Неорганические и органические связующие добавки

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Введение

Неорганические связующие добавки

Органические связующие добавки

Физические характеристики связующих добавок

Химические характеристики связующих добавок

Реологические свойства связующих добавок

Список используемой литературы

Введение

Для улучшения процесса окомкования шихты и придания необходимых свойств сырым окатышам, в шихту вводят определенное количество связующих добавок. В качестве связующих добавок используют неорганические и органические вещества. Неорганическими связующими добавками в промышленности являются бентонитовые глины (природные и модифицированные), негашеная или гашеная известь (СаО или Са (ОН₂)). В качестве органических связующих добавок используют натрий карбоксиметилцеллюлозу, «Перидур», технический лигносульфонат, сульфитно-спиртовую барду.

Количество бентонитовой глины в шихте составляет 0,5-1,0%, извести - 2-5%. Количество органических связующих добавок в шихте 0,05 - 0,1%, т.е., на порядок ниже, чем бентонитовой глины. Основной составляющей бентонитовых глин является монтмориллонит ().

В качестве связующего на всех отечественных окомковательных фабриках применяют щелочной бентонит. В связи с тем, что в настоящее время разведано и эксплуатируется единственное месторождение щелочного бентонита (Сарыгюхское) и его транспортируют на большие расстояния, проведены лабораторные, полупромышленные и промышленные испытания местных заменителей щелочного бентонита, таких как щелочноземельный бентонит, нонтронит, мергель и др.. Кроме того, в связи с тем, что бентонит вносит в окатыши оксид кремния, проводят испытания связующих добавок с минимальным его содержанием или вообще без него: известь, органические вещества.

Работы по исследованию возможности замены бентонита известью и сталеплавильными шлаками в процессе окомкования начали проводиться сравнительно давно и ведутся до настоящего времени. Однако известь нашла практическое применение, как связующая добавка, вместо бентонита, только в странах Латинской Америки, что объясняется общеизвестными причинами. Однако ни один из испытанных заменителей бентонита не внедрен по разным причинам в отечественное промышленное производство окатышей.

Неорганические связующие добавки

При производстве окатышей в качестве упрочняющей добавки применяются почти исключительно бентонитовые глины (в количестве 0,5-1,2% от массы шихты), измельченные до крупности 75 - 90%-0,075 мм. Вместо бентонитовых глин на некоторых зарубежных фабриках применяются гашеная известь в количестве 1,25% («Колима»), сульфат железа («Фалун маинс», «ЛКАБ-Кируна»), глауберова соль («Отанмяки»), хлористый кальций («Кобэ сэйко»), лотарингская руда («Клабек»), На фабрике «Уобуш», где концентрат стали измельчать сухим способом, расход бентонита сократился на 1,5 кг/т. На фабриках, работающих на рудах, бентонит не применяется.

В настоящее время известно до 40 глинистых минералов. К ним относятся прежде всего каолинит, галлуазит, гидрослюда, монтмориллонит, хлорит, вермикулит. В глинах часто содержится некоторое количество так называемых неглинистых минералов - кварца, кальцита, пирита, полевого шпата, а также растворимые в воде соли. Для глинистых минералов характерно, что они всегда содержат воду. Бентонитовые глины характеризуются высоким содержанием кремнезема и глинозема (табл. 1). Кажущаяся плотность бентонитов не превышает 1,8 г/см³. Истинная плотность бентонитов снижается при увеличении количества адсорбированной воды и колеблется в пределах от 2,2 до 2,7 г/см³.

Главнейшими слагающими минералами бентонитовых глин являются монтмориллонит, сапонит, нонтронит, бейделит и некоторые другие. В большинстве случаев ведущее место занимает монтмориллонит. Поэтому бентонитовые глины часто называют монтмориллонитовыми, а слагающие их минералы - минералами монтмориллонитовой группы.

