Комплексная технология эффективной переработки  железомарганцевых руд, составляющих основную долю запасов марганецсодержащих руд Казахстана, с последующим окускованием концентратов и выплавки из них стандартных марок марганцевых сплавов до сих пор не существует. Обусловлено это их сложным химическим и минералогическим строением исходных руд, не позволяющим подойти к их использованию стандартными способами. Поэтому разработка эффективной комплексной схемы переработки железомарганцевых руд является приоритетной задачей на фоне бурного наращивания производства марганцевых ферросплавов в Республике Казахстан и исчерпания запасов богатых марганцевых руд. Наиболее эффективными представляются пирометаллургический способы переработки железомарганцевых руд, позволяющие при рациональном подходе получать одновременно два металлургических продукта: железорудный и марганцевый концентраты, а также их окускование для применения в последующем металлургическом переделе.

       2. Исследования по обжигмагнитному разделению минералов железа и марганца

       С целью определения возможности  обогащения железомарганцевых руд по обжигмагнитной схеме обогащения, были проведены исследования по селективному восстановлению минералов железа до ферромагнитного состояния железомарганцевых руд с последующим их удалением при помощи сухой магнитной сепарации на основе результатов проведенных анализа.

       Исследования по обогащению железомарганцевых руд проведены в  месторождении как Мынарал, Керегетас, Жомарт, Тур и Ушкатын III и доказана эффективность применения обжигмагнитного обогащения к этим рудам. Но в связи с огромными запасами железомарганцевых руд, например, такое месторождение как Жомарт, и различием по физико-химическим свойствам и минералогическому составу они делятся на различные типы, что требует проведение исследовании по установлению оптимального режима обжига и магнитной сепарации. Нами исследованы железомарганцевая руда месторождения Западный Камыс.

       Для селективного восстановительного обжига изначально была исследована железомарганцевая руда с забоя месторождения Западный Камыс крупностью 0-30 мм (проба №1). Первоначально руда подверглась сушке (при различных условиях) и ситовому анализу на класс крупности 0-5 мм, 5-10 мм и 10-30 мм, химический состав которой приведен в таблице 1. 

Таблица 1 – Химический  состав руды по классам  крупности 

       По  результатам ситового анализа следует, что содержание марганца и железа и по их соотношению во фракциях 5-10 мм и более 10 мм пригодны для производства кремнистых сплавов марганца (из-за высокого содержания в нем кремнезема) и без предварительной подготовки. Также немаловажное значение имеет низкое содержание фосфора (0,034%) и серы (0,022-0,025%), что отвечает технологическим требованиям шихтовых материалов по содержанию вредных компонентов на выплавку марганцевых ферросплавов.

       Основной  технологической операцией для  руды фракции 0-5 мм по обжигмагнитной схеме переработке являются восстановительный низкотемпературный обжиг, включающий выбор оптимального режима обжига (температура, время выдержки) и сухая магнитная сепарация (сила тока или магнитного поля, крупность руды).

       Восстановительный обжиг, целью которого является перевод  оксидов металла, содержащихся в рудах и концентратах, в металлическое состояние или в низшие оксиды, обычно осуществляется газообразными или твердыми восстановителями, в редких случаях жидкими. Так в нашем случае для проведения восстановительного обжига применялся твердый восстановитель, такой как каменный длиннопламенный газовый уголь Шубаркольского месторождения, являющийся одним из крупнейших месторождений в Республике.

       Обжиг осуществлялся в лабораторной шахтной печи периодического действия с внешним нагревом. Внутренний диаметр рабочей зоны печи равен 96 мм. В центр печи вставлялась алундовая трубка с внешним диаметром 10 мм, внутри которой перемешалась термопара ХА (хромель-алюмель). Полная высота печи составляла 62 см, а высота рабочей зоны печи – 45 см. Высота рабочей зоны, где достигается наибольшая температура, определялась методом зондирования и составляла  примерно 10 см. Температура в центре печи замерялась подвижной термопарой ХА. Температура внешней стенки рабочего пространства (возле нихромовых нагревателей) замерялась стационарной термопарой ПП. Разница в показаниях термопар ХА (центр рабочего пространства) и ПП (внешняя стенка) в среднем составляло 30-50˚С. Вместимость печи составляло 3,5-4,0 кг шихты с номинальным температурным интервалом 550-650˚С. Выгрузка обожженной руды из печи производилась за счет шибер затвора в нижней части печи.

       Для проведения восстановительного обжига использовалась шихта из исследуемой руды в смеси с кусковым газовым шубаркольским углем (фракции ≥10 мм) в соотношении 1:1. Количество газового угля, необходимого для более полного протекания окислительно-восстановительных процессов в рудах, определено ранее проведенными нами исследованиями дифференциально-термическим анализом фазовых превращений смеси руды с различным расходом газового угля.

       После низкотемпературного восстановительного обжига была получена обожженная железомарганцевая  руда в смеси с полупродуктом  из кускового шубаркольского угля, который по химическому составу представляет собой полукокс (таблица 2). В последующей стадии кусковой полукокс извлекался (отсеивался) из общей массы для проведения сухой магнитной сепарации обожженной железомарганцевой руды. 

Таблица 2 – Технический состав полукокса 

     Магнитную сепарацию, для механического разделения марганцевого концентрата от частично металлизованного железорудного концентрата, проводили на лабораторном магнитном сепараторе 120-Т. Результаты серии опытов при различных режимах обжига и магнитной сепарации железомарганцевой руды месторождения Западный Камыс приведены в таблицах 3-7. 

Таблица 3 – Результаты магнитной сепарации  железомарганцевой руды месторождения Западный Камыс обожженной при 430-450°С в течении 6 часов 

Таблица 4 – Результаты магнитной сепарации железомарганцевой руды месторождения Западный Камыс обожженной при 520-545°С в течении 5 часов