Рисунок 2 – Дериватограмма обжигмагнитного железорудного концентрата Западный Камыс (а) и жомартовского обжигмагнитного железорудного концентрата (б) 
 

       На  кривой ДТА (рисунок 2, б) жомартовского железорудного концентрата до 720˚С зафиксированы два экзотермических эффекта: первый при 360-470˚С характерен окислению магнетита до маггемита (γ–Fe₂O₃) и второй при 630ºС  переходу γ–Fe₂O₃ в α–Fe₂O₃. Последующий эндотермический пик при 870˚С характеризует полиморфное превращение гематита с переходом его до магнетита с потерей массы в сумме до 66 мг (3,1%). Потеря массы в интервале 20-870˚С также соответствует полиморфному превращению кварца, полному сгоранию полукокса и диссоциации части высших окислов марганца. Увеличение массы по кривой ТГ в интервале 870-1000˚С свойственен окислению низших окислов железа кислородом воздуха (изменению кристаллической структуры).

       По  вышеприведенным термическим исследованиям  обжигмагнитных марганцевых и железорудных концентратов можно судить о более  полном протекании процесса восстановления марганца и железа до низших окислов при обжиге. Увеличение массы навески при 720˚С и 880˚С для марганцевых концентратов и при 800˚С и 870˚С для железорудных концентратов свидетельствует частичному окислению низших окислов марганца и железа кислородом воздуха за счет перестройки кристаллической решетки. Также выявлены экзотермические эффекты обжигмагнитных концентратов в температурном интервале 450-650˚С, что имеет положительную сторону при их термическом окусковании или при упрочняющем обжиге. 

       4. Разработка и освоение технологии окомкования марганцевых обжигмагнитных концентратов (брикетов – моношихты)

 
 

       Исследования  по брикетированию марганцевого концентрата  проводили на лабораторной пресс-установке  с максимальным допустимым давлением 250 кгс/см². В качестве связующих компонентов при брикетировании марганцевого концентрата использовали добавки керамзитовой глины и марганцевая пыль. В опытах использовалась марганцевая пыль следующего химического состава: 21,5% MnО; 34,1% SiO₂; 2,4% CaO; 16,8% K₂O+Na₂O . 

 

Рисунок 3 – Брикеты на основе керамзитовой глины 6-8%. 

       Первоначальное  количество керамзита смешиваемого с концентратом перед брикетированием  составляло 1,5-2,5%, в дальнейшем с  целью увеличения прочности получаемых брикетов количество глины увеличили до 8-10%. В опытах с использованием марганцевой пыли количество связующего компонента составляла 7-10% по массе. Марганцевый концентрат увлажнялся суспензией марганцевой пыли и воды и брикетировался. В результате получены брикеты из марганцевого концентрата диаметром 15-20 мм и высотой 16-25 мм (рисунок 3) с прочностью на сжатие 50-60 кг/брикет.

       Сравнительные технологические параметры и  качество брикетов из марганцевого концентрата  представлены в таблице 8.

       В последующих опытах марганцевый концентрат брикетировался на крупно-лабораторном прессе в смеси с коксовой мелочью. В опытах с использованием керамзитовой глины марганцевый концентрат тщательно перемешивался с глиной, после чего увлажнялся до оптимального уровня и брикетировался. В качестве исходных материалов использовались марганцевый концентрат следующего хим. состава: 40,16% Mn; 5,38% Fe; 16,96% SiO₂; 4,23% CaO; 0,21% S; 0,087% P.  

Таблица 8– Химический состав керамзитовой глины  

 
 

Таблица 9 – Химический состав брикетов полученных после брикетирования смеси на крупнолабораторном  брикет-прессе ПГ-1671М  

 
 

       Подготовка  шихты к брикетированию не вызывала затруднений. Однородность по ситовому составу марганцевого концентрата позволила получать равномерное перемешивание. Процесс брикетирования шихты протекал удовлетворительно. Сырые брикеты имели сопротивление раздавливанию 8-10 кг/брикет. Стабильность процесса достигалась при влажности шихты 4,0-5,0 %, увеличение влаги проводило к залипанию шихты в пресс-форме, а снижение – к рассыпанию брикетов.

       В опытах с использованием керамзитовой глины были проведено брикетирование с добавкой коксовой мелочи, с целью  определения его влияния как  пластификатора. Содержание коксовой мелочи в составе шихты не превышало 30,3 %. Результаты приведены в таблице 10.

Таблица 9 - Технологические параметры и качество брикетов из марганцевого концентрата 

 
 
 

 
 

Рисунок 4 - Марганцевая  брикетная моношихта на основе керамзитовой глины. 
 
 
 

Таблица 10 – Технологические параметры и качество марганцевых брикетов на основе керамзитовой глины с добавкой коксовой мелочи и без нее 

       6. Металлургические свойства окускованных марганцевых концентратов

 

       Изучение  минералогического состава окускованного  обжигмагнитного марганцевого концентрата (брикета) методами рентгенофазового и  петрографического анализа позволят определить фазовый состав конгломератов, образованных в результате термического окускования и в результате слипания под воздействием внешних сил.

       Минералогическому изучению фазового состава были подвергнуты марганцевые брикеты, полученные из обжигмагнитных марганцевых концентратов. Так по данным рентгенофазового анализа в марганцевом брикете присутствуют следующие минералы: манганозит, браунит, кварц, кальцит, магнетит. Микроструктура брикета представлена на рисунке 5.

       Брикет  имеет крайне неравномерно-зернистую  структуру, рудные минералы представлены в основном резко ксеноморфными зернами браунита, манганозита с единичными зернами магнетита. Возможно также в брауните присутствие мермикито-подобные образования (срастания) с гаусманитом. 
 

        
 

браунит – светлый;  манганозит, магнетит – светло-серый;

кварц – серый; цементирующая масса  – темный, темно-серый.

Отраженный  свет, а – увеличение х100, б – увеличение х200. 

Рисунок 5 – Микроструктура брикета. 

       Нерудные  минералы представлены в основном разнозернистым кварцем в отдельных участках в смеси с кальцитом, слюды и полевого шпата, а также присутствуют реликты частиц обожженного Шубаркольского угля, образованные в результате обжига. Рудные и нерудные зерна заполнены в основном цементирующей массой брикета, которая представлена глиноземом или точнее каолинитом (Al₂Si₂O₅(OH)₄), которая во влажном состоянии образует пластическую массу. Довольно крупные включения браунита и кварца придают брикету пятнистый характер.

       Таким образом, рентгенофазовый и текстурно-структурный  анализы брикета показали наличие помимо окислов марганца (гаусманита, манганозита) также твердые растворы железа с марганцем – якобсит, который в смеси со стекловидным веществом играет роль цементирующей массы и составляет жесткий каркас, а зерна двухкальциевого силиката единичны. В основном текстурно-структурный анализ брикетов схож со структурами исследуемых обжигмагнитных марганцевых концентратов, за исключением присутствия, в нем цементирующей фазы, представляющий собой глиноземсодержащие минералы (например, каолинит).