СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ
METHOD TO PREPARE IRON ORE FOR METALLURGICAL PROCESSING

Изобретение относится к окускованию полезных ископаемых и служит для подготовки железной руды к металлургической переработке.
Известен «Способ подготовки шихтового материала в виде брикетов к плавке» (патент RU №2154680 от 05.03.1999), включающий смешивание предварительно подготовленных железосодержащих отходов металлургического производства с тонко измельченным углеродосодержащим материалом в количестве 15-60% по углероду от массы отходов и связующим, обработку полученной смеси водным раствором жидкого стекла, прессование и последующую сушку. В качестве связующего используют механическую смесь - суглинка, глины или полевого шпата и карбоната натрия. Причем смесь подвергают совместному размолу до фракции 0,85 мм и менее.
Недостатками способа является то, что получаемые брикеты сложны в изготовлении из-за сложного состава шихты, дорогостоящи из-за необходимости размола до 0,85 мм, разубожены по железу из-за введения в состав шихты достаточно большого количества неорганических и не содержащих железа компонентов.
Известен способ получения железорудных окатышей (В.Е.Лотош, А.И.Окунев. «Безобжиговое окускование руд и концентратов». М.: «Наука», 1980, стр.87) со связующими веществами на основе доменных шлаков, портландцемента и комплексной добавки, состоящей из хлоридного железа и соляной кислоты.
Недостатки способа заключаются в необходимости длительного твердения окатышей во влажной атмосфере, что существенно усложняет технологию их изготовления, кроме того, происходит разубоживание окатышей по железу из-за использования доменных шлаков и портландцемента.
Известен «Способ получения шихты из порошков-сплавов на железной основе» (Патент RU №2190669, опубл. 10.10.2002), включающий введение связующего в порошок, перемешивание компонентов и формование брикетов. В качестве связующего используют отработанный раствор серной кислоты концентрацией 0,5-5,0%.
Недостатки способа в том, что брикеты получаются с низкими физико-механическими свойствами.
Известен способ подготовки железной руды к переработке (Равич Б.М. Брикетирование руд. М.: Недра, 1982, стр.5-6, 20, 24-25), принятый за прототип. Способ включает дозирование, смешивание и брикетирование, осуществляемое методом прессования, при этом крупность исходного сырья составляет до 6 мм, а в качестве связующего используют различные материалы (органические и неорганические), например сульфитно-спиртовую барду.
Недостатки способа заключается во внесении в брикеты существенного количества серы, сравнительной сложности процесса из-за необходимости предварительного нагрева.
Техническим результатом является повышение прочностных свойств брикетов при сохранении в них высокого содержания железа.
Технический результат достигается тем, что в способе подготовки железной руды к металлургической переработке, включающем дозирование, смешивание и брикетирование, осуществляемое методом прессования с использованием связующего, сушку, исходную железную руду рассеивают на классы крупности и для брикетирования используют класс мельче 5 мм, в качестве связующего используют серную кислоту в количестве 0,5-5 мас.% и дорзин в количестве 5-20 мл на тонну шихты, а полученные брикеты сушат при температуре 30-140°C.
Перед рассевом железная руда может быть раздроблена до крупности 20 мм.
Серная кислота может быть использована в концентрации, обеспечивающей влажность шихты 8-12%.
Для окускования методом брикетирования используют класс мельче 5 мм. Если использовать материал крупнее 5 мм, то снижается прочность брикетов, если мельче 5 мм, растут затраты на дробление, а прочность брикетов не увеличивается.
Серная кислота позволяет образовывать с карбонатами гипс, который выступает как самотвердеющее связующее, позволяющее получить достаточно прочные брикеты. При этом количество серной кислоты, добавляемой в шихту, зависит в основном от содержания карбонатов. Если количество карбонатов в руде не менее 0,5-1%, то оптимальной является добавка кислоты в стехиометрическом по отношению к карбонатам, содержащимся в железной руде, соотношении. Если карбонатов меньше, то прочность брикетов падает и тогда требуется большее количество кислоты, при этом в реакцию будут вступать окислы и гидроокислы железа, образуя сульфаты железа, которые выступают в роли связующего. Количество кислоты менее 0,5% не обеспечивает достаточную прочность брикета, количество более 5% увеличивает количество серы в брикете, повышает коррозию аппаратуры и не повышает прочность брикета.
Дробление исходной руды до крупности 20 мм (и последующий рассев на классы) позволяет использовать класс крупности от 20 до 5 мм для, например, непосредственной металлургической переработки, т.к. данный класс является оптимальным по крупности для металлургической переработки. Класс мельче 5 мм используется в качестве шихты для брикетирования и последующего использования в металлургической переработке. Таким образом, все исходное сырье (без отходов) используется для металлургической переработки.
