ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  БЕНТОНИТОВЫХ  ГЛИН  ДЛЯ  ПРОИЗВОДСТВА  ОКАТЫШЕЙ

Гордеев  Игорь  Дмитриевич

Фирсовская  Евгения  Викторовна

студенты  2  курса,  факультета  металлургический  и  машиностроительных  технологий,  СТИ  НИТУ  МИСиС, 
РФ,  г.  Старый  Оскол

Е-mail:  igorjey@gmail.com

Базарова  Маргарита  Алексеевна

Корольков  Евгений  Владимирович

студенты  4  курса,  факультета  металлургический  и  машиностроительных  технологий,  СТИ  НИТУ  МИСиС, 
РФ,  г.  Старый  Оскол

В  России  в  последнее  время  наметилось  устойчивое  стремление  увеличения  необходимости  предприятий  черной  металлургии  в  железорудных  окатышах  –  полуфабрикатах  металлургического  производства  железа.  Вместе  с  этим  растет  потребность  в  окатышах  из  богатых  концентратов,  пригодных  для  процессов  прямого  получения  железа.  Различия  данных  процессов  от  обычных  условий  восстановления  окатышей  в  доменной  печи  диктуют  особые  требования  к  окатышам,  предназначенным  для  металлизации:  однородный  гранулометрический  состав,  высокая  прочность  при  восстановлении  и  ряд  других  показателей.  В  свою  очередь,  эти  показатели  напрямую  связаны  с  процессом  шихтоподготовки,  получением  сырых  окатышей  [5].

Шихта  для  производства  железорудных  окатышей  состоит  из  железорудной  части  –  концентрата,  связующей  добавки  –  бентопорошка,  иногда  с  добавлением  полимерного  связующего  и  флюсующих  добавок  [7].

Для  того  чтобы  окатыши  соответствовали  требованиям,  предъявляемым  по  стандарту  организации,  необходимо  иметь  определенный  химический  и  гранулометрический  состав  шихты  [7].

Качество  сырых  окатышей  является  одним  из  главных  факторов,  влияющих  на  производительность  обжиговой  машины  и  качество  обожженных  окатышей.

Для  производства  качественных  окатышей  необходимо,  чтобы  комкуемость  шихты  была  достаточной  для  получения  нужной  прочности.  А  комкуемость  шихты  зависит  от  свойств,  количества  и  качества  связующей  добавки  –  бентонита.

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  [2].

В  настоящее  время  известно  до  40  глинистых  минералов  [1;  3;  4;  7].

Бентонитовые  глины  характеризуются  высоким  содержанием  кремнезема  и  глинозема.  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  [5].

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.

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.

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  [4].

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.  Кристаллическая  структура  монтмориллонита  такова,  что  вода  может  проникать  внутрь  кристаллической  решетки,  раздвигая  и  смачивая  поверхность  пластинчатых  слоев  кристаллов.  Толщина  каждого  слоя  всего  1  ммк,  в  то  время  как  у  обычных  глин  она  превышает  20  ммк.  Бентонит  содержит  много  коллоидальных  частиц  размером  меньше  0,001  мм.  Это  и  есть  причина  высокой  пластичности  бентонитовых  глин.

В  состав  бентонитов  так  же  входит  небольшое  количество  байделлита.  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.  Бентонитовые  глины  широко  применяются  во  многих  отраслях  промышленности  и  в  сельском  хозяйстве  [7].  При  увлажнении  бентониты  поглощают  воду,  увеличиваются  в  объеме  в  15...20  раз  и  образуют  гели  с  развитой  удельной  поверхностью  до  600...900  м²  /г,  которая  значительно  больше,  чем  у  других  сортов  глины.  Различают  две  основные  группы  бентонитов:  щелочные  и  щелочноземельные.  Щелочные  бентониты  также  называют  «истинными»,  обменный  комплекс  таких  глин  представлен  в  основном  ионами  Na+.  Такие  бентониты  характеризуются  высокой  набухаемостью  и  низкой  пластичностью,  а  окатыши,  полученные  с  бентонитами  этой  группы  обладают  высокой  прочностью  как  во  влажном  так  и  в  высушенном  состояниях.  Известно  так  же,  что  повышенная  жесткость  воды  ухудшает  свойства  бентонитов.  Для  оценки  пригодности  бентонитов  для  окомкования  железорудных  концентратов  используют  различные  способы.