Таблица 1. Химический состав, набухаемость и бетонитовое число бетонитовых глин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Бентонитовые глины встречаются в природе серого, желтого, зеленого, синего, бурого, розового, белого и других цветов. Например, бентонитовые глины Саригюхского месторождения - голубоватого цвета, Огланлинского - серого, Гумбрийского- серого, розового и беловатого.

Зарубежные бентониты обычно именуются по названию местности, где расположены месторождения: «флоридин», «изарит» и т. д. В СССР также встречаются подобные названия бентонитовых глин, например «гумбрин» от Гум1бри (Грузинская ССР).

Бентонитовые глины широко применяются во многих отраслях промышленности и в сельском хозяйстве. Наиболее крупные потребители бентонитовых глин - производство окатышей, литейное и бумажное производства, буровая техника, химическая и мыловаренная промышленность. Бентонитовые глины применяются также для ликвидации фильтрации воды в грунт из водоемов и ирригационных каналов.

Большая заслуга в деле изучения и внедрения отечественных бентонитов в различные отрасли промышленности принадлежит С. С. Филатову и М. С. Мерабишвили (Кавказский институт минерального сырья - КИМС). Технологические свойства бентонитовых глин изучались в институтах «Уралмеханобр», НИИКМе и на ССГОКе.

Бентонитовых глин в народном хозяйстве требуется все больше и больше. Однако крупные месторождения высококачественных бентонитовых глин встречаются редко. Мощность пластов бентонитовых глин на месторождениях не превышает трех метров.

Структура монтмориллонитовых минералов, являющихся основной составляющей бентонитовых глин, до сих пор плохо изучена, так как эти минералы встречаются в виде очень мелких частиц, в которых не удается получить рентгенодифракционных картин от монокристаллов. Структуру монтмориллонитовых минералов изучают по порошковым рентгенограммам методом сопоставления с другими, лучше изученными минералами.

Предложено несколько построений структуры монтмориллонитовых минералов. В настоящее время более принята структура, основные положения которой были впервые высказаны в 1933 г. Гофманом, Энделлом и Вильмом, а позднее (1935 г.) Маршаллом. Согласно их взглядам, структура монтмориллонита слагается двумя листами кремнекислородных тетраэдров, разделенными листом алюмокислородных октаэдров. Все вершины тетраэдров повернуты к центру слоя. Вершины тетраэдров каждого кремнекислородного листа образуют общий слой. Эти слои бесконечны в направлении оси В и накладываются один на другой в направлении оси С (рис. 1).

Рис 1. Схема структуры монтмориллонита

Характерная особенность монтмориллонитовой структуры заключается в том, что молекулы воды и других полярных жидкостей могут входить в межслоевые пространства, вызывая увеличение параметра решетки в направлении оси С (от 9,6 А при отсутствии молекул воды между слоями - вплоть до полного разделения слоев). Между слоями и вокруг них находятся также адсорбированные катионы щелочных и щелочноземельных металлов - натрия, калия, кальция и магния. В зависимости от преобладания тех или иных катионов глины называют либо щелочными, либо щелочноземельными. При отсутствии воды между слоями межплоскостные расстояния по оси С в некоторой степени зависят и от размеров межслоевых катионов. Толщина водных слоев зависит от природы катионов: если натрий, то 12,5 А; если кальций, то около 15,5 А.

В монтмориллонитовой структуре наблюдаются различного рода замещения: кремний в тетраэдрической координации замещается алюминием и, возможно, фосфором; алюминий в октаэдрическом элементе - магнием, железом, цинком, никелем и литием и т. д. Структура, образовавшаяся при частичном замещении кремния в кремнекислородных тетраэдрических сетках кристаллической решетки монтмориллонита Al₂(OH)₂-Si₄Oi₀- * n H₂O алюминием, характерна для бейделита Al₂(OH)₂ [AlSiO₉(OH)] -nН₂0; при полном или почти полном замещении алюминия в октаэдрах железом образуется структура ноптронита Fe₂ (OH)₂-Si₄O₁₀ nН₂0, а при замещении алюминия магнием - структура сапонита Mg₃(Si₄O₁₀) (OН)₂- nН₂0.