Серная кислота в концентрации, обеспечивающей влажность шихты 8-12%, способствует равномерному перемешиванию всех компонентов, формированию прочных структурных связей и лучшему формованию брикетов, что увеличивает прочность брикетов. Влажность смеси менее 8% затрудняет перемешивание компонентов шихты, влажность шихты более 12% избыточна, снижает формуемость смеси, понижает прочность полученных брикетов.
Добавка дорзина - фермента, полученного биотехнологическим способом, приводит к сорбции его на тонкодисперсных частицах железорудного материала. Дорзин относится к высокомолекулярным белкам, в полимерной структуре которых имеются полости, включающие гидрофобные и гидрофильные радикалы и группировки. В результате растворения дорзина в воде уменьшается поверхностное натяжение воды, т.к. дорзин обладает свойствами ПАВ и действует как гидрофобизатор. Изменение структуры воды при гидрофобизации смеси приводит к интенсивному удалению воды при ее прессовании и созданию наиболее плотной упаковки брикета, что способствует усилению молекулярного и электростатического взаимодействия между тонкодисперсными частицами (т.е. сильному цементирующему действию в процессе последующего прессования). За счет особенностей структуры дорзина его сорбция на тонкодисперсных частицах формирует прочные водородные связи. Добавка дорзина не приводит к снижению содержания железа в брикете. Все это обеспечивает повышение прочности брикетов с сохранением высокого содержания железа в брикете. Добавка дорзина менее 5 мл на тонну шихты не позволяет повысить прочность, плотность и водостойкость брикета, добавка дорзина более 20 мл/т шихты не повышает прочность, плотность и водостойкость брикета (получено экспериментально).
Сушка при температуре 30-140°C позволяет повысить прочность брикетов, особенно в случае, когда карбонатов в руде меньше 0,5-1% и в качестве дополнительного связующего выступает сульфат железа. Температура сушки меньше 30°C не позволяет получить достаточно прочные брикеты. Температура выше 140°C не повышает прочности брикетов, а затраты на сушку растут. Чем больше в исходной руде карбонатов и чем большее количество дорзина добавляют к шихте, тем меньшая температура сушки требуется.
Способ осуществляют следующим образом: исходную руду либо сразу рассеивают на классы крупности, либо предварительно дробят и потом рассеивают. При этом возможны следующие варианты.
1. Руда имеет сравнительно равномерное распределение железа по классам крупности. Тогда руду дробят до 20 мм, рассеивают на классы крупнее и мельче 5 мм. Класс крупнее 5 мм используют непосредственно в металлургической переработке, например, как доменное сырье. Класс мельче 5 мм отправляют на брикетирование.
2. Железо неравномерно распределено по классам крупности (в крупных классах железа мало). Тогда из руды отсеивают класс мельче 5 мм и используют для брикетирование, а класс крупнее 5 мм отправляют в отвальные хвосты.
Брикетирование осуществляют следующим образом: отсеянный класс мельче 5 мм смешивают в типовом смесителе с 0,5-5 мас.% серной кислотой и дорзином в количестве 5-20 мл/т шихты и прессуют при давлении 50-55 МПа на валковом прессе. Затем полученные брикеты сушат в зависимости от температуры - при температуре 140°C - 1,5 часа, при температуре 30°C - 12-24 часа.
Пример. Способ проверялся на руде Яковлевского месторождения. Руда имеет железослюдково-мартитовые, мартитово-гидрогематитовые, гидрогематитовые и карбонатизированные разновидности и поэтому содержание железа в руде, в различных классах руды, а также гранулометрический состав весьма разнообразны.
Пример 1. Руда имела почти равномерное содержание железа по классам крупности. Содержание железа общего составляло 64,8%, максимальная крупность 120 мм. Руда была раздроблена до крупности 20 мм и рассеяна по классу 5 мм. Выход класса +5 мм составил 52,3%, класса -5 мм - 47,7%. Содержание железа в классе +5 мм - 63,9%, в классе -5 мм - 65,7%, содержание карбонатов в этом классе 1,6%. Давление прессования около 40 МПа. Состав шихты и прочностные свойства полученных брикетов представлены на фиг.1.
Пример 2. Руда имеет неравномерное содержания железа в различных классах крупности. Максимальный размер куска руды 145 мм. Руда была раздроблена до крупности 20 мм и рассеяна по классам +5 мм и -5 мм. Класс +5 мм имел выход 22,9%, содержание железа 30,2%; класс -5 мм - выход 69,8%, содержание железа 66,3%, содержание карбонатов в нем 0,55%. Давление прессования около 40 МПа.
Состав шихты и прочностные свойства полученных брикетов представлены на фиг.2.
Таким образом, способ позволяет получать брикеты, обладающие высокими прочностными свойствами при сохранении в них высокого содержания железа.