книги / Металлургия черных и цветных металлов

2,2 млрд. т. Качканарские руды содержат 14—17 % Fe, являются самыми бед­ ными промышленными рудами мира, однако переработка их эффективна из-за огромных запасов и наличия титана и ванадия, а также легкого обогащения. Бакальское и Орско-Халнловское месторождения расположены на западном склоне Южного Урала и в основном сложены из бурых (лимонитовых) желез­

Магнитогорское месторождение теперь имеет больше историческое значе­ ние, как база строительства и развития первого гиганта индустриализации Магнитогорского металлургического комбината. Первоначальные запасы маг­ нетитовых руд 0,48 млрд, т в результате интенсивной эксплуатации снизились до 0,17 млрд. тх 60 % которых представляют неокисленные магнетиты, содер­ жащие 3—4 % пирита.

Сибирские железорудные месторождения. До сороковых годов неизмери­ мость потенциальных богатств недр Сибири даже не предполагалась. Возрос­ ший интерес к богатствам и учету запасов страны, заселение и индустриализа­ ция Сибири, прокладка БАМа, изыскания на нефть и газ, возросшая мощь гигантов КМК и ЗСМК расширили и углубили поиски, выявили огромные ме­ сторождения и цёлые рудные районы. Рост запасов руд происходит за счет не только новых открытий, но и увеличения ранее разведанных запасов. На­ пример, предполагается, что балансовые запасы богатой магнетитовой руды

Месторождения Кемеровской области в основном скарно-магнетитовой формации. За время эксплуатации с 1932 г. добыто ~235 млн. т руды. Основа рудной базы КМК и отчасти ЗСМК в Горной Шории—Шерегешское и Ташта-

& «Ге Л4'6’ S 1,S7, P °’52*СРеднее содержание в таштагольской руде Fe 40— 45%. Месторождения Кузнецкого Алатау находятся в 140—330 км от КМК,

сложены магнетитом скарновой формации с Fe 29,5—46,5 % при низком со­ держании фосфора. Скарны — полнокристаллические метасоматические по­ роды, образованные известково-магнезиально-железистыми силикатами и алю­ мосиликатами. Двухстадийное обогащение этих руд дает концентрат с Fe 62— 64%. Суммарные^ запасы разведанных месторождений до 0,9 млрд. т. Место­

открытой разработки. Использование их концентратов перспективно для ЗСМК и разработки на их основе бездоменного процесса.

Среди ряда месторождений Алтайского края первоочередно перспективны Белорецкое и Инское, как рудная база ЗСМК ближайшего времени. Общие и прогнозные запасы 500 и 250 млн. т низкофосфорных и низкосернистых магнетитовых руд с содержанием 23—30 и 45 % Fe. После обогащения возможно получение концентратов соответственно с 58—66 и 67—69 % Fe. Холзуновское месторождение (Горный Алтай) состоит из магнетитовых и апатито-магнети- товых руд, содержащих 25—30 % Fe при кремнистой породе. Обогащение мо­ жет дать концентрат с 59—67 % Fe при отделении апатитового концентрата. Прогнозные запасы на глубину 1000 м до 1 млрд. т.

Руда Харловского месторождения титано-магнетитов содержит 23—31 % Fe и 5—10 % ильменита, повышенное количество V2Os. Перспективные за­ пасы составляют 3—4 млрд. т.

На Красноярском крае известно 60 железорудных месторождений, не­ сколько сот рудопроявлений и магнитных аномалий. Запасы, составляющиеся магнетитом, кварцитом и гематитом, всего с прогнозами оцениваются в 20795 млн. т. Разрабатывается для КМК Абаканское месторождение с запа­ сами, утвержденными ГКЗ по АВС,С2 — 209 млн. т, содержит магнетитовые руды с 42—47 % Fe. Руды месторождения Тейской группы, содержащие пре­ имущественно серпентино-магнетитовые бедные руды, чистые по сере и фос­ фору, после обогащения и агломерирования содержащие 53,5—54 % Fe, по­ ступают на КМК и ЗСМК. Общие с прогнозами запасы 600 млн. т.

На Средне-Сибирском плоскогорье в междуречье Ангара-Большой Пит раз­ веданы месторождения Ангаропитского бассейна, располагающие гематитовыми рудами с балансовыми запасами 1,4 млрд, т, забалансовыми 1,3 млрд, т, а вместе с прогнозными 4,55 млрд. т.

Из многочисленных месторождений, Енисейского кряжа разведаны мар- тито-магнетитовые руды Средне-Ангарского района, запасы которых с прог­ нозными >1 млрд. т. Руды бедные, но после обогащения могут дать кон­ центрат с 66 % Fe. По течению рек Нижней Тунгуски и Курейки возможны запасы магнетитов до 25 млрд. т.

