Сырьевая база и подготовка материалов к металлургическому переделу
 Скачать 4.61 Mb.
|
2.3 Месторождения железных рудКриворожский бассейнКриворожский бассейн расположен в 80-100 км к западу от р. Днепр в системе р. Ингулец – Желтая, Зеленая, Саксагань. Месторождение вытянуто в виде узкой полосы в северо-восточном направлении протяжением около 110 км, шириной 1-2 км до 6 км. Площадь месторождения - 300 км2. Глубина залегания до 1500 м. Месторождение представлено бедными и богатыми рудами. К богатым рудам относят гематиты, магнетиты, мартиты и бурые железняки. Среднее содержание железа составляет 55 %. Добывают как более богатые (58-62 % железа), так и более бедные (35-45 % железа) руды. Пустая порода – кислая. Значительная часть руд, особенно богатых – пылеватая. Руды чисты по вредным примесям. Бедные руды – железистые кварциты содержат 20-45 % железа. Часть кварцитов являются магнитными, поэтому в настоящее время добывают только их как наиболее легкообогатимые. До 1990 г Кривбасс давал 60 % всей добываемой руды в СССР. Развитие бассейна идет за счет открытых карьеров. В настоящее время 85-90 % руды добывают в открытых карьерах, 10-15 – в шахтах. Основная масса руды представляет собой гематито-мартитовые и в меньшей мере гидрогематито-мартитовые. Чистых гематитов и бурых железняков 6% от общих запасов. Пустая порода – кремнистая (кварц). Отношение SiO2 : Al2O3 15-20 (SiO2 - 15-20 %, Al2O3 1 %). Вредные примеси: серы до 0,05 %, фосфор 0,02-0,01 %. На месте добычи руду делят по крупности на фракции 0-10 мм (аглоруда) и фракция 10 мм (доменная). Основная масса руды делится на рудносортировочных станциях на классы: по содержанию железа классы делятся с интервалом 4 % железа и 6 % (SiO2 +Al2O3). Выделяются также специальные классы: 7- бурый железняк, 8 – глиноземистая (Al2O3 : SiO2 0,4), 10 – особомалофосфористая ( 0,015 % Р), 22 – руда для сталеплавильного производства, 20 – магнетитовая руда, 26 – железистые кварциты. В отдельных случаях руда по содержанию железа делится на 3 сорта. На базе Криворожского месторождения работают 5 горно-обогатительных комбинатов: Северный горно-обогатительный комбинат, Центральный ГОК, Ново Криворожский ГОК, Южный ГОК, Ингулецкий ГОК; и 3 рудоуправления: р/у имени «Кирова», р/у «Сухая балка», в/о «Кривбассруда». Балансовые запасы Криворожского бассейна составляют 3,9 млрд. т богатых руд и 14,2 млрд.т – бедных и железистых кварцитов. Основные требования к рудам Криворожского бассейна приведены в таблице 2.1. Основные требования к концентратам Криворожского бассейна приведено в таблице 2.2. Вторым месторождением железных руд Украины является Кременчугское месторождение, расположенное в 30 км от г. Кременчуг Полтавской обл. Таблица 2.1 – Основные требования к рудам железным Криворожского государственного железорудного комбината по ТУ У 14-9-359-99
Таблица 2.2 – Основные требования к качеству концентратов
Примечание. В единичных случаях, по согласованию с потребителем, допускается поставка концентрата ИнГОК с отступлением от требований настоящих технических условий: массовой долей железа не менее 62,0 % месячной поставки комбината по всем показателям суммарно. Балансовые запасы Кременчугского месторождения составляют примерно 2,0 млрд.т мартитов и гидрогематитов. Содержание железа в рудах – 45-58 %. Содержание серы и фосфора до 0,05 %. На базе Кременчегского месторождения работает Полтавский ГОК (г.Комсомольск). Производительность ГОК – до 10 млн.т концентрата в год с содержанием 66-67 % железа. Керченское месторождение Расположено в 10 км от г.Керчь (Крым). Запасы 1,7-2 млрд.т – в основном бурые железняки осадочного происхождения. Залегают на поверхности отдельными линзами (так называемыми мульдами), из которых разрабатываются самые крупные – Камыш-Бурунское и Эльтигенское. Разработка ведется открытым способом. Объем вскрышных работ очень мал – 7-8 млн.