Монтмориллонит встречается преимущественно в виде равноразмерных чрезвычайно тонкодисперсных чешуек (рис. 2) и волокон, размеры которых соответствуют коллоидным. Например, размер чешуек пыжевского монтмориллонита равен 0,02 - 0,3 мкм, черкасского 0,03 - 0,3 мкм, курцевского 0,03 -0,2 мкм, махарадзенского 0,02-0,15 мкм. Размеры поверхности частиц, вероятно, от 10 до 100 раз превышают их толщину.

Теоретическая удельная поверхность монтмориллонита, диспергированного почти до размеров элементарных ячеек, равна 8* 10⁶ см²/г.

В природном виде глины состоят преимущественно из нескольких минералов, образуя смеси. Чистые монтмориллонитовые глины-редкое явление в природе.

Pис. 2. Электронная микрофотография монтмориллонита из округа Явапаи (штат Аризона, США)

Расход бентонитовой глины самого высокого качества (с набухаемостью 15-20 раз) составляет 0,5% от массы сухой шихты. Более низкие сорта глин приходится расходовать в большем количестве. Однако и в этом случае их расход не должен превышать 1,0%, так как добавка в шихту пустой кремнеземистой породы, какими являются эти глины, требует соответствующего увеличения расхода известняка на офлюсование. Все это заметно снижает содержание железа в готовых окатышах и поэтому нежелательно. В связи с этим низкокачественные глины перед введением в шихту подвергаются активации с целью повышения их способности диспергировать во влажной среде. Следует сказать, что эффект от применения глин низких сортов будет, вероятно, одинаковым как при активации, так и при механическом измельчении (до той же дисперсности, которую глина приобретает в процессе активации и набухания). Однако механическое измельчение глин до такой крупности будет стоить слишком дорого.

В последнее время в отечественной практике в качестве связующего материала при производстве окатышей используют бентонит. Однако он сравнительно дорогой материал, поскольку месторождения его часто удалены от мест использования. Целесообразность изыскания заменителей бентонита в шихте окомкования обусловлена также высоким содержанием в нем двуокиси кремния (до 60%), снижающей содержание железа в окатышах для доменной плавки. Поэтому сейчас проводятся исследовательские работы по замене бентонита гашеной и негашеной известью.

Основное преимущество извести по сравнению с другими видами упрочняющих и связующих веществ - широкое распространение известняка в природе. Кроме того, известь вносит минимальное количество вредных примесей в состав рудной шихты.

Упрочняющее действие негашеной извести обусловлено ее способностью деспергировать во влажной среде на мельчайшие частицы, что сопровождается увеличением содержания связанной влаги и ростом прочности окатышей.

В процессе подготовки шихты одновременно с гашением извести обезвоживается железорудный концентрат, шихта подсушивается, благодаря чему уменьшается отрицательное влияние зоны переувлажнения. В то же время добавка извести в шихту может значительно повысить ее газопроницаемость и способствует ее озернению при смешивании и окомковании.

Среди неорганических безбаластных связующих надо отметить известь и металлургические шлаки. Работы по исследованию возможности замены бентонита известью и сталеплавильными шлаками в процессе окомкования начали проводиться сравнительно давно и ведутся до настоящего времени. Однако известь нашла практическое применение, как связующая добавка, вместо бентонита, только в странах Латинской Америки, что объясняется общеизвестными причинами.

В смесях окислов железа с гашеной известью происходят реакции взаимодействия между ними с плавлением Ca(OH)₂ до дегидратации последнего, в результате чего происходит упрочнение окатышей.

Наличие в извести тонкодисперсных частиц крупностью 0,02-0,5 мкм придает ей пластичность и способность образовывать известковое тесто, обладающее свойствами коллоидных систем. Чем активнее известь и чем полнее она погашена, тем выше ее водопоглощающая способность и пластичность. Гашеная известь адсорбирует на своей поверхности большое количество воды, образуя мицеллы, которые представляют собой кристаллиты (CaOH)₂ и могут удерживать до восьми молекул воды.