Запасы месторождений Иркутской области оценивают в 30 млрд, т, в том числе скарно-магнетитовых руд Ангарской области 14—15 млрд, т, ильменит- титано-магнетитов Восточного Саяна — 5—6 млрд, т, лимонито-гематитовых руд Киренского бассейна — 3—6 млрд. т. Действующий Коршуновский ГОК дает для ЗСМК концентрат с 62 % Fe. На северо-востоке Иркутской области, вблизи трассы БАМа и при пересечении с ней обнаружены мощные запасы

можно производство металла бездоменной плавкой. Весьма перспективен Чар-

Fe скарно-магнетитового типа и оцениваются в 3,4 млрд. т. В северном При­ байкалье распространены кварц-магнетитовые и кварц-гематитовые месторож­ дения с прогнозными запасами 2,5—3 млрд, т и средним содержанием железа ~ 30 % хорошо обогащающихся руд.

Месторождения Якутской АССР совсем недавно стали промышленно перс­

по С2 — в 7,5 млрд. т. и значительными забалансовыми резервами. Особое зна­ чение имеют магнетитовые руды Соколовского, Сарбайского и Канарского месторождений с запасами категорий А+ B+ Q + Сг 3,28 млрд. т. Примерный состав/ кустанайских магнетитовых руд, %: Fe 43—58; S 0,12—0,62 в окислен­ ных слоях и 1,0—3,9 в неокисленных, Р 0,07—0,13, Si02 12—18. К той же базе относятся Лисаковское и Аятское месторождения, содержащие бурые оолиты, в которых, %: Fe 36,4, Р 0,33—0,48, Si02 31, А120 3 4,67. Запасы этих руд

титов и магнетитов со средним содержанием 51—55 Fe, с запасами по катего­ риям A+B-fCi>0,30 млрд. т. Месторождения этой группы — база Караган­ динского металлургического комбината.

§ 4. Марганцевые руды

Мировые запасы марганцевых руд без СССР составляют 1 млрд. т. Промышленно развитые страны собственных запасов марганцевых руд не имеют, поэтому импортируют >5 млн. т/год марганцевых концентратов. Потребность в марганцевых рудах возрастает в связи с значительным расходом марганца при выплавке стали и растущим производством марганцовистых сплавов.

Марганцевые руды подразделяются на оксидные, карбонат­ ные и смешанные. Оксидные представлены: пиролюзитом Мп02

окисленные, конкреционные руды оруднены пиролюзитом, рас­ средоточенным в пустой породе. В лучших рудах концентрация, %: Mn«50, Р 0,17—0,25, Si02 8—10. Ноздреватые, пористые руды в основном орудняются псиломеланом, в этих рудах больше пустой породы и меньше марганца. Землистые, черные руды орудняются марганцевыми глинистыми и песчано-глини­ стыми породами. Это бедные руды с содержанием 10—15 % Мп. Карбонатные руды орудняются родохрозитом МпСоз (40—45 % Мп), манганатокальцитом (Са, Мп)СОз с 7—25 % Мп.

СССР по запасам и добыче марганцевых руд занимает пер­ вое место в мире. Основное количество марганцевых руд состав­ ляют карбонатные (70,8%), запасы оксидных — 23,2%.

Качественные руды и концентраты для выплавки высокомар­ ганцевых сплавов должны, кроме высокого содержания мар­ ганца, иметь не выше определенного предела железа, так как оно может мешать восстановлению марганца. Относительное содержание кремнезема к марганцу в концентрате должно быть Si02: Мп=0,25—0,40, и для получения сплавов с регламентиро­ ванным содержанием фосфора 0,25—0,35 % должно быть отно­ шение в концентрате Р : Мп = 0,0020-f-0,0040.

Чнатурское месторождение было представлено боле£ чем наполовину оксидными марганцевыми рудами, содержащими 15—57 % Мп, 0,1—0,25 % Р. В настоящее время значительная часть богатых руд выработана, вся добы­

ваемая руда обогащается физическими методами.

Никопольское месторождение наполовину представлено оксидными, на 36 % карбонатными и на 12 % смешанными рудами. Месторождение разраба­

Si02 32,0; AI2O3 5,7; Р : М п=0,0069. Очевидно, руды нуждаются в обогащении К дефосфорацш* Обогащение никопольских руд может дать в малых коли­ чествах концентраты высших сортов (А и I), из которых можно производить

ферромарганец.

