2.4.7 Поведение руд при выплавке низкоуглеродистого феррохрома

Хромовые руды, применяющиеся для выплавки рафинированного феррохрома, должны содержать минимальное количество кремнезема, что уменьшит расход извести и потери хрома в шлаке. Хромовые руды с превышенным содержанием кремнезема целесообразно использовать при выплавке высокоуглеродистого и передельного феррохрома, это обеспечивает снижение расхода кварцита и уменьшение кратности шлака. При выплавке рафинированного феррохрома восстановительные процессы идут в расплаве, поэтому следует применять порошковые руды. Особенно нежелательны кусковые магнезиальные руды, применение которых повышает на 5-8 % расход электроэнергии и ферросиликохрома. Легковосстановимые руды с железистым цементом рационально употреблять в смеси с другими рудами, что обеспечивает улучшение восстановимости рудной смеси, предупреждает разрушение футеровки печей вследствие агрессивности перегретого феррохрома с пониженным содержанием хрома и т.д.

Содержание хрома в руде является важнейшим показателем ее качества. Так, по данным С.В.Безобразова, при производстве рафинированного феррохрома при повышении содержания Сr₂О₃ в руде с 48,0 до 53,9% кратность шлака снижается с 3,26 до 2,74 и потери хрома с отвальным шлаком уменьшаются с 13,0 до 9,35%, а повышение содержания Сr₂О₃ на 1% увеличивает производительность печи на 2,63-4,85% и снижает расход электроэнергии на 2,43-4,18%.

Истощение запасов богатых хромовых руд привело к добыче бедных руд (уже в 1970г. 52% объема добычи составляли руды с 30-45% Cr₂О₃) и к расширению работ по обогащению бедных руд, и в частности, по повышению отношения хрома к железу в них. Для донских хромовых руд высокие показатели обогащения обеспечиваются гравитационными методами. При промышленном опробовании из руды с 45,6% Cr₂O₃ были получены концентраты с 54,3-57,3% Cr₂O₃.

Руда, предназначенная для выплавки рафинированного феррохрома должна подвергаться сушке до влажности 0,5-1,5%. Рекомендованный совместный обжиг руды и известняка во вращающихся печах при 1100 и 1200°С, в результате которого в окислительной среде образуется хромитохромат кальция (9СаО·4СrО₃·Сr₂О₃), и для состава с 50% Cr₂О₃ и 50% СаО температура плавления составляет 1022°С (в нейтральной атмосфере в системе CаО-Cr₂O₃ самая низкая температура плавления 1930°С для того же состава) не нашел широкого применения в промышленности. Это объясняется как образованием настылей во вращающихся печах, так и, главным образом, образованием токсичных соединений, содержащих СrO₃. Совместный обжиг в восстановительных условиях не может быть рекомендован по тем же причинам, хотя содержание СrО₃ резко снижается (и растет температура плавления расплава). Кроме того, совместный обжиг в трубчатых печах приводит к получению нестабильного по химическому составу материала, что осложняет последующее ведение плавки.

2.5 Сравнение качества отечественных и зарубежных хромовых руд

Следует особо отметить, что практически отсутствует сравнительная оценка металлургических свойств хромовых руд отечественных и зарубежных месторождений. Имеющиеся многочисленные литературные данные отечественных исследователей в основном посвящены металлургической оценке хромовых руд Южно-Кемпирсайского месторождения. В качестве примера, можно сослаться на работу Ямагиси Кадзуо и Сата Дзюньити. Хотя это исследование было выполнено в 1969 г., результаты его представляют интерес и в настоящее время. В качестве образцов для сравнительных испытаний эти авторы использовали хромовые руды СССР, Германии, Индии и Южной Африки. В результате испытаний были сделаны следующие выводы: 1) в отношении прочности и теплового растрескивания лучшими являются руды южно-африканских месторождений, хотя они сравнительно трудно расплавляются; 2) руды индийского и иранского месторождений имеют низкую прочность и сильно растрескиваются при нагреве; эти руды дают высокий выход хрома при восстановлении; 3) руды СССР, имея низкую прочность и сильную склонность к тепловому растрескиванию, дают низкий выход хрома, а по расплавляемости они подразделяются на группы в зависимости от содержания Cr₂O₃ и FeO; 4) при проведении испытаний на расплавляемость хромитовых руд в печи Таммана была обнаружена обратная зависимость между расплавляемостью и соотношением MgO/FeO и Cr/Fe, чем выше эти соотношения, тем хуже расплавляемость.

