ВВЕДЕНИЕ

       Общая характеристика работы. Увеличение производства марганцевых ферросплавов и сокращением разведанных запасов качественных марганцевых руд Казахстана, с полным исчерпанием их в течение ближайшего десятилетия, ставит вопрос об обеспечении в будущем марганцевым сырьем отечественных ферросплавных заводов. Казахстан располагает огромными запасами марганецсодержащего сырья, но оно в большинстве не пригодно для выплавки стандартных марок марганцевых ферросплавов (основные запасы руд около 70% представлены железомарганцевыми разновидностями, а оставшиеся 30% - труднообогатимые окисленные и первичные марганцевые руды). Дальнейшее увеличение производства марганца по принятым технологиям будет связано с вовлечением все более бедных марганцевых руд, требующих глубокого обогащения, что неизбежно приведет к увеличению потерь на стадии обогащения и удорожанию марганцевых ферросплавов.

       Огромные  запасы некондиционных железомарганцевых  руд имеют низкое содержание марганца и высокое содержание железа, по действующим технологиям их переработки (электрометаллургический метод удаления железа переплавом на марганцевый шлак и химические способы обогащения) экономически невыгодны и не целесообразны. Следовательно, необходимо включить в технологическую схему, наряду с предварительным обогащением, дополнительную стадию по удалению железа. В настоящее время наиболее эффективным способом переработки железомарганцевых руд является новый обжигмагнитный метод обогащения, включающий стадию восстановления железа газовыми углями (месторождения Шубарколь) и последующую магнитную сепарацию, позволяющую отделить восстановленное до ферромагнитной формы железо от марганцевой части рудного сырья. Фракционный состав обжигмагнитных концентратов прошедших термообработку и магнитную сепарацию составляет не более 5 мм, что не позволяет их использовать в последующем ферросплавном переделе. Поэтому в данной работе рассматривается комплексная технология переработки железомарганцевых руд, включающая разработку базовых основ технологии обжигмагнитного разделения минералов марганца от железа, разработку технологии окускования обжигмагнитных концентратов с изучением их металлургических свойств и выплавки из них стандартных марок марганцевых сплавов. Предлагаемая комплексная технология переработки позволит в комплексе решить проблему дальнейшего экономического и экологического развития горнодобывающего комплекса и марганцевой отрасли Республики Казахстан.

       Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, включающий критический обзор и анализ литературы; постановку задачи и обсуждение теоретических задач, лабораторных исследований и испытаний, результаты разработок и освоение новых составов шихт для выплавки ферросиликомарганца; пунктов - определения и обозначения, реферата, заключения и списка использованных источников. Работа изложена на 60 страницах содержит 24 таблиц и 13 рисунков.

       Актуальность работы. Сокращение  запасов богатых марганцевых руд и наличие огромных запасов железомарганцевого сырья (прогнозные запасы которых составляют около 700 млн.т.), непригодных в исходном состоянии для производства стандартных марок марганцевых ферросплавов, а также отсутствие рациональной технологии их переработки ставит под вопрос дальнейшее существование и развитие марганцевой отрасли Казахстана. При этом необходимо отметить, что по применяемым в настоящее время технологиям обогащения менее 50% марганца извлекается в кусковой марганцевый концентрат. Большая часть марганца аккумулируется в виде железомарганцевой мелочи, которая по химическому (соотношению Mn/Fe – железистому модулю) и фракционному составу не пригодна для выплавки стандартных марок марганцевых ферросплавов.

       Поэтому необходимость решения приоритетной для отечественной марганцевой  ферросплавной промышленности задачи по вовлечению некондиционного железомарганцевого сырья в металлургический передел путем разработки технологий обжигмагнитного разделения железа и марганца, выбор и разработка технологий окускования полученных мелкодисперсных обжигмагнитных концентратов и выплавки из них марганцевых ферросплавов  является актуальным.

       Цель  работы:

       - изучение возможности и разработка технологии обжигмагнитного разделения железо - и марганецсодержащих минералов применительно к железомарганцевой мелочи месторождений Западный Камыс с использованием в качестве восстановителя шубаркольского угля;

       - выбор и разработка технологии окускования обжигмагнитных марганцевых концентратов с изучением их металлургических свойств;

       - разработка технологии получения из них стандартных марок марганцевых ферросплавов.

       Научная новизна:

       - впервые изучены температурная зависимость удельного электросопротивления, усадка и температура размягчения шихт для выплавки высокоуглеродистого ферросиликомарганца с использованием в составе шихты новых видов рудных шихтовых материалов – брикетов из обжигмагнитных марганцевых концентратов;

       - показана техническая возможность и заложены основы (основные принципы) новой перспективной технологии совместного обжига железомарганцевой руды и шубаркольского угля, совмещающей процессы восстановительного обжига руды и полукоксования некоксующихся углей в одном металлургическом агрегате;

       - научно-экспериментальным поиском установлен оптимальный режим проведения низкотемпературного магнетизирующего обжига и магнитной сепарации (напряженность магнитного поля, крупность материала), наиболее эффективного метода окускования для полученных марганцевых концентратов и получения из них марганцевых сплавов;

       Задачи  исследования:

• экспериментальное изучение возможности обжигмагнитного разделения железа и марганца в железомарганцевых рудах месторождений Западный Камыс в смеси с шубаркольским углем и возможность получения трех металлургических продукций: железорудного (магнетитового или частично металлизованного) и марганцевого концентратов, и углеродистого восстановителя (полукокса или спецкокса);
• детальное изучение продуктов обжигмагнитного обогащения комплексом современных минералого-аналитических методов (электронная микроскопия, рентгенография, термический);
• экспериментальные исследования возможности окускования обжигмагнитных марганцевых концентратов способом брикетирования, которое зависит от их химического и минералогического состава, и получения из окускованного сырья марганцевых сплавов;