Образующееся при взаимодействии Ca(OH)₂ с водой известковое тесто является непрерывно кристаллизующимся гелем, т. е. для извести коллоидное состояние является неустойчивым, так как система стремится уменьшить поверхностную энергию и перейти в кристаллическое состояние. Это свойство извести способствует упрочнению окатышей. Кроме того, гидрат окиси кальция растворим в воде; из раствора он адсорбируется на поверхности тонких железорудных частиц. В результате хемосорбционной реакции взаимодействия между Ca(OH)₂ и железорудным материалом повышаются адгезионные свойства системы и увеличивается прочность контактов между фазами, что также способствует упрочнению окатышей.

Первые опыты по использованию извести при производстве окатышей были проведены в Швеции. Добавление извести в количестве 5% к высококачественному магнетитовому концентрату привело к значительному повышению прочности окатышей на сжатие

Исследования, проведенные фирмой «Lurgi» («Лурги») по изучению влияния на прочность окатышей различных добавок, в том числе гашеной извести, показали, что добавка обожженной или гашеной извести всегда ведет к повышению прочности сухих окатышей. В качестве исходных железорудных материалов были использованы гематитовый концентрат предприятия Марампа (Сьерра-Леоне) и итабиритовая руда (Бразилия). Концентрат содержал 63,6% Fe; 5,5% SiO₂ и 0,1% CaO; руда - 64,5% Fe; 4,4% SiO₂ и 0,3% CaO.

Окатыши изготовляли без добавки флюса и с добавкой 0,5; 3,0; 5,0 и 7,0% гашеной извести с удельной поверхностью 10 тыс. см²/г и 0,5% бентонита.

Опыты показали, что прочность окатышей после сушки быстро увеличивается с ростом основности. Это можно объяснить усадкой и твердением гашеной извести и образованием известковых мостков при нагреве окатышей, а также частичной карбонизацией и цементацией извести при нагреве. Так, при основности 0,5 прочность высушенных окатышей составляет 5-6, а при основности 1,2 9-10 кг/окатыш. Следует учитывать, что гашеная известь имеет хорошо развитую поверхность, что в свою очередь оказывает положительное влияние на прочность.

Анализ зависимости прочности обожженных окатышей от основности и гранулометрического состава показал (рис. 3), что при испытании в барабане ASTM выход класса минус 5 мм снижается с увеличением основности и содержания класса минус 0,044 мм в рудном материале.

Рис. 3. Зависимость прочности окатышей из руд месторождения Итабира (а) и концентрата фабрики Марампа (б) при испытании в барабане от основности (цифры у кривых - содержание класса минус 0,044 мм в шихте, %.)

Добавление извести является важным фактором управления качеством окатышей.

На рис. 4 представлена зависимость разбухания от основности (добавки извести), а на рис. 5 и 6 - влияние извести на прочность при низкотемпературном восстановлении и после восстановления. Данные, представленные на рисунках, подтверждают положительное влияние извести на свойства окатышей. Добавление извести является важным фактором управления качеством окатышей.

На рис. 5 представлена зависимость разбухания от основности (добавки извести), а на рис. 5 и 6 - влияние извести на прочность при низкотемпературном восстановлении и после восстановления. Данные, представленные на рисунках, подтверждают положительное влияние извести на свойства окатышей.

Рис. 4. Зависимость разбухания окатышей фабрики в Тубаране от их основности

Рис. 5. Зависимость разрушения окатышей при низкотемпературном восстановлении от основности: 1 - выход класса плюс 6,3 мм, %; 2 - то же, класса минус 0,5 мм, %

Фирма «Pickands Mather» («Пикандз Мазер») в течение 10 лет ведет исследования по использованию гашеной извести вместо бентонита. Опыты на установке по изготовлению окатышей с известью, проведенные на магнетитовых и гематитовых концентратах с удельной поверхностью 1500 и 1700 см²/г соответственно, не были успешными и в настоящее время в промышленном масштабе в США и Канаде известь не применяют.