т в год. Это объясняется наличием вредных примесей и трудностями обогащения. Руда представляет собой оолитовый (зернистый) бурый железняк (37 % железа), но в коренных слоях имеется сидерит. Руды делятся на коричневые (окисленные), расположенные по краю мульды; икряные – рассыпающиеся – расположенные на поверхности; табачные – плотные, коренные руды в центре мульды. Добываются в основном только коричневые. Руды содержат 2-3 % Mn, около 1 % Р, 0,05-0,07 % V и 0,05-0,15 % As. Особенность пустой породы – большие вкрапления железа, что затрудняет обогащение. Порода глиноземистая Al2O3:SiO2 3-4. Обогащается руда промывкой. При добыче руда содержит до 30 % влаги. Пустая порода рыхлая, много пыли. Мойка коричневой разности руд позволяет увеличить содержание железа в концентрате примерно на 4 %. Неприятной особенностью руды является высокое содержание фосфора. Сверх того руды содержат ощутимое количество мышьяка (до 0,1 %). Глиноземистая пустая порода этих руд улучшает условия плавки передельного и литейного чугунов при использовании смеси криворожских и керченских руд. Вся масса руды подвергается агломерации. Основным потребителем руд (агломератов) Керченского месторождения был комбинат «Азовсталь», мартеновский цех которого оборудован качающимися мартеновскими печами, приспособленными для удаления фосфора и мышьяка. С 1998 г. месторождение законсервировано, аглофабрика остановлена. Криворожский горно-обогатительный комбинат окисленных руд (КГОК ОР) расположен недалеко от Кривого Рога, прогнозные запасы окисленных руд (немагнитных) – 43,0 млрд.т. В Кривбассе ресурсы открытой разработки – 5,0 млрд.т ( в т.ч. Восточно-Волявнинское - около 3,8 млрд.т, Ингулецкое – 0,5 млрд.т и Снелеватское - 1,4 млрд.т). Строительство ГОКа началось в 1986 году. На сегодняшний день 90 % объемов завершено. Принимали участие в строительстве Венгрия, ГДР, Румыния, Чехословакия. По плану окончание строительства в 1990 г, однако после развала СЭВ оно было заморожено и только в 1999 году продолжено. Сырье – окисленные руды Скелеватско-Магнетитового и Волявнинского месторождений Кривбасса. Окисленные кварциты представлены мартитовыми, гематито-мартитовыми плотными (до 70 %) и средними (до 23-26 %) разностями с коэффициентом крепости до 20 (от 4-6 до 18-20). Запасы окисленных кварцитов в других карьерах Кривбасса – 1957,7 млн.т (балансовые и прогнозные). Количество заскладированных описанных кварцитов на 001.01.91 г.- 256,4 млн.т с содержанием железа – 36,9 %. Содержание железа в концентрате (проект): магнитно-флотационном – 62,8 %; магнитном – 61,0 % Проектная мощность в год: Первая очередь По сырой руде – 23,3 млн.тПо концентратам – 10.6 млн.т По офлюсованным окатышам – 9,9 млн.т Полное развитие По сырой руде – 30,0 млн.тПо производству окатышей – 13,7 млн.т По офлюсованным окатышам – 12,8 млн.т Крупнейшие месторождения железных руд России и стран СНГ Курская магнитная аномалия (Россия) Имеет запасы железных руд – 14,4 млрд.т (6,0 – богатых, 8,4 – бедных). Это самое крупное месторождение мира. Площадь - 50-100 км с запада на восток и на 400-600 км с юга на север. Запасы практически неисчерпаемы. Пласты находятся на глубине 35-580 м. Учтенные запасы – 38 млрд.т – перспективные 200 млрд.т. Основные запасы представлены кварцитами, в основном магнетитовыми с содержанием 35- 40 % железа и богатыми гематитомартитовыми рудами с 50-61 % железа, серы – 0,1-0,6 %, 0,02-0,09 % фосфора и 10-20 % гигроскопической влаги. Особенностью пустой породы является повышенное содержание глинозема 2,5-3,5 % при 8-9 % SiO2 Богатая руда кусковая, твердая, идет в доменную плавку без обогащения в сыром виде. В КМА можно выделить несколько месторождений – Михайловское (северо-западнее Курска), Лебединское, Стойленское, Южно-Коробковское (около г. Губник). Для переплава руды КМА смешивают с Криворожской рудой для понижения содержания Al2O3 в шлаке и наоборот. Перспективны расположенные близ г. Белгорода месторождения Яковлевское, Гостищевское и другие, запасы которых составляют около 25 млрд.т богатых гематито-мартитовых руд, залегающих, однако, на глубинах около 500 м. В Мурманской области и Карелии расположено несколько железорудных месторождений, являющихся базой Череповецкого металлургического комбината:Оленегорское месторождение, расположенное южнее г. Мурманска, состоит из железистых кварцитов, содержащих около 31 % железа. Запасы его составляют около 600 млн.т. Они на месте обогащаются магнитно-гравитационным методом на Оленегорском ГОКе до содержания 62 % железа, концентрат поставляется на аглофабрики. Ено-Ковдорское месторождение, расположенное западнее Оленегорского, представлено магнетитовыми кварцитами, содержащими 31-32% железа, имеет мощность около 500 млн.т. Особенностью его является основная пустая порода, имеющая индекс основности 1,6 и высокое содержание фосфора, которое после магнитного обогащения на Ковдорском ГОКе снижается с 2,7-2,9 % до 0,18-0,20 %. Концентрат, содержащий 64-65 % Fe, направляется на комбинаты для агломерации. Костамукшское месторождение магнетитовых кварцитов мощностью около 1,2 млрд.