Влияние бентонита на свойства железорудных окатышей

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМЕНИ С. М. КИРОВА

Том 254 1975

ВЛИЯНИЕ БЕНТОНИТА НА СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ

ОКАТЫШЕЙ

В. М. ВИТЮГИН, Т. Г. ЛЕОНТЬЕВА, В. А. ТРОФИМОВ

В практике производства железорудных окатышей вопрос о количестве вводимого в шихту перед окомкованием бентонита и о влиянии его на механические и термические свойства сырых окатышей является спорным. Так, в частности, по мнению В. И. Коротича [1], роль бентонита в комкуемой железорудной шихте сводится только к пластификации влажного дисперсного материала. С другой стороны, опытным путем установлено, что добавки бентонита определяют прочность окатышей. П. Н. Докучаев, например,-предлагает эмпирическое уравнение для расчета механической прочности окатышей в зависимости от набухаемости бентонитов [2].

В настоящей работе исследовалось влияние количества добавок бентонита. Махарадзенского месторождения (набухаемость 2,8, полная влажность набухания 117°/0, скорость набухания 0,023 мм/мин, общий состав обменно-поглощающего комплекса 89,6-3 мг-экв.) на механическую прочность и термическую стойкость сырых железорудных окатышей.

В качестве основного объекта исследования использовали производственные пробы магнетитового концентрата, крупностью менее 0,1 мм, с фабрики окомкования Соколовско-Сарбайского горнообогатительного комбината, с содержанием общего железа 66,7%. Опытные шихты представляли собой смеси магнетитового концентрата и бентонита в количестве от 0 до 5%. С целью получения максимально однородной смеси перемешивание компонентов производили в сухом состоянии, а затем шихту увлажняли до оптимальной рабочей влажности окомкования,

рассчитанной по формуле Ц7°п ММВ ^ Окатывание сырой шихты

К

производили на лабораторном тарельчатом грануляторе с диаметром

тарели 1000 мм, высотой борта 100 мм, при угле наклона тарели 45° и окружной скорости 0,8 м/сек. Свежеприготовленные окатыши исследовались на термическую стойкость и механическую прочность, на раздавливание и число сбрасываний с высоты 300 мм., по методикам, принятым па фабриках окомкования. Обожженные при температуре 1200°С окатыши характеризовались прочностью на раздавливание (в кг/окатыш). Термическую стойкость определяли по температуре начала трещино-образования и по температуре полного взрывообразного разрушения структуры окатышей — «шока».

Для этого партии свежих окатышей помещали в муфельную печь, нагретую до определенной температуры (постоянной), и выдерживали в печи в течение 7 мин. После выдержки в печи окатыши рассматривались под восьмикратным увеличением для установления наличия трещин. Температуру печи последовательно повышали с интервалом в 25° С До тех пор, пока не возникали явления трещинообразования и «шока». Для каждого из последовательных испытаний использовали свежую партию окатышей.

Результаты исследований представлены в табл. 1 и на рис. 1 и 2.

/7лГ

Рис. 1. Влияние добавок бентонита на прочностные свойства сырых окатышей: 1—число сбрасываний

Рис. 2. Влияние количества бентонита на термостойкость железорудных окатышей: 1 —-из м ей ени е темпер а тур ы «иго -ка»; 2 — изменение температуры трещинообразования

Из рис. 1-1 видно, что с увеличением добавки бентонита механическая прочность сырых окатышей на раздавливание растет до определенного предела, затем резко снижается. Максимальное значение раздавливающей нагрузки приходится на интервал добавки 1—2°/о- Число сбрасываний ( до появления трещин) с увеличением добавляемого бентонита (рис. 1-2) непрерывно повышается. Окатыши становятся более пластичными и при сбрасывании претерпевают лишь пластические деформации без заметного нарушения структуры.

Из рис. 2-2 видно, что кривая температуры трещинообразования с увеличением добавки бентонита монотонно снижается. Температура «шока» (рис. 2-1) несколько повышается с увеличением количества бентонита в шихте, но лишь до предела 1—2%, а затем снижается. Максимум температуры «шока» приходится на интервал добавки бентонита 1-2%.

Как видно из табл. 1, прочность на раздавливание обожженных окатышей, изготовленных из чистого концентрата, является максималь-

Ю1

Таблица 1

Расчетная оптимальная влажность окомкования шихт и прочность обожженных окатышей

№ п/гт. Добавка бентонита, % Влага w р, % Прочность на раздавливание окатышей, обожженных при 1200°С, кг 1 окатыш

1 0 6,90—7 10 300

2 0,5 7,20—7,36 240

3 1 7,80-7,90 200

4 1,5 8,05—8,28 200

5 2 8,77 200

6 2,5 9,27 180

7 3 9,56—9,6 160

8 5 9,9—10,25 140

ной, в то же время прочность сырых, как видно из рис. 1,— наименьшая. С увеличением количества добавляемого бентонита в шихту прочность обожженных окатышей снижается.

Обсуждение результатов

Экстремальный характер нарастания механической прочности на раздавливание сырых окатышей можно объяснить следующим образом. При небольших количествах (до 2%) добавка бентонита способствует упрочнению окатышей за счет образования и развития пространственных коагуляционных структур в поровых суспензиях. При этом повышается как пластичность структуры, так и сопротивление сдвигу. Нарастание прочности окатыша при дальнейшем увеличении добавки бентонита ограничивается недостатком свободной, капиллярной воды в структуре окатышей и соответствующей этому неполнотой набухания бентонита. Очевидно, добавка бентонита в количественном отношении должна строго согласовываться с влажностью железорудного концентрата. Именно по этой причине интервал оптимального количества бентонита, присаживаемого к концентрату, колеблется в довольно широких пределах (1—2%) • Существенную роль при этом играет степень набухаемосл и и динамики набухания бентонита. Другими словами, оптимальное количество бентонита может быть установлено лишь при обязательном учете количества свободной (капиллярной) воды в комкуемой шихте, степени набухаемости и скорости набухания бентонита. Последний фактор особенно важен, так как время контакта бентонита с влажным концентратом строго ограничено технологическим режимом и аппаратурным оформлением процесса окомкования железорудных концентратов, а скорость набухания бентонита зависит как от качества его, так и от ионного состава поровой жидкости.

В прямой взаимосвязи с механической прочностью находится и температура «шока», кривая которой (рис. 2-1) носит подобный характер, хотя и с менее выраженным максимумом.

Постепенное снижение температуры трещинообразования (кривая рис. 2-1) сырых окатышей с увеличением количества добавляемого бентонита от 0 до 5% обусловлено известным фактом нарастания усадочных деформаций капиллярно-пористой структуры окатышей при повышении гидрофильности и дисперсности комкуемой системы.

Снижение прочности на раздавливание обожженных окатышей с увеличением количества вводимого бентонита (табл. 1) можно объяснить

тем, что попадая в места возможного контакта частиц концентрата, частицы бентонита препятствуют образованию в этих участках прочных гематитовых связей.

ЛИТЕРАТУРА

1. В. И. Коротич. Теоретические основы окомкования железорудных концентратов. Металлургиздат, 1965.

2. П. Н. Докучаев. Исследование влияния добавок бентонита и извести на окомкование мелкозернистых железорудных концентратов. Канд. диссерт. г. Рудный,

1968.

3. В. М. В и т ю г и н, П. Н. Д о к у ч а е в, А. С. Б о г м а. Расчет оптимальной влажности материалов перед гранулированием.— Изв. вузов, «Черная металлургия», № 8,

1969.