В  процессе  окомкования  большое  значение  играют  следующие  свойства  бентонита:  набухаемость,  вязкость  суспензии  и  дзета-потенциал  бентонита.  Бентониты  удовлетворительного  качества  должны  иметь  влагу  набухания  не  ниже  200  %  и  значение  пластичности  суспензии  не  менее  200  с.

Для  процесса  прямого  восстановления  железа  важными  являются  требования  к  окатышам:  однородный  гранулометрический  состав,  высокая  прочность  при  восстановлении  и  ряд  других  показателей  [1].  В  свою  очередь,  эти  показатели  напрямую  связаны  с  процессом  шихтоподготовки,  получением  сырых  окатышей.  Не  в  полной  мере  изучены  свойства  бентонита  как  связующей  добавки,  что,  в  свою  очередь,  не  позволяет  с  достаточной  степенью  достоверности  прогнозировать  его  поведения  при  шихтоподготовке,  объективно  оценить  влияние  на  прочностные  характеристики  сырых  и  подсушенных  окатышей,  обеспечить  оптимальные  режимы  обжига  окатышей.  При  увлажнении  бентонит  интенсивно  поглощает  воду  и  образует  гели  с  чрезвычайно  развитой  поверхностью,  что  существенно  интенсифицирует  процесс  окомкования  шихты.

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))  [3].  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.  В  качестве  связующего  на  всех  отечественных  окомковательных  фабриках  применяют  щелочной  бентонит.  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  [4].  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»)  [5].

При  влажности  шихты  менее  8,0  мас.  %,  связующее  в  указанном  диапазоне  содержания  оказывает  наиболее  высокие  вяжущие  свойства,  а  при  влажности,  большей  чем  9,3  %,  процессы  смачивания  и  распределения  связующего  существенно  ухудшаются.  Кроме  того,  одним  из  условий  эффективного  окомкования  является  образование  оптимального  количества  зародышей,  которые  не  разрушаются  при  приложении  механических  нагрузок.

Список  литературы:

1. Абзалов  В.М.  Физико-химические  и  теплотехнические  основы  производства  железорудных  окатышей  /  В.М.  Абзалов.  –  Екатеренбург:  НПВП  «ТОРЭКС»,  2012.  –  339  c.
2. Исследования  по  окомковнию  концентрата  руды  Белановского  горно-обогатительного  комбината  /  Дворниченко  И.Ф.  –  Комсомольск:  ПАО  НИПИ  «Механобрчермет»  2012.  –  1,2  с. 
3. Пожидаева  Э.Ю.,  Ровенский  И.И.,  Попович  3.П.  и  др.  //  Изв.  вузов.  Черная  металлургия.  –  1984.  –  №  2.  –  С.  13–15.
4. Ручкин  И.Е.  Производство  железорудных  окатышей  /  И.Е.  Ручкин.  Москва:  “Металлургия”,  1976.  –  40  с.
5. Тимофеева  А.С.  Влияние  бентонита  на  комкуемость  шихты  и  прочность  сырых  и  сухих  окатышей/  А.С.  Елина,  С.Г.  Черных,  М.С.  Пивикова//  Электронный  сборник  статей  по  материалам  XV  студенческой  международной  заочной  научно-практической  конференции.  –  2013.  –  №  9.  –  С.  168–175.
6. Тимофеева  А.С.,  Никитченко  Т.В.,  Тимофеев  Е.С.  Экстракция  черных  металлов  из  природного  и  техногенного  сырья:  учебное  пособие  А.С.  Тимофеева,  Т.В.  Никитченко,  Е.С.  Тимофеев.  –  Старый  Оскол:  ТНТ,  2012.  –  304  с.
7. Shuslerich  F.L.  //  Skilling's  Mining  Rev.  1985.  July.  P.  6.