Большетокмакское месторождение является продолжением Никополь­ ского, в основном представлено карбонатными рудами. Средняя концентрация марганца в месторождении 16,1 %, фосфора 0,151 %, что определяет отноше­ ние Р : Мп = 0,007-0,009. Обогащение токмакской карбонатной руды промыв­ кой дает средний состав концентрата 26,7 % Мп, 0,173 % Р; отношение Р Мп = 0,0065, т. е. практически повышенная фосфористость не уменьшается. Необходима разработка эффективного обогащения с дефосфорацией для дан­ ных руд, поскольку б них мы имеем половину наших запасов.

Уральские месторождения, Западной и Восточной Сибири многочислен­ ные, но руды бедные марганцем, высокофосфористые и неперспективные.

§ 5. Хромовые руды

Хромовые руды — сырье для производства феррохрома и метал­ лического хрома, для чего в руде должно быть Сг2О3>40 %, а отношение Сг20 3 к FeO не ниже 2,5; руды с меньшим содер­ жанием и отношением используют для производства хромомаг­ незитовых и периклазовых огнеупоров. Хром земной коры нахо­ дится в кислородных соединениях типа шпинели. Орудняющие минералы — хромит Fe0-C r20 3, в чистом виде содержит 6 8 % Сг20 3, магнохромит. (Mg, Fe)Cr204, алюмохромит Fe(Cr, A1)2OI. Большая часть мировой добычи хромовых руд (без СССР) при­ ходится на Южную Африку (45%) и Турцию ( 10 %). Промыш­ ленные страны лишены собственных месторождений хрома. Наибольшие запасы хромовых руд СССР находятся на Урале и в Казахстане. Из уральских месторождений важнейшее — Сарановское с составом руды, %: Сг20 3 37, А120 3 16, Fe 22,3; руды пригодны в основном для производства огнеупоров. В на­ стоящее время наибольшее значение имеют казахстанские место­ рождения, особенно Кимперсайское, дающее отличное сырье для феррохрома, так как содержание Сг20 3>45 %, а отношение Сг2Оэ : FeO>3,5.

§ 6. Комплексные руды

Руды, содержащие, помимо железа, другие металлы, восстанов­ ление которых является целью плавки, называют комплексными.

Железомарганцевые руды представлены Атасуйским место­ рождением (Казахстан), в котором есть участки, где в руде, кроме железа, содержится до 20 % Мп. Железохромоникелевые руды, несущие, кроме железа, хром и никель, представлены Халиловским месторождением, их состав, %: Fe37—47, СгО.ОЗ— 2,13, NiO 0,31—0,91, S 0,1—0,15, Р 0,1—0,15. Железованадиевые или титаномагнетитовые руды представляют равномерную смесь магнетита с ильменитом Fe0 -T i02. В магнетите V2O3 образует изоморфную смесь с Fe20 3 в виде FeO- (Fe20 3, V20 3). В таких рудах содержится до 50 % Fe, до 15 % ТЮ2, до 1 % V.

§ 7. Отходы металлургических и других производств

Переплав отходов передела чугуна и стали, машиностроитель­ ных и химических производств повышает рентабельность произ­ водства железных сплавов. Назовем основные отходы.

Высокомарганцовистые доменные шлаки от выплавки ферро­ марганца, содержащие 15—20 % Мп, добавляют в шихту на передельный чугун для извлечения железа и марганца. Колош­ никовая пыль содержит до 55 % Fe; используя ее в агломера­ ции возвращают потерянное железо в доменную печь. Марте­ новские шлаки (исключая фосфористые) добавляют в доменную шихту для извлечения содержащегося в них марганца. Окалина, получающаяся окислением металла при нагреве и прокатке, со­ держит около 70 % Fe, ее целесообразно применять в мартенов­ ской плавке вместо железной руды. Колчеданные, или пиритные огарки, получающиеся при производстве серной кислоты, содержат до 50 % Fe; их целесообразно использовать в агломе­ рации. Чугунный или доменный скрап идет в доменную шихту.

Стальной скрап переплавляют при производстве стали. Скрап может быть оборотным металлургического завода и собранныМ| вторичным сырьем. Лом сортируют, разделяя на леги­ рованный и нелегированный и по крупности. Негабаритный, лом измельчают на копрах, подрывая, разрезая кислородом, авто­

прессах и более мощных гидравлических пакетир-прессах. Пе­ реработка стружки возможна методом горячего брикетирования и переплавом в специальных печах.