В СССР возможность применения извести вместо бентонита для упрочнения железорудных окатышей исследована Воронежским государственным университетом. Опыты по окомкованию магнетитовых концентратов с использованием негашеной извести в качестве связующего были проведены на опытной установке комбината «КМАруда».

Установлено, что крупность измельченной извести должна составлять не менее 90% класса минус 0,1 мм. Наиболее эффективным является использование быстрогасящейся извести 1 сорта, содержащей не более 5% MgO, так как окись магния в обычной извести находится в виде трудногасящейся крупнокристаллической разности. При использовании негашеной извести возможно окомкование концентратов повышенной влажности, так как влажность его снижается на 0,5-0,6% на каждый 1% вводимой извести.

Для обеспечения достаточно высокой прочности сырых окатышей расход извести должен составлять 3-7% в зависимости от ее качества.

В опытах на полупромышленной установке из шихты, содержащей 93% магнетитового концентрата и 7% извести (по сух. массе), были получены сырые окатыши диам. 18-20 мм прочностью на сжатие до 5 кг/окатыш, на сбрасывание с высоты 300 мм 6-9 раз.

Исследования показали возможность замены бентонита негашеной известью, которая повышает комкуемость шихты и прочность сырых окатышей. Необходимым условием является полное гашение извести в процессе подготовки шихты к окомкованию.

В промышленном масштабе использование извести в качестве связующего получило распространение на окомковательных фабриках Бразилии.

Бразильская фирма «Vale-do-Rio-Doce» («Ва-ле-ду-Рио-Доси») одна из первых в мире начала использовать на окомковательной фабрике в Тубаране гашеную известь вместо бентонита.

Рис. 6. Зависимость прочности окатышей после восстановления от основности

Специалисты фирмы считают, что экономические преимущества использования гашеной извести очевидны, так как она дает возможность получения окатышей с высокими металлургическими свойствами, однако для их реализации требуются жесткий контроль физических свойств сырых материалов и строгое соблюдение технологии.

На окомковательной фабрике в Тубаране, оборудованной обжиговыми конвейерными машинами площадью 278 и 430 м², окатыши производят из «голубой пыли» и гематитового концентрата фабрики в Кауэ. Смесь после измельчения имеет крупность 1400-1450 см²/г, влажность после обезвоживания 8-8,5%. К кеку добавляют гашеную известь в таком количестве, чтобы средняя квартальная основность была не менее 0,6. Обжиг окатышей ведут при температуре 1300 ⁰C. Удельная производительность машин находится на уровне 0,9 т/(м²«ч); потребление тепла на упрочнение окатышей - около 330 тыс-ккал/т.

В настоящее время фабрика производит окатыши двух типов, предназначенные для доменного производства и прямого получения железа. У окатышей для доменного производства каждые 2 ч определяют показатели физических свойств, показатели металлургических свойств и химический состав - ежесуточно.

Средние данные о свойствах окатышей приведены ниже:

Органические связующие добавки

окатыш органический связующий добавка

Большой интерес у нас и за рубежом проявляют к применению органических связующих веществ вместо бентонита. Органические добавки в процессе обжига окатышей практически полностью выгорают, что увеличивает содержание железа в готовом продукте на 0,6 - 0,8% в зависимости от состава шихты, степени офлюсования окатышей и расхода бентонита в сравнительной партии окатышей.

Органическая добавка для производства окатышей должна быть в порошкообразном состоянии (в жидком виде добавка нетехнологична, так как железорудный концентрат часто содержит избыточную влагу), хорошо растворяться в воде и обладать клеящими свойствами. Этим требованиям наиболее полно отвечает продукт, полученный из целлюлозы - карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ). KMЦ - это простой эфир целлюлозы и гликолевой кислоты, точное название этого вещества - натриевая соль КМЦ. Получают КМЦ путем взаимодействия щелочной целлюлозы с натриевой солью монохлоруксусной кислоты.

