Изучение металлургических свойств нового типа железорудного сырья (маггемитовых руд) для подготовки к доменной плавке

Образец 1 отобран из тонкослоистых руд с показателем преломления N = 1.648 ± 0.002.

Кривая нагревания образца 1 имеет следующие эндотермические остановки: первая с максимумом при температуре 99,2 ºС отвечает непрерывному удалению воды; вторая при температуре 289,6 – 337,2 ºС, по-видимому, отвечает диссоциации гетита; третья при 484,7 ºС хлоритовая; природа четвертой останов

ки при 720 ºС не выяснена.

Образец 2 несколько отличается от образца 1 по химическому составу – он не содержит глинозема. Состоит из плотной травянисто-зеленой массы. Плотность их – 2,96 г/см3. показатели преломления этих хлоритов определены иммерсионным методом, N = 1.694 ± 0.002.

На кривой нагревания образца 2 отмечаются две эндотермические остановки: первая при температуре от 66,5 ºС с максимумом при 165,5ºС, вторая – от 428 ºС с максимумом при 539 ºС. Между этими остановками наблюдается экзотермический эффект при температуре от 266 ºС с максимумом при 362,5 ºС. Второй экзотермический эффект отмечается уже в области высоких температур (при 1163 ºС).

Образец 3 представляет собой микрочешуйчатый хлорит, состоящий из плотной темно-зеленой массы. Твердость ее около 3. Плотность – 2,91 г/см3. показатель преломления N = 1,616 ± 0,002. Кривая нагревания имеет три эндотермические остановки: первая начинается при температуре 57 ºС и доходит до максимума при 254 ºС, вторая с максимумом при 374 ºС и третья с максимумом при 583 ºС. Отмечается два экзотермических эффекта: первый с максимумом при 294 ºС и второй с максимумом при 494 ºС.

Термическому исследованию подвергали четыре образца гидрогетита. Кривая нагревания плотного сплошного гидрогетита с полуметаллическим блеском соответствует типичной кривой нагревания для гидрогетита: она имеет один хорошо выраженный эндотермический эффект с максимумом при 315 ºС.

Другая кривая нагревания получена для плотного гидрогетита из конкреции. Эта кривая имеет два эндотермических эффекта: первый с максимумом при температуре 335 ºС, второй при температуре 550 ºС. Первая остановка отвечает разложению гетита, вторая – хлоритовая.

На обеих кривых нагревания гидрогетитовых бобов и оолитов и плотного гидрогетита с матовым блеском имеются хорошо выраженные эндотермические остановки: в одном случае с максимумом при 335 ºС, в другом – с максимумом при 320 ºС, которые по своему положению и характеру соответствуют остановкам гидрогетита. Кроме этого, при температуре 710 ºС имеется экзотермическая остановка, которая объясняется наличием примесей в бобовых образованиях.

Рассматривая химизм разложения хлоритовых оболочек с помощью известняка, не следует забывать, что в твердой фазе протекают только экзотермические химические реакции и что в качестве первичного продукта реакции между двумя веществами во всех случаях образуется одно и то же соединение, состав которого часто не соответствует соотношению концентраций реагирующих веществ.

Процесс разрушения хлоритовых оболочек, изолирующих реакционную поверхность зерен железных минералов, фиксировался на микрофотографиях. На микрофотографии шлифа сырой руды ясно видно, что плотные оболочки хлоритов белыми каемками обрамляют темные бобы и оолиты (зерна) гидрогетита.

При сравнении микрофотографии руды, обожженной при температуре 800 ºС в течение 30 минут с твердым восстановителем – карагандинским углем ( 3% от массы руды) – без добавки известняка, и микрофотографии руды, обожженной в аналогичных условиях, но с добавкой 3,5 % известняка (СаСО3), ясно видно, что известняк способствует разрушению хлоритовых оболочек, создает большую пористость, облегчая проникновение газа-восстановителя к реакционной поверхности.

Был проведен термический анализ проб руды с добавкой 3 % угля (восстановитель) и дополнительно 3,5 % оксида кальция, 3,5 % карбоната кальция, 1,0 и 5,0 % карбоната железа.

Полученные термогравеметрические кривые по производной приведены на рисунке 5. Потери в массе вследствие удаления газообразных продуктов реакции восстановления навесок руды во всех случаях наблюдалось при температурах 100, 340, и 540 ºС. Потери в массе навесок руды при 100 ºС обусловлены удалением гигроскопической влаги. Судя по кривым дифференциального термического анализа (ДТА) указанных смесей (рисунок 6), потери в массе при температурах 340 и 540 ºС отвечают эндотермическим эффектам.

1 – руда + 3% С; 2 – руда + 3% С +3,5% СаО; 3 – руда + 3% С + 3,5%СаСО3; 4 – руда + 3% С + 1% FeCO3; 5 – руда + 3% С + 5% FeCO3.

Рисунок 5. Термогравеметрические кривые по производной

1 – руда + 3% С; 2 – руда + 3% С +3,5% СаО; 3 – руда + 3% С + 3,5%СаСО3; 4 – руда + 3% С + 1% FeCO3; 5 – руда + 3% С + 5% FeCO3.

Рисунок 6 - ДТА-кривые исследуемых проб

Характер термоэффекта при 340 ºС свидетельствуют о том, что резкое изменение массы навесок вызвано превращением гетита (α-FeOOH) и лепидокротита (γ- FeOOH) в α-Fe2O3 или γ- Fe2O3. Соответствующие ДТА-кривые термического разложения гетита и лепидокротита приведены на рисунке 7.

Рисунок 7 - ДТА-кривые:1 – гетита; 2 – лепидокрокита

Разложение гетита и лепидокрокита протекает по реакции:

2FeOOH → Fe2O3 + H2O.

Аналогичным образом, по характеру термоэффекта, резкое изменение массы навесок при 540 ºС можно объяснить термическим разложением сидерита или шамозита, присутствующих в окисленных рудах. ДТА-кривые термического разложения сидерита и шамозита приведены на рисунке 8.

Рисунок 8 - ДТА-кривые: 1 – сидерита; 2 – шамозита

Термическое разложение сидерита (карбонаты трехвалентного железа неустойчивы в твердом состоянии) протекает по реакции:

FeCO3 (т) = FeO (т) + СО2

Выделяющийся СО2 окисляет оксид железа в магнетит:

3FeO (т) + CO2 = Fe3О4 (т) + СО,

обладающий ферромагнитными свойствами.

Шамозит в руде представлен в виде пленок на минералах железа, поэтому интенсификация процесса магнетизирующего обжига окисленных железных руд связана с протеканием твердофазных реакций между пленкой шамозита и частицами известняковой добавки.

Как уже отмечалось, в твердой фазе протекают только экзотермические реакции. В связи с этим экзотермический пик на ДТА-кривой (в соответствии с рисунком 9) соответствует реакциям горения углерода:

1/2 ( С + О2) = 1/2 СО2;

1/2 ( С +СО2) = 2 СО,

второй – реакции образования магнетита

2Fe2O3 + С + 1/2 О2 = 2Fe3O4 + СО2

(второй экзотермический пик "разрезан" эндотермическим эффектом реакций термического разложения сидерита и шамозита).

При добавке известняка последний частично разлагается на СаО и СО2:

СаСО3 = СаО + СО2.

 Скачать реферат