2 %.

Полезные примеси – улучшают металлургическую ценность руды. Они придают изделиям из чугунов и сталей свойства, которые улучшают их качество: жаростойкость, кислотоустойчивость, прочность, противоокислительные свойства (нержавеющие стали) и т.д.

К полезным примесям относятся титан, ванадий, никель, вольфрам, марганец. В рудах Украины могут присутствовать марганец, титан, ванадий.

Вредные и полезные примеси могут присутствовать как в рудном минерале, так и в пустой породе.

Целесообразность использования железосодержащей горной породы в качестве железной руды или металлургическая ценность железной руды определяются следующими показателями:

1. 
   Глубиной и условиями залегания рудного тела и следовательно стоимостью добычи.
   
2. 
   Запасами руды.
   
3. 
   Стоимостью перевозки (отдаленностью от мест переработки).
   
4. 
   Богатством руды по содержанию железа и количеством пустой породы.
   
5. 
   Характером и составом пустой породы.
   
6. 
   Наличием полезных и вредных примесей.
   
7. 
   Физическим состоянием.
   
8. 
   Обогатимостью.
   

2.2 Характеристика запасов железных руд

Запасы рудных месторождений делятся, в зависимости от степени их изученности, на несколько категорий, обозначаемых буквами латинского алфавита А, В, С без индексов и с индексами А₁, А₂, С₁, С₂.

К категории А (балансовые) относятся запасы, установленные детальными разведками, с выявленными границами и запасами рудных тел.

Категории А₁ и А₂ относятся к балансовым запасам и отличаются по степени изученности технологии обработки руд. Технология обработки категории А₁ изучена и проверена в промышленном масштабе, а категория А₂ – в полупромышленном масштабе.

Условно принято, что к промышленным относятся балансовые запасы, которых достаточно для обеспечения железорудным сырьем доменного цеха производительностью 5 млн.т чугуна в год в течение 40 лет.

К категории В (забалансовые) относятся запасы, более или менее выявленные количественно, но с недостаточно определенными границами рудных тел.

К категории С (разведанные) относятся запасы, выявленные по естественным обнажениям и геофизическим данным; к категории С₁ относятся запасы, когда технологическому исследованию подверглись небольшие разведочные пробы, а к категории С₂ – запасы, предполагаемые на основании геологических соображений и исследований единичных образцов руд.

Утверждение запасов по категориям А и В является достаточным основанием для проектирования и строительства горно-металлургических предприятий, базирующихся на этих рудах. Утверждение запасов по категории С служит основанием для перспективного планирования горнометаллургической промышленности.