т расположено в Карелии, на границе с Финляндией. Кварциты, содержащие 30-35 % Fe, около 0,07 % Р и 0,2 % S, обогащаются на построенном тут ГОКе до содержания 63-65 % Fe, из них производятся окатыши, направляемые на Череповецкий металлургический комбинат. Качканарское месторождение титаномагнетитов расположено севернее г. Нижний Тагил (Россия), имеет запасы около 12 млрд.т. Крайне низкое содержание железа (всего 16-17 %) в процессе обогащения повышается до 61 %. Руда содержит около 0,15 % ванадия, что является важной особенностью. Качканарский ГОК производит агломерат и окатыши и поставляет их на Нижне-Тагильский металлургический комбинат. Первоначальной базой этого комбината были месторождения Тагило-Кушвинского железорудного района, которые уже практически выработаны. Магнитогорское месторождение магнетитовых руд, сыгравшее огромную роль в развитии Магнитогорского металлургического комбината, вследствие длительной интенсивной эксплуатации также истощено. В Кустанайской области Казахстана разведены и эксплуатируются железорудные месторождения, которые снабжают рудой заводы Южного Урала, и прежде всего ММК. Соколовское, Сарбайское и Качарское месторождения, расположенные близ г. Кустаная, имеют общие запасы около 3,6 млрд.т. Руды магнетитовые, содержат 38-56 % Fe, 0,7-3,0 % S и 0,12 % Р. Основность пустой породы составляет 0,3-0,5. Добываемая открытым способом руда обогащается на Соколовско-Сарбайском и Качарском ГОКах до содержания 65 % Fe, из части концентратов производят окатыши, а остальной отправляют на Магнитогорский металлургический комбинат и другие предприятия. Западнее г. Кустаная расположены Лисаковское и Аятское месторождения бурых железняков с запасом около 10 млрд.т. Содержание железа в них достигает 35-37 %, а содержание фосфора повышенное – до 0,4-0,5 %. Южнее г. Новокузнецка расположен Горно-Шорский железорудный район, образованный Темир-Тауским, Одрабашским, Таштагольским и другими месторождениями магнетитовых и мартитовых руд, содержащих 30-49 % Fe. Отличительной особенностью некоторых руд является наличие в них цинка (0,1-1,1 %), повышенное содержание серы. Запасы оцениваются в 200 млн.т. Руды и концентраты спекаются на обогатительно-агломерационных фабриках, агломерат направляется на Новокузнецкий и Западно-Сибирский металлургические комбинаты. Однако основной их базой являются Абаканское и Тейское месторождения, расположенные восточнее г. Новокузнецка, в Хакассии. Их запасы составляют около 2 млрд.т магнетитовых руд. В Восточной Сибири расположено ряд крупных железорудных месторождений. К северу от г. Красноярска в Ангаро-Питском железорудном районе расположены месторождения Нижнеангарское, Ишимбинское и др. Руды этих месторождений в основном гематитовые, труднообогащаемые, содержат около 30-40 % Fe, пустая порода – кремнеземисто-глиноземистая. Запасы этого района составляют около 1,4 млрд.т. Севернее г. Иркутска находится крупный Ангаро-Илимский железорудный район, объединяющий месторождения Коршуновское, Рудногорское и др. Запасы оцениваются в 900 млн.т. Руда этих месторождений магнетитовая, содержит 38-50 % Fe, 0,03 % S и 0,8 % Р. Коршуновский ГОК производит концентрат, содержащий 62,5 % Fe. Ввиду недостатка руды в Западной Сибири коршуновский концентрат направляется на Западносибирский металлургический завод. Открытый Среднеангарский железорудный район, главным месторождением которого является Тагарское. Руды по составу аналогичны ангаро-илимским, запасы – около 1,5 млрд.т. Месторождения Ангаро-Питское, Среднеангарское и Ангаро-Илимское рассматриваются как база будущего Восточно-Сибирского металлургического завода. В центральной части Казахстана расположено Атасуйское месторождение магнетито-гематитовых руд с запасом в 300 млн.т, являющееся базой Карагандинского металлургического комбината. Крупнейшие зарубежные месторождения железных руд мира Основной железорудной базой черной металлургии США является район озера Верхнего, который дает около 80 % добываемой в стране руды. В этом районе наибольшее количество руды добывается в округе Месаби, от которого получила название и руда. Руда месаби содержит 50-52 % Fe, 9-10 % SiO2, 0,77 % Mn, 0,09 % Р и около 11 % влаги. Запасы руды оцениваются в 1 млрд.т, кроме этого, в месторождении есть около 30 млрд.т кварцитов (местное название – такониты), из которых 5 млрд.