       Основные  положения работы, выносимые на защиту:

• Химический  состав руды по классам крупности, технический состав полукокса;
• Результаты обжига и магнитной сепарации железомарганцевой руды месторождения Западный Камыс;
• Зависимость технологических параметров обжига от температуры обжига  и зависимость технологических параметров обжига от времени обжига;
• Дериватограмма обжигмагнитного железорудного концентрата и  марганцевого концентрата Западный Камыс;
• Изменение УЭС марганецсодержащих материалов при нагревании;
• Микроструктура обжигмагнитного марганцевого концентрата, обжигмагнитного железорудного концентрата и брикета;
• Технологические параметры и качество марганцевых брикетов на основе керамзитовой глины с добавкой коксовой мелочи и без нее;
• Химический состав металла и шлака полученного на крупно-лабораторной печи РКО-200 кВА и химический состав брикетов полученных после брикетирования.

       Основные  положения работы, выносимые на защиту:

• Химический  состав руды по классам крупности, технический состав полукокса;
• Результаты обжига и магнитной сепарации железомарганцевой руды месторождения Западный Камыс;
• Зависимость технологических параметров обжига от температуры обжига  и зависимость технологических параметров обжига от времени обжига;
• Дериватограмма обжигмагнитного железорудного концентрата и  марганцевого концентрата Западный Камыс;
• Изменение УЭС марганецсодержащих материалов при нагревании;
• Микроструктура обжигмагнитного марганцевого концентрата, обжигмагнитного железорудного концентрата и брикета;
• Технологические параметры и качество марганцевых брикетов на основе керамзитовой глины с добавкой коксовой мелочи и без нее;
• Химический состав металла и шлака полученного на крупно-лабораторной печи РКО-200 кВА и химический состав брикетов полученных после брикетирования.

ОСНОВНАЯ  ЧАСТЬ  

1. Анализ  существующих способов окускования марганецсодер-жащего сырья

       Тенденция ухудшения качества марганцевой  руды ставит вопрос об обеспечении  марганцевым сырьем ферросплавных  заводов Казахстана. Выходом из этого положения является не усиленное проведение геологоразведочных работ для поиска новых месторождений марганецсодержащих руд с высоким содержанием марганца, а проведение научных исследований по разработке эффективных технологий переработки  некондиционных железомарганцевых руд, так как их количество уже на эксплуатируемых и разведуемых месторождениях в сумме насчитывается более 120 млн. тонн. Использовать железомарганцевые руды для выплавки стандартных марок марганцевых ферросплавов по действующим технологиям не позволяет, прежде всего, низкое содержание марганца и высокое содержание железа. Следовательно, необходимо включение в технологическую схему наряду с предварительным обогащением дополнительной стадии по удалению железа. Существующие электрометаллургический метод удаления железа переплавом и химические способы обогащения железомарганцевых руд экономически не целесообразны. 

       На  данный момент железомарганцевые руды не вовлечены в ферросплавный передел, складируются на отвалах из-за отсутствия рациональной технологии их переработки. Для обеспечения сырьем, развивающую марганцевую ферросплавную отрасль, в первую очередь, необходимо направить исследования на создание эффективных технологий обогащения железомарганцевых руд с целью вовлечения их в металлургический передел. Одним из эффективных методов переработки железомарганцевых руд является обжигмагнитный метод обогащения, предложенный в работе, продуктами обогащения которой является железорудный и марганцевый концентрат, пригодные по содержанию ведущих компонентов для производства стали и стандартных марганцевых сплавов соответственно. Фракционный состав таких концентратов очень низок (менее 5 мм), а их использование в последующем металлургическом переделе требует разработки технологий их окускования.

       В настоящее время технологии окускования марганцевых концентратов, полученные в результате обжигмагнитного обогащения железомарганцевых руд Центрального Казахстана, нет и ранее не разрабатывались. Особенностью этих концентратов является то, что они прошли предварительную термическую обработку и магнитную сепарацию, в результате чего они представлены мелкой фракцией (0-5 мм) и низким содержанием глинистых включении, которые могли бы служить связующим компонентом при окусковании.

       Плавка  мелких разностей и продуктов  обогащения бедных руд в современных металлургических агрегатах возможна лишь после их окускования. Соответственно для того, чтобы выбрать наиболее эффективный способ окускования марганцевых концентратов, полученных обжигмагнитной схемой обогащения для использования их в последующем металлургическом переделе, прежде всего, необходимо провести анализ существующих способов окускования марганецсодержащего сырья. В связи с этим ниже рассматриваются существующие методы и способы окускования марганецсодержащих руд.

       Таким образом, на основе проведенного литературного  анализа можно отметить, что бурное развитие марганцевой ферросплавной отрасли в последнее десятилетие привело к резкому увеличению уровня погашения запасов марганцевых руд. В течении следующего десятилетия прогнозируется полное исчерпание запасов богатых окисленных марганцевых руд. Большая часть марганцевых руд Центрального Казахстана относится к железомарганцевым разновидностям, за исключением Жездинско-Улутауской группы марганцевых месторождений, которая в настоящее время практически полностью выработана. Практически во всех месторождениях марганцевых руд присутствует в той или иной степени железо, что снижает металлургическую ценность марганцевых руд применительно к использованию в ферросплавном переделе.