Если провести анализ руд, широко применяемых за рубежом, то выявляется, что основными производителями хромовых руд в мире являются ЮАР, Казахстан, Турция, Индия, Финляндия, Зимбабве и др. (глава 2.1-2.2). Руды Индии, Турции и Филиппин характеризуются сравнительно низким отношением Cr/Fe=1,6-3,3 и MgO/Al₂O₃=1,1-1,9 (табл. 2.13). Хромовые руды Южной Африки и Финляндии характеризуются еще более низким отношением Cr/Fe=1,4-1,7 и MgO/Al₂O₃=0,65-0,8. Следовательно, эти руды характеризуются низкой температурой плавления, что обуславливает образование при обжиге достаточного количества расплава, необходимого для получения прочных окатышей. Отечественные же руды и концентраты напротив характеризуются высоким отношением Cr/Fe (более 3). Более того, отечественные руды содержат повышенное содержание MgO и соответственно высокое отношение MgO/Al₂O₃ достигающее 2,5-3,1, против 0,65-0,8 в рудах ЮАР и других стран. Все это обуславливает высокую температуру размягчения (более 1700˚С) рудообразующего минерала – хромшпинелида и неблагоприятный состав шлакообразующих оксидов пустой породы.

Из диаграммы состояния системы MgO-SiO₂-Al₂O₃ (рис. 2.11) видно, что состав шлакообразующих оксидов хромовых руд Кемпирсайского месторождения располагается в области периклаза и шпинели, имеющих температуру плавления 1900-2500˚С, т.е. кардинально отличается от таковых для зарубежных руд. Данное обстоятельство не способствует образованию лекгоплавких соединений при термической обработке сырья (например, при обжиге окатышей или агломерации) и металлургической переработке отечественных хромовых руд.

4,0 2,33 1,2 0,8

соотношение MgO/Al₂O₃

Цифры на рисунке – составы шлакообразующих оксидов хромовых руд:

I – руды ЮАР и других западных стран; II –руды Кемпирсайского месторождения

Рисунок 2.11 – Расположение составов шлаков для различных руд

на диаграмме состояния системы MgO-SiO₂-Al₂O₃

Таблица 2.13 – Химический состав хромовых руд, производимых за рубежом и в Казахстане

Страна, производитель	Cr2O3	SiO2	FeO	CaO	Al2O3	MgO	P	S	Cr Fe	MgO Al2O3
Австралия, Pilbara Chromite Ltd.	42,6	8,0	14,5	-	-	13,5	0,005	0,009	1,9	-
Албания, Albkrom SH. A. Tirana	45-50	7-9	14-17	0,14	9,37	18	-	-	3	1,9
Бразилия, Magnesita, Mineracao Vila Nova	41-52	4-9	14-27	0,01-1,5	9-17	4-16	<0,01	<0,002	1,6-2,7	0,5-1,0
Зимбабве, Zimbabwe alloys, Zimasco Ltd.	42-46	10-13	11-14	3,0	10-14	15-17	-	0,02-0,3	2,5-2,9	1,2-1,5
Индия, FACOR, Orissa Mining, TISCO и др.	40-56	1-10	9-15	0,2-0,4	7-14	8-17	<0,006	<0,007	1,6-3,3	1,3-1,7
Индонезия, PT. Palmabim Mining	41-43	0,8-1,2	21,6-23	0,02	19-20	10-11	0,009	0,004	1,63	0,5-0,55
Иран, Faryab Mining Company	35-55	1,5-10	-	-	7-11	15-23	-	-	3,0-3,5	2,1
Казахстан, ДГОК	45-51	7-10	11-12	0,8	7,1-7,9	19-21	0,005	0,05-0,08	3,3	2,5-3,1
Китай, Tibet Mineral Development	52,14	7	12	2,1	13,5	13	0,009	следы	4,34	0,95
Мадагаскар, Kraomita, Malagasy	42-49	6-12	13-21	-	13-16	12-20	0,008	-	2,0-2,5	0,9-1,2
ОАЭ, Derwent Mining Limited	36-44	5-10	12-14	0,7	14-16	15-17	0,005	0,008	2,5-3,1	1,0-1,1
Оман, Oman Chromite Company	39-41	<6	>14	<0,3	15-17	17-19	<0,005	-	2,5	1,1-1,5
Россия, Сарановское м-е	36-38	6-9	20-25	<2	>13	>11	-	-	1,5-1,8	0,87
Судан, Advanced Mining Works	50,1	7,35	10,26	-	6,24	17,96	0,003	0,001	3,341	2,87
Турция, Bilfer, Birlik, Eti Krom, Hayri, Оgelman, Turk Maadin и др	42-48	5-10	12-15	0,3-1	12-14	14-19	<0,01	<0,04	2,7-3,1	1,1-1,9
Филиппины, Krominco, Velore Mining	30-45	9-17	10-12	0,8	11-15	-	0,004	0,03	2,4-2,9	-
Финляндия, Outokumpu Oy	40-46	3,6	24,4	0,4	13,6	10,8	0,0014	0,005	1,6-1,7	0,8
ЮАР, Assmang, Hernic, Samancor, South African Ferrochrome and Mining, Xstrata (Suedelektra), и др.	44-46	1,8-3,5	23-26	0,2-1,4	14-16	9,5-11,0	< 0,004	< 0,005	1,4-1,6	0,65-0,8