т являются магнетитовыми. Последние добываются и обогащаются от 31 до 64 % Fe, затем подвергаются окускованию в агломерат или окатыши. Это и другие месторождения удовлетворяют потребности черной металлургии США лишь частично. Характерной особенностью металлургической промышленности развитых капиталистических стран (США, Япония, ФРГ и др.) являются импорт больших количеств железной руды и окатышей из крупных месторождений мира, расположенных обычно в развивающихся странах. Высокое качество этих руд, низкая стоимость их добычи и обогащения и незначительные транспортные расходы обеспечивают эффективность такой работы. Ниже дана краткая характеристика наиболее крупных железорудных районов мира. Канада обладает значительными запасами железных руд и имеет развитую железорудную промышленность – добычу, обогащение и окускование в виде агломерации и производства окатышей. Главные месторождения находятся в провинциях Квебек, Ньюфаундленд (остров Ньюфаундленд, месторождение Вабана) и др. Запасы основных месторождений Канады оцениваются в 5,5 млрд.т, из которых около 3 млрд.т находится в районе Квебек-Лабрадор. Руды этого месторождения являются гематитами и магнетитами, содержат около 53 % Fe, имеют кремнеземистую пустую породу, не содержат серу, но содержат 0,03-1,1 % Р. Получаемые концентрат и окатыши экспортируются в США, Англию и ФРГ. Венесуэла обладает большими запасами качественных руд, которые оцениваются в 2,2 млрд.т. Руды гематитовые, с очень высоким содержанием железа (63-68 %), не содержат серу и фосфор. В год добывается около 20 млн.т руды, 80 % которой отправляются в США. Бразилия имеет огромные запасы высококачественных железных руд. Запасы в штате Минас-Жераис (месторождения Итабири, Итабирита) оцениваются в 16 млрд.т и содержат 50-60 % Fe. Кусковая руда содержит 66-69 % Fe и 0,1-1,5 % SiO2, 0,5-1 % Al2O3. Почти вся добываемая руда (около 12 млн.т в год) вывозится в США. В Австралии разведаны месторождения с запасом около 16 млрд.т гематитовых и частично лимонитовых руд. Основные месторождения расположены в Западной Австралии, вблизи побережья. В наиболее крупном месторождении Бракен сосредоточено около 8 млрд.т гематитовой и гематито-лимонитовой руды, содержащей 54-69 % железа. Добываемые здесь руды и производимые на месте окатыши через близлежащие порты вывозятся в основном в Японии (более 10 млн.т в год). Крупнейшее в Западной Европе Лотарингское месторождение железных руд расположено в восточной части Франции. Запасы оолитовых бурых железняков (местное название минетты) этого месторождения составляют 9 млрд.т, содержат 31-32 % Fe, 0,6-0,8 % Р и 0,1 % S. Однако низкое содержание железа компенсируется наличием самоплавкой пустой породы. Швеция располагает крупными запасами железных руд – 2,4 млрд.т. Почти все они сосредоточены в месторождениях Кируна, а также Елливаре и Лухаваре, которые расположены в северной части страны между портами Нарвик и Лулео. Руды представляют собой чистый богатый магнетит (50-60 % Fe) с самоплавкой или основной пустой породой (2 % SiO2, 1,3 % CaO, 0,5 % Al2O3). В состав пустой породы входит апатит, поэтому руды фосфористые (до 2,5 % Р), что дает возможность выплавлять томасовский чугун. По физическим свойствам руды месторождения Кируна прочные и плотные, а руды месторождения Елливаре – рыхлые, зернистые. Часть руд на месте добычи подвергаются обогащению магнитной сепарацией и окускованию. Ежегодно добывается около 25 млн.т руды, 80 % которой экспортируется в ФРГ и Англию. В Индии имеются значительные запасы железных руд, которые составляют около 20 млрд.т. Основные месторождения расположены на 300 км западнее г. Калькутты в штатах Бихар, Орисса и Мадхъя-Прадеш. Образуют в комплексе так называемый Железный пояс с общими запасами 8 млрд.т богатых гематитовых руд. Они содержат 60-68 % Fe, очень чистые по сере и фосфору. Отрицательной особенностью этих руд является преобладание глинозема в пустой породе. Пустая порода – основная. Значительные запасы железных руд, превышающие 15 % мировых, а также наличие крупных горно-обогатительных комбинатов и рудников позволили Украине занять место среди крупнейших стран производителей товарной железной руды. Основные направления развития горно-металлургического комплекса Украины на длительный период предусматривают сохранение этого промышленного потенциала за счет комплексного освоения минеральных ресурсов. Интенсивное развитие горных отраслей и народного хозяйства в последние 50 лет предопределило развитие комплекса горных наук таким образом, что отдельные направления и дисциплины горных наук тесно переплелись с конкретными производственными задачами отраслей горного производства. В каких же условиях находится современное производство и какие характерные черты его развития вначале ХХI столетия? Мировое горное производство характеризуется годовой добычей 160-180 млрд.