Промышленные эксперименты по производству окатышей с использованием органического связующего на окомковательных фабриках СНГ не проводили. За рубежом проведено несколько промышленных экспериментов, наиболее широкомасштабный осуществлен на фабрике Минорка (США, фирма Инлэнд Стил). Опытную партию окатышей 311 тыс. т производили 39 сут и израсходовали 240 т КМЦ при среднем расходе 0,77 кг/т окатышей. При этом получили положительные результаты.

Для характеристики клеящих свойств КМЦ, прямо пропорциональных силам адгезии, определяли вязкость водных растворов КМЦ, полученных в различных условиях. В связи с дефицитом этого вещества на территории СНГ (его производят всего на трех заводах: в России около 50% и на заводах Узбекистана и Азербайджана по 25%) пришлось испытывать КМЦ, произведенную в Болгарии и Венгрии. Предприятия этих стран могут быть поставщиками КМЦ в Украину.

Исследовали растворы КМЦ серийного производства химического комбината России (проба №2), опытные пробы комбината Болгарии - целлюлоза беленая (пробы №14 и 16), целлюлоза небеленая (проба №20), серийные пробы химического завода в Венгрии (пробы №12 и 13), опытную пробу завода в Венгрии (пробу №26) и бентонит СевГОКа.

Лабораторные эксперименты для определения влияния органических добавок на свойства сырых окатышей проводили на чашевом окомкователе диаметром 0,5 м при угле наклона 35 - 37° и окружной скорости 0,6 м/с. К навеске концентрата ЮГОКа массой 1 - 1,5 кг добавляли измельченную добавку, тщательно все смешивали и окатывали полученную шихту при необходимом увлажнении в течение 5 мин. Из образовавшихся окатышей отбирали 30 шт. крупностью 10- 13 мм, из них 10 окатышей испытывали на раздавливание в исходном состоянии (I), 10 - после сушки при 110 ⁰C через 60 мин (II) и 10 - после полного высыхания через 150 мин (III) (таблица).

Таблица 2. Прочность окатышей с добавкой связующих

**Числитель - время окатывания 5 мин; знаменатель - время окатывания 12 мин.

Данные таблицы показывают эффективность применения КМЦ вместо бентонита при значительно меньшем ее расходе (примерно в 10 раз). Согласно методике [5], критерием пригодности сырых окатышей для дальнейшего обжига является прочность сухих окатышей 25 - 30 Н/окатыш. Данные таблицы о влиянии бентонита показывают необходимость его добавки в количестве не менее 1,5 - 1,8%, что соответствует его фактическому расходу на многих окомковательных фабриках СНГ. Добавка 0,15% КМЦ с наиболее низкой вязкостью не обеспечивает достаточной прочности сухих окатышей. Наибольший интерес представляет совместная добавка КМЦ и бентонита. Нормальная прочность окатышей при такой технологии получается при расходе КМЦ 0,05%, или 0,5 кг/т окатышей. Некоторый эффект увеличения прочности сухих окатышей дает небольшая добавка в шихту соды технической (см. таблицу). Из зарубежного опыта также известно о полезности добавки соды к КМЦ.

Процесс обжига окатышей, содержащих КМЦ, не требует каких-либо новых технологических параметров. В наших работах детальных экспериментов не проводили, несколько опытов с обжигом не показали различий в физических свойствах окатышей. По зарубежным данным, обожженные окатыши, полученные с использованием КМЦ, обладают лучшими физическими свойствами: повышенными открытой пористостью и восстановимостью.

Экспериментальные данные подтверждают целесообразность замены бентонита на КМЦ при расходе ее 0,5 - 1,0 кг/т окатышей. Наиболее эффективно применение КМЦ совместно с бентонитом. Препятствиями к осуществлению такой технологии являются дефицит КМЦ в наших условиях и ее высокая стоимость. Необходимо совместно с химиками-органиками усовершенствовать технологию получения КМЦ, используя наиболее дешевую целлюлозу, полученную из лиственных пород древесины (пробы КМЦ №14 и 16), или небеленую целлюлозу (проба КМЦ N° 20).