§8. Флюсы металлургических производств

Вдоменной плавке флюсы с оксидами пустой, породы и золой топлива образуют шлак, по своим свойствам удовлетворяющий условиям плавки. Шлак должен связывать серу, вносимую

сырыми материалами, преимущественно коксом; она ошлаковывается известняком. Известняк СаС03 для доменной плавки должен быть кусковатым в пределах 60—25 мм, достаточно прочным, должен содержать мин-имум других примесей, осо­ бенно кремнезема, уменьшающего,его флюсующую способность. В лучших сортах известняка сумма Si02+ Al203 не превышает 1,0 %, в худших доходит до 5,0 %. В известняке должно быть минимально фосфора и серы. В современной практике домен­ ного производства все больше применяют офлюсованный и самоплавкий агломерат. При его производстве флюс в измель­ ченном состоянии (3—0 мм) примешивают к агломерационной шихте и спекают с железорудными материалами. В сталепла­ вильных процессах для образования основного шлака в завалку и по ходу процесса добавляют известняк и известь. Для разжи­ жения шлаков в качестве флюса применяют боксит. Основной составляющей боксита является А120з -Н20, влага в боксите до­ ходит до 20—22 %,минимальное содержание А120з в боксите по ГОСТу 27 %, много оксидов железа (20—45 %). Для созда­ ния кислых шлаков пользуются кварцевым песком и шамотным боем, в котором 30—35 % А120з, остальное Si02. Для разжиже­ ния сталеплавильных шлаков, особенно электродуговой плавки, применяют плавиковый шпат— минерал, содержащий в основ­ ном CaF2 (75—92 %).

Г л а в а 3. ПОДГОТОВКА СЫРЫХ МАТЕРИАЛОВ К ПЛАВКЕ

Значение подготовки вытекает из высокой материалоемкости металлургии, особенно металлургии железа, меди, никеля. Так, на 1 т чугуна средний расход железной руды составляет 1,8—2,0 т, соответственно суммарная доля рудной, флюсовой и топливной составляющих в капиталоемкости достигает 90 % и в себестоимости готовой продукции черной металлургии до 65 %. Отсюда оче­ видно, что эффективность производства зависит от степени и' широты подго­ товки сырья. Современная общая мощность ГОКов, обслуживающих железо­ рудные месторождения страны, превышает 300 млн. т сырой руды в год.

§ 1.Дробление и сортировка

Дробление. Обогащение, производство окатышей, агломерация требуют мелкого дробления и измельчения руд. Дробление яв­ ляется необходимой начальной операцией подготовки руд к плавке и составляет 40 % общей стоимости обогащения руд:

Рис. 1.1. Схемы действия дробильных аппаратов:

Для предупреждения комкования и распыления тонкое измель­ чение производят в жидкой среде; в пульпе содержится 40— 70 % твердого вещества. Оборудование, особенно для крупного дробления, представляет собой мощные энергоемкие установки, составляющие до 60 % стоимости ГОКа.

Грохочение и классификация. Сортировка руды по крупности, или грохочение — необходимая операция разделения руд на классы перед загрузкой в плавильный агрегат. Классификация руд с отбором необходимой фракции является предварительной стадией перед обогащением. Разделение на классы крупных и средних фракций производят на грохотах, мелких — на грохотах и классификаторах, тонких — преимущественно в классифика­ торах.

Колосниковый грохот — простейшее и самое распростаненное средство для разделения материалов по крупности, пред­ ставляет собой колосники из наклонных (под 35—40°) парал­ лельных стальных брусьев. Вибрационный грохот — металличе­ ская сетка, натянутая на раму. Сетка вибрирует или качается под действием привода или электромагнита. Для выделения не­ скольких классов крупности ставят несколько сеток одну над другой. Барабанный грохот представляет собой цилиндр из сетки. Для выделения нескольких фракций устанавливают концентрично несколько сеток с ячейками разного размера.

Рис. 1.2. Спиральный классификатор:

1 — верхнее положение спирали; 2 — привод подъема спирали

/ — подача пульпы; 2 — выход слива; 3 — выход песков; 4 — диафрагма; 5 — шаровая мельница

Для уменьшения комкования и распыления классификацию производят в пульпах, такая классификация называется мокрой, или гидравлической, а применяемые аппараты — классификато­ рами. В них крупные (тяжелые) частицы оседают из пульпы, мелкие (легкие) уносятся сливом. Реечный классификатор — наклонное корыто с плоским днищем. Пески, осевшие на дно, перегребают к приподнятому краю дна и выгружают. Спи­ ральный классификатор (рис. 1.2) отличается от предыдущего полукруглым сечением корыта. Для разгрузки песков служит шнек. Конусный классификатор (рис. 1.3, а) — конус с вершиной внизу, где собираются и выгружаются пески. Мелкие фракции уносятся сливом. Производительнее гидроциклоны (рис. 1.3,6), в которые пульпа подается насосом тангенциально.