т горной массы (уголь, руда, нерудное минеральное сырье, скально-облицовочные и строительные материалы и др.). Из земных недр в год добывается около 8 млрд.т энергетического сырья, руд для производства 570 млн.т черных металлов, 170 млн.т цветных металлов, 620 млн.т индустриального минерального сырья и др. Среднегодовые мировые потребности в минеральном сырье следующие: уголь – 4,8-5,0 млрд.т; нефть – 2,8-3,0 млрд.т; природный газ – более 2,0 трил.куб.м; железо – 540 млн.т; марганец – 9-10 млн.т; алюминий – 19-20 млн.т; медь – 9-10 млн.т; цинк – 7-8 млн.т; свинец – 3-4 млн.т; соль – 200-210 млн.т; гипс – 95-100 млн.т; сера – 55- 60 млн.т; фосфаты – 45-50 млн.т; каолин – 25-30 млн.т, магнезит – 12-15 млн.т; тальк – 8-10 млн.т; барий – 7-8 млн.т; бентонит – 7-8 млн.т; фельдшпат –5-6 млн.т; перлит – 1,5-2,0 млн.т; поташ – 30-32 млн.т; золото – более 2 тыс.т; платина – более 270 тонн; серебро – более 15 тыс.т и др. Современные шахты и карьеры характеризуются большой глубиной горных работ. Еще 30 лет назад самая глубокая в мире шахта работала на глубине 2,5 км, сегодня достигнут 4-х километровый рубеж на подземных горных работах. Практически все карьеры Кривбасса достигли глубины 300 м. 3. Истощение запасов богатого минерального сырья и увеличение масштабов освоения ресурсов с более бедным содержанием полезных компонентов. К примеру, дальнейший прирост запасов меди в США будет происходить преимущественно за счет разведки бедных руд. В ближайшие годы содержание меди в разведанных запасах руд снизилось с 0,8-0,9 % до 0,5-0,6 %. В Канаде в связи с вовлечением в переработку более бедных руд среднее содержание меди в руде снизилось с 1,4 % до 0,9 %. Аналогично положение наблюдается по другим полезным ископаемым в различных регионах мира. 4. Удорожание геологоразведочных работ, рост затрат на добычу полезных ископаемых и цен на минеральное сырье. Как отмечают специалисты, если 15 лет назад на добычу сырья стоимостью 1 дол. требовалось 2 дол. капитальных вложений, 7 лет назад – 3 дол., то сегодня для этого нужно уже 4-6 дол. капитальных вложений, а в последующие годы потребуется 5 дол. и более. На разведку и добычу полезных ископаемых расходуется до 40 % промышленных капитальных вложений, здесь сосредоточена почти треть производственных и около 20 % трудовых ресурсов. Рациональное использование минеральных ресурсов неразрывно связано с совершенствованием методов добычи полезных ископаемых. Создание новой и совершенствование существующей техники и технологии разработки месторождений обусловит более полное извлечение и повышение качества полезных ископаемых. Одновременно увеличатся затраты на природоохранные мероприятия. Особенно это актуально для Криворожского горнопромышленного региона. Так, на территории Криворожского бассейна уже заскладировано более 2.5 млрд.м3 отходов обогащения. Под горные предприятия занято более 340 км2 земли, свыше 300 км2 земли подтоплено промышленными водами. Это привело к сокращению площади продуктивных земель в сельском хозяйстве (в Днепропетровской области на 1 человека приходится 0,56 га земли против 0,7 га по Украине. В связи с этим представляется весьма актуальной проблема более полного использования разведанных запасов магнетитовых кварцитов, снижения при этом издержек производства и улучшения экологической обстановки и условий труда. Одним из направлений решения этой крупной национальной научно-технической проблемы является более широкое освоение принципов комбинированной разработки с комплексным использованием открытого и подземного способов разработки. Преимущественное развитие открытого способа производства привело к повышенным вредным выбросам в атмосферу. В Кривбассе на 1 км2 ежегодно приходится около 5 тыс.т. выбросов, что превышает в несколько раз предельно-допустимые значения. Применение подземных горных работ в пределах одного месторождения, отрабатываемого открытым способом, может быть одним из перспективных направлений технического прогресса, позволяющим успешно функционировать горным предприятиям в сложных экономических условиях, нанося минимально возможный ущерб окружающей среде при сохранении высокого уровня безопасности работ. Так, при комплексном развитии открытых и подземных работ, только в условиях Криворожского бассейна в зонах обрушения может быть заскладировано около 1,2 млрд.