Влиять на дефицит КМЦ в странах СНГ, т.е. увеличить ее производство на химических комбинатах, металлурги не могут. В связи с этим предлагается организовать ее производство в необходимых масштабах (для среднего ГОКа 2-3 т/ч) непосредственно на окомковательной фабрике в отделении подготовки бентонита. Проектные проработки показывают, что для технологической линии по производству КМЦ заданной производительности необходимо соорудить металлоконструкцию типа "этажерка" размером в плане б х 9 м, высотой 15 м с четырьмя перекрытиями для установки необходимого химического оборудования.

Полученную на технологической линии КМЦ можно смешивать с бентонитом и направлять полученную смесь в мельницу, предназначенную для помола бентонита. Совместный помол упрощает дозировку и смешивание комплексной связующей добавки, состоящей из КМЦ и бентонита.

Проведенные эксперименты и анализ работ по применению органических добавок для производства железорудных окатышей показывают реальную возможность использования карбоксиметилцеллюлозы в качестве полного или частичного заменителя бентонита.

Для упрощения подготовки, дозирования и смешивания КМЦ с остальными компонентами окомковательной шихты рекомендуется совместное использование КМЦ и бентонита. Содержание КМЦ в шихте может составлять 0,05 - 0,1%, а бентонита - 0,4 - 0,8%. В итоге расход бентонита составит 5-10 кг/т окатышей (против существующих в Украине 14-19 кг/т), а расход КМЦ - 0,5-1,0 кг/т окатышей. Содержание железа в окатышах при такой технологии возрастает на 0,4 - 0,5%, восстановимость окатышей - на 30%. Благодаря этому экономия кокса в доменном производстве должна составить 5 - 6 кг/т чугуна.

Связующими, не снижающими массовую долю железа в обожженных окатышах, могут быть некоторые органические вещества, к которым относятся полимеры с большим количеством активных функциональных групп.

В качестве связующих добавок испытан ряд растворимых и нерастворимых органических веществ. Однако добавки, содержащие такие вещества, как сахара, декстрин, растительные клеи и другие, не обеспечивают качества окатышей, получаемых с помощью бентонита.

Нидерландская фирма "Акзо Пластике" разработала серию органических полимеров на основе целлюлозы и природных полиэтиленов, используемых в качестве связующего при окомковании. Эти полимеры фирма выпускает в промышленном масштабе под торговым названием "Перидур". Некоторые виды перидура испытаны не только для окускования железорудных концентратов, но при окомковании хромита, флюорита, окиси никеля и др. По своим свойствам перидур аналогичен высококачественному бентониту типа месторождения Вайоминг.

Как показали лабораторные исследования, оптимальный расход перидура при производстве окатышей составляет 0,15% от массы шихты. При промышленных испытаниях установлено, что окатыши приемлемого качества можно получить при расходе перидура 0,05% от массы шихты.

В настоящей статье приведены результаты испытаний органического водорастворимого полимера - натриевой соли карбоксилметилцеллюлозы, в качестве связующей добавки при окомковании.

Карбоксилметилцеллюлоза - простой эфир целлюлозы и гликолевой кислоты. Наибольшее значение имеет натриевая соль карбоксилметилцеллюлозы, которая, как и карбоксилметилцеллюлоза, представляет собой белое твердое волокнистое или порошкообразное вещество с насыпной массой 400-800 кг/м³. Наиболее важные для промышленности образцы данного полимера имеют степень замещения гидроксильных групп в расчете на одно элементарное звено - 0,4 - 1,2 и степень полимеризации 200-1500. Общая химическая формула: [C₆H₇O₂(Oh)₃-_X(OCh₂COONA)_x].