м3 вскрышных пород (около 30 % имеющихся объемов внешних отвалов). Это не только сохранит от нарушения около 1400 га земельных площадей, но и обеспечит рекультивацию зон провалов и воронок на территории 1500 га. Своеобразный синтез открытого и подземного способов разработки в пределах одного месторождения создает благоприятные условия для повышения эффективности горных работ, снижения вредного влияния на окружающую среду. Использование подземных выработок облегчает вскрытие глубоких горизонтов карьеров, размещение вскрышных пород в зоне обрушения, снижает потребность в площадях. Утилизация отходов обогащения повышает безопасность подземных работ и снижает остроту проблемы наращивания шламохранилищ. Использование на подземных работах принципов, освоенных на карьерах по увеличению единичной мощности оборудования, создания циклично-поточной технологии, повысит технический уровень и рентабельность подземных рудников. Создание научных основ малоотходной и безопасной технологии добычи и переработки минерального сырья, предусматривает: переработку отвалов пустых пород с целью их обогащения и получения строительных, огнеупорных и других материалов; сухое обогащение железных руд при подземной добыче с размещением хвостов обогащения в выработанных пространствах; дегазацию угольных пластов с целью создания безопасных условий работы угольных шихт и увеличения объемов горючих газов для использования в народном хозяйстве; получение тепловой энергии за счет сжигания углей в шахтах; утилизацию хвостов обогащения, сосредоточенных в действующих хламохранилищах для нужд промышленности, строительства и сельского хозяйства; комплексную переработку шахтных и карьерных вод, предусматривающих получение ценных минеральных веществ – карбоната кальция, оксида магния, сульфата и хлорида натрия. Рациональное использование минеральных ресурсов предусматривает эффективно извлекать полезные компоненты. Отсутствие эффективных технологических решений приводит к тому, что при переработке сырья для черной металлургии теряются золото и серебро (Ингулецкий комбинат), германий, скандий и редкие элементы (Северный комбинат), гранат и редкие металлы (Центральный комбинат). В отдельных случаях из руды извлекаются по стоимости лишь половина содержащихся в ней ценных компонентов. 2.4 Физические и химические свойства руд, категории запасов Физические свойства: газопроницаемость, насыпная масса, кусковатость, прочность, истираемость, угол естественного откоса. Кусковатость характеризуется гранулометрическим составом. В доменных рудах необходимо минимальное содержание мелких фракций. По условиям работы доменных печей нижний предел крупности должен составлять 5-8 мм, однако по условиям грохочения он повышается до 10-12 мм. До – 10-12 мм – агломерационная руда, более – доменная. Верхний предел доменной руды должен быть 30- 50 мм, но практически бывает 60-100 мм. ТУ определяются нижний и верхний пределы, а также иногда и предельное содержание мелких фракций. Прочность (способность куска руды противостоять разрушающим нагрузкам) – показатель необходимый для руд при дроблении перед обогащением. Прочность оценивают коэффициентом крепости f (по шкале Протодьяконова). f – колеблется в пределах 1-20 и имеет 7 категорий и 4 подкатегории от мягких (глины) до высшей степени крепких горных пород f = 1,95 а0,7, где а = А/S; а – удельная работа разрушения, Дж/м2; А – затраченная работа, Дж; S – площадь, вновь образованной при измельчении, поверхности, м2. Прочность и насыпная плотность некоторых руд приведены в таблице 2.3. Таблица 2.3 – Прочность и насыпная плотность некоторых руд
Справочник “Доменное производство”, 1989 г. Крупность руды и распределение зерен по классам характеризуются средним диаметром и фракционным составом  ,где l, b, h – размеры кусков. Форма руды после дробления характеризуется коэффициентом сферичности . = Sш / Sч, где Sш – среднеарифметическая поверхность; Sч – действительная поверхность частицы. Гранулометрический состав определяют рассевом на контрольных ситах. Полученные результаты рассева изображаются в виде кумулятивных кривых. Ось абсцисс – размер сит, ординат – суммарный выход классов крупности. Аналитически эта зависимость описывается уравнением Розина-Раммлера  Пористость определяется порометрией (ртутной). Определяют не только объем пор, но и распределение их по размерам. Пористость является важным показателем восстановимости руд. Ее определяют  ,где Vк и Vт – объемы куска и твердой составляющей куска после его разрушения и исчезновения пор. Для определения количества пустот в насыпной массе материала введено понятие порозности. Порозность является важным показателем газопроницаемости слоя материалов. Месторождения железных руд разделяются на генетические типы. Таблица 2.4 – Химический состав руд важнейших месторождений Украины и России