Растворы натриевой соли карбоксилметилцеллюлозы в воде характеризуются высокой вязкостью. При добавлении низкомолекулярной фракции к раствору высокомолекулярной фракции вязкость уменьшается, несмотря на увеличение концентрации полимера. В водном растворе данный полимер является полиэлектролитом.

При нагревании натриевая соль карбоксилметилцеллюлозы практически полностью разлагается до CO₂ и H₂O с образованием небольшого количества карбоната натрия и его дальнейшим разложением.

Данный полимер производится на целлюлозной основе. В связи с тем, что основное сырье- целлюлоза имеется в большом количестве, предполагается, что в будущем его стоимость, по сравнению с синтетическими полимерами, будет умеренной. Преимущество связующего этого типа заключается в том, что оно не токсично и продукты высокотемпературного обжига практически полностью состоят из СО2 и Н2О, не содержат элементов, которые могут снижать качество чугуна, например, серы и фосфора. Это связующее можно добавлять к концентрату, как в виде раствора, так и в сухом виде.

Исследования проводились с натриевой солью карбоксилметилцеллюлозы со степенью замещения 0,85 и степенью полимеризации 600, длинные цепочки молекул которой содержат большое количество активных функциональных групп.

Окатыши получали на тарельчатом окомкователе диаметром 1 м. Испытуемое связующее в сухом виде добавляли к магнетитовому концентрату ЮГОКа в количестве 0,1%; 0,2%; 0,4% от массы концентрата в расчете на сухой вес. В качестве базовых служили опыты с использованием бентонита в количестве 0,8% от массы концентрата. Окатыши высушивали при температуре 100°С.

Измерялись следующие свойства окатышей:

1. Прочность сырых окатышей на сжатие.

2. Прочность сырых окатышей на удар.

3. Прочность сухих окатышей на сжатие.

4. Температура шока.

5. Кассовая доля влаги.

Результаты экспериментов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Свойства сырых и сухих окатышей

Данные таблицы свидетельствуют, что с увеличением количества добавки полимера оптимальная влажность окатышей значительно повышается с одновременным снижением температуры шока. В то же время температура шока у окатышей с добавкой 0,1% полимера значительно выше, чем в базовых окатышах с 0,6% бентонита. Несмотря на высокие показатели прочности на удар, деформация формы под нагрузкой у окатышей с 0,1-0,2% полимера незначительна. Прочность сухих окатышей с 0,2% полимера и 0,8% бентонита примерно одинакова, но при сушке оба типа окатышей проходят стадию пониженной прочности, которая является более важной, чем показатели прочности сухих окатышей. В этом интервале показатели у окатышей с 0,2% полимера выше, чем у окатышей с 0,8% бентонита.

Физические характеристики связующих добавок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Химические характеристики связующих добавок

Реологические свойства связующих добавок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Список используемой литературы

1. Журавлев Ф. M., Мерлин А. В., Федоров О. Г. и др. // Металлург. 1987. №4. С. 16- 18.

2. Савельев С. Г., Чижикова В. М. Связующие добавки в процессе окускования железорудного сырья (Сер. Подготовка сырьевых материалов): Обзор, информ. / Ин-т "Чермет-информация". - M.: 1986. Вып. 1. 30 с.

3. Shuslerich F. L. // Skilling's Mining Rev. 1985. July. P. 6.

4. Пожидаева Э. Ю., Равенский И. И., Попович 3. П. и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. 1984. №2. С. 13 - 15.

5. Ровенский И. И.. Овчаренко П. П. //Обогащение руд. 1963. №1. С. 18-20.

6. Haas L. A., Aldinger J. A., Zahl R. К. //Report of Investigations. 1989. V. 9230. P. 1 - 21 (Library of Congress Cataloging).

7. Бережной Н.Н., Булычев В.В., Костин А.И. Производство железорудных окатышей. - М.: Недра, 1977. -240с.

8. Ручкин И.Е. Производство железорудных окатышей. - М.: Металлургия, 1976. - 184с.

Размещено на Allbest.ru