 Продолжение таблицы 2.4
  2.4 Марганцевые руды Марганец (Мn) является одним из главных, легирующих сталь, элементов, поэтому марганцевая руда почти всегда входит в шихту доменных и сталеплавильных печей. В доменной печи кроме обычного чугуна выплавляются ферросплавы: зеркальный чугун (10-25 % Мn и 2% Si) и ферромарганец (до 75 % Мn). Черная металлургия является основным потребителем марганцевых руд. Она расходует 90-95 % всей его добычи. В земной коре Мn всего 0,1 % (железа – 4,2 %) Наиболее распространенными марганцевыми рудами являются руды на основе безводных и водных оксидов марганца и его карбонатов. Пиролюзит МnО2. Минерал черного цвета, плотность 4,7- 5,0 г/см3. Твердость кристаллических разновидностей 5-6, пористых разновидностей до 2. Может содержать до 63 % Мn. Примеси: Fe2O3, SiO2, P2O5, CaO, BaO и др. Кроме металлургии, пиролюзит применяется в стекольном производстве, химической промышленности и в электротехнике. Браунит МnОМnО2. Минерал черного цвета. Плотность 4,7- 5,0 г/см3. Твердость 6. Минерал содержит до 45 % МnО, до 55 % МnО2; общее содержание марганца доходит до 69,6 %. Содержание SiO2 часто достигает 8 %. В некоторых разновидностях встречается до 10 % закиси железа. Гаусманит Мn2О4. Минерал черного цвета. Плотность 4,7- 4,9 г/см3. Твердость 5. Минерал содержит до 38 % МnО2; общее содержание марганца до 72 %. В качестве примесей содержатся также оксиды железа FeO и Fe2O3. Применяется в металлургии. Псиломелан МnОМnО2 уН2О. Минерал цвета от черного до буровато-черного. Плотность 4,4-4,7 г/см3. Твердость колеблется от 4 до 6 в зависимости от содержания воды и физического состояния. Содержит 60-80 % МnО2, 7-9 % МnО, 4-6 % Н2О; общее содержание марганца доходит до 54 %. Кроме того, содержится 3-4 % ВаО, SiO2, Fe2O3 и другие примеси. Псиломелан встречается в виде плотных масс и в виде шарообразных конкреций – оолитов; этот минерал – основная руда для черной металлургии. Манганат МnО2Мn(НО)2. Минерал цвета от черного до бурого. Плотность около 4,2 г/см3; у разновидностей, богатых адсорбированной водой, плотность может снижаться до 3,7 г/см3. Твердость 3-4. Минерал содержит марганца до 62,5 %. В качестве примесей встречаются Fe2O3, SiO2, Al2О3 и др. Родохрозит МnСО3. Минерал розового или малинового цвета. Плотность 3,6 г/см3. Твердость 3,5-4,5. Содержит до 61 % МnО, до 38 % СО2; в качестве примесей встречаются железо, магний, калий и реже другие элементы. Применяется в черной металлургии и в химической промышленности. Как видно из приведенных данных, марганец входит в состав руд в виде закиси или двуокиси марганца, а примесями являются кремний, железо, фосфор, сера, глинозем и другие, обычные и для других руд. Кроме того, в марганцевых рудах встречаются и такие примеси, которые сравнительно редко бывают в железных рудах, например барий, кобальт, никель и др. Присутствие этих примесей усложняет анализ марганцевой руды. Кремневая кислота, как и в железных рудах, частично входит в состав самой руды, а частично попадает из вмещающих руду пород. В богатых марганцем рудах содержание ее доходит до 10 %, в бедных рудах оно может повышаться до 35 %. Сера в марганцевых рудах встречается главным образом в виде сульфатов: ВаSО4, СаSО4. Общее содержание серы в этих рудах невелико и редко превышает 0,1 %. В технических условиях содержание серы не нормируется. Фосфор в марганцевых рудах встречается в виде фосфатов кальция, железа, марганца и др., которые входят в состав руды и вмещающих пород. Содержание его в рудах, колеблющееся от 0,1 до 0,5 %, служит важным показателем при оценке качества марганцевых руд. Особенно опасен фосфор в рудах, предназначенных для выплавки ферросплавов. При выплавке богатых марганцевых ферросплавов нежелательной примесью в рудах является железо, так как в условиях доменной плавки оксиды железа восстанавливаются быстрее оксидов марганца и железо полностью переходит в ферросплав, снижая тем самым общее содержание марганца в ферросплаве. При содержании в руде 5 % железа получение 85 %-ного ферромарганца невозможно, так как при расходе руды порядка двух единиц на единицу сплава в нем будет содержаться 10 % железа, помимо углерода – (7 %), кремния (до 1,0 %), фосфора и серы. Обычно для выплавки ферромарганца используют руды, в которых отношение Mn Fe 6-10. Часть товарных марганцевых руд содержит большие количества влаги. В некоторых мелкозернистых мытых рудах содержание влаги доходит до 35 %. Высушенные марганцевые руды обладают большой гигроскопичностью, что вызывает затруднения при выполнении анализов. Руды для передельного чугуна имеют низкий предел по марганцу – 20-22 %, при выплавке ферромарганца 37-47 % и выше. Фосфор в рудах не должен превышать 0,15-0,2 %. Почти все руды удовлетворяют этим требованиям. Содержание SiO2 для богатых руд – 8-9 % и 10-35 % для бедных. Основными месторождениями марганцевых руд в Украине является Никопольское (Днепропетровская область). Общие запасы – 1 млрд.т при оценке всех мировых ресурсов этих руд в 3 млрд.т. Они залегают в виде пласта мощностью от 0,75 до 3 м. Месторождение состоит из ряда крупных участков залежей: Западно-Никопольского, Грушевско-Басанского, Марьевского, Максимо-Тимошевского. В границах залежей установлена закономерная смена окисных марганцевых руд закисными карбонатными. Количественное и качественное соотношение рудообразующих минералов изменяется не только от участка к участку, но и по вертикали пласта. Руды различны также по текстуре и по характеру вмещающих пород. Из нескольких шахт и карьеров руды одновременно поступают на действующие обогатительные фабрики, где они смешиваются и обрабатываются по единой технологической схеме. Производственные мощности позволяют добывать до 20 млн. т руды, концентрата – до 10 млн. т. В 1997 г. производство твердого концентрата составило около 3 млн. т. Из всех запасов руд – 80 % - пиролюзит, остальные карбонатные руды. Пустая порода кислая – SiO2 – 20-30 %, 6-8 % Al2О3, Р – 0,1-0,3 %. Добываемая руда обогащается промывкой и в меньшей степени магнитной сепарацией. Полученные концентраты делятся на классы. Пиролюзит 52 % Мn, Сорт А – 47 %, I – 43 %, II – 34-43 %, III – 25-34 %, шламы – 22-24 %. Развитие месторождения идет по пути увеличения открытой добычи. Чиатурское (Грузия), запасы – 180 млн.т. Содержание марганца колеблется от 25 до 47 %, Р – 0,18-0,20 %, железа мало. Типы руд – пиролюзит и карбонатные. Пустая порода – глина и песок, легко удаляется при промывке. Обогащение производится промывкой, затем руда делится на 4 сорта: I – 48-50 % Мn, II – 42-48 %, III - 34-42 %, IV 22-34 %. Карбонатная руда содержит 22-30 % Мn и не менее 10 % СаО. Месторождение является поставщиком качественных руд для ферросплавной промышленности. В странах СНГ имеются еще месторождения марганцевых руд, но их значение гораздо меньше. Это Полуночное, Марсятское, Ивдельское на Урале, Усинское и Назульское в Западной Сибири, Джездинское и Аталуйское в Казахстане и др. В последние годы южнее Запорожья открыты – Больше Токмакское месторождение карбонатных марганцевых руд с содержанием до 20 % Мn. Пустая порода основная. Из месторождений других стран наиболее известны: Бразильское – 70 млн.т. – 48-51 % Мn, Золотой Берег – 30 млн.т – 46-61 % Мn, ЮАР – 50 млн.т – 40-50 % Мn, Индийское – богатых руд 30 млн.т, бедных – в несколько раз больше. Югославия 230 млн.т КНР 211 млн.т Болгария 10 млн.т Венгрия 13 млн.т 3 ФЛЮСЫ, ЗАМЕНИТЕЛИ РУД И ФЛЮСОВ, Другие материалы Флюсами (плавнями) – называют материалы, применяющиеся в доменной, сталеплавильной плавке и других металлургических процессах для - непрерывного удаления пустых пород и оксидов посторонних металлов, содержащихся в исходном рудном сырье и коксе, вредных примесей; - предохранения расплавленных металлов от взаимодействия с внешней газовой средой; - снижение температуры расплавления материалов. При плавке руд флюсы образуют с пустой породой и золой топлива сложные по составу соединения, которые образуют шлак. Это Fe2SiO4 – фаялит; (СаО)xFeO2-x2MnOSiO2 – известковожелезистый оливин (образуется в кислотном шлаке); СаОSiO2; 2CaOSiO2 – cиликаты кальция; (1-2)СаОFe2O3 – ферриты кальция. В зависимости от состава вносимой в печь пустой породы флюсы разделяются на основные, кислые, глиноземистые. Количество необходимого введения флюсов ограничивается основностью материалов и основностью шлака. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
урская магнитная аномалия