Обоснование технологии силикотермического получения магния из уральского доломитового сырья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат наук Белоусов, Михаил Викторович

• Белоусов, Михаил Викторович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Белоусов, Михаил Викторович

Оглавление

Введение

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Сравнительный анализ силикотермических способов производства магния

1.2 Доломит и области его применения

1.2.1 Характеристика Бойцовского и Чернореченского месторождений доломита

1.2.2 Требования, предъявляемые к доломиту и восстановителю в производстве магния

1.3 Основы производства магния способом Пиджена

1.4 Обоснование направления исследования, его цели и задачи

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ ДОЛОМИТА УРАЛЬСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

2.1 Методики исследования и характеристики образцов

2.2 Термодинамическое моделирование диссоциации доломита

2.3 Термическая диссоциация доломита

2.4 Кинетические параметры диссоциации доломита

2.5 Влияние температуры обжига на активность обожженного доломита

2.6 Выводы

3 ДРОБЛЕНИЕ, ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ, БРИКЕТИРОВАНИЕ ДОЛОМИТА И ФЕРРОСИЛИЦИЯ

3.1 Методики экспериментов

3.2 Определение прочностных характеристик доломита до и после обжига

3.3 Измельчение обожженного доломита и ферросилиция

3.4 Брикетирование обожженного доломита и ферросилиция

3.5 Выводы

4 Восстановление магния из обожженного доломита ферросилицием

4.1 Методики экспериментов

4.2 Термодинамическое моделирование процесса восстановления

4.3 Экспериментальное восстановление магния ферросилицием

4.4 Выводы

5 ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМБ1 ПРОИЗВОДСТВА

МАГНИЯ

5.1 Рекуперация отходящих газов печи восстановления магния

5.2 Экологические аспекты в производстве магния

5.3 Технико-экономическое обоснование силикотермического производства магния

5.4 Выводы

Заключение

Библиографический список

Приложение А Предложение по производству магния из доломита от

ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА»

Приложение Б Результаты расчетов материальных и тепловых балансов силикотермической технологии получения магния из уральских

доломитов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование технологии силикотермического получения магния из уральского доломитового сырья»

Введение

Актуальность работы. К началу 90-х годов мировое производство магния достигло 200 тыс. тонн в год, из них 80% производили электролитическим (США, Россия, Норвегия и др.) и 20% - силикотермическим (Франция, Япония, Бразилия и др.) способами.

Развитие силикотермической технологии по способу Пиджена обеспечило рост производства магния до 833 тыс. т (2012 г.), 85% из которых вырабатывается в КНР.

В настоящее время в РФ первичный магний получают только электролитическим способом на Соликамском магниевом заводе и на Березниковском титано-магниевом комбинате, где в качестве сырья используют карналлит и оборотный хлорид магния титанового производства. Сложность и многостадийность технологической схемы, экологическая опасность производства (хлор, диоксины и др.), большое количество твердых отходов дорогостоящие системы улавливания и отчистки газов, а также высокий расход электроэнергии предопределяют переход на силикотермическую технологию переработки оксидно-карбонатного сырья.

Уральский регион располагает большими запасами магнийсодержащего сырья (доломит, магнезит и др.) развитым производством ферросплавов, что предопределяет перспективы развития силикотермической технологии. Повышение конкурентоспособности технологии предполагает выявление особенностей процессов при термической обработке сырья, параметров технологической схемы.

Степень разработанности темы. Известные научные и технологические сведения охватывают физико-химические основы силикотермического восстановления магния. Остается не выясненными прочностные свойства обожженного доломита, его измельчение и брикетирование, кинетика диссоциации доломитов отличающихся отношением / СаО, примесями

щелочных металлов и галогенидов, влияющих как на кинетику диссоциации

карбонатов, так и восстановление магния из оксида. Технология восстановления магния из доломитов также требует доработки для приближения к энергосберегающим и экологически безопасным процессам.

Цель работы состоит в обосновании технологии силикотермического получения магния из доломитов Бойцовского и Чернореченского месторождений (Свердловская область).

Для достижения цели поставлены задачи: оценки химического и фазового составов доломитов Бойцовского и Чернореченского месторождений, термодинамического моделирования термической диссоциации доломита и силикотермического восстановления магния, определения кинетических параметров диссоциации карбонатов, обоснования режимов обжига, измельчения, окускования (брикетирования), восстановления магния и технологической схемы.

Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач использованы следующие методы и методики: атомно-эмиссионный (iCAP 6300 Duo), рентгенофазовый, в т.ч. высокотемпературный (RIGAKU Dmax - 2200) и газоволюметрический (КОУК) анализы, ИК-спектрометрия (TENSOR27), дифференциально-сканирующая калориметрия и термогравиметрия (NETZSCH STA 449С), термодинамического моделирования (HSC 6.1 Chemistry). Лабораторное моделирование процессов проведено с использованием высокотемпературных печей. Расчет кинетических параметров термической диссоциации доломитов и оценки реакционной модели выполнен с использованием программного комплекса NETZSCH Thermokinetics 3.0. Для обработки данных использовали методы статистического анализа с применением компьютерной программы Excel.

Научная новизна:

- на основе данных о химизме и кинетике диссоциации доломита обоснованны функциональные зависимости двухстадийной реакционной модели процесса;

- определены прочностные характеристики доломита до и после обжига, а также влияние давления прессования смеси продуктов обжига с ферросилицием на прочность, плотность и открытую пористость брикетов;

выявлены температурные интервалы силикотермического восстановления магния из обожженного доломита, предотвращающие спекание образцов и обеспечивающие высокую скорость реакций, лимитирующихся диффузией реагентов.

Практическая значимость.

Показана принципиальная возможность и эффективность переработки уральских доломитов силикотермическим способом. Рекомендованы параметры процессов обжига доломита, измельчения оксидов совместно с ферросилицием, брикетирования шихты, возгонки и конденсации магния. Оригинальность технологии состоит в совместном измельчении обожженного доломита с ферросилицием, обороте отходящих газов печей восстановления ' на стадии обжига и переплава магниевого конденсата. Технология рекомендована ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА», г. Березники.

На защиту выносится:

- результаты термодинамических расчетов и определения кинетических параметров термической диссоциации доломита и восстановления ферросилицием продуктов его обжига;

- экспериментальные данные по определению прочностных свойств доломита до и после обжига, а также измельчения обожженного доломита с ферросилицием и последующего их брикетирования;

- технологическая схема переработки уральских доломитов и базовые режимы работы агрегатов.

Степень достоверности и апробация работы. Основные результаты работы представлены на научных и научно-технических международных и российских конференциях:

69th Annual World Magnesium Conference IMA (San Francisco, California USA, 2012); 3nd International scientific conference European Science and Technology

(Munich, Germany, 2012); Science, Technology and Higher Education: materials of the international research and practice conference (Westwood, Canada, 2012); Проблемы экологии и рационального природопользования стран АТЭС и пути их решения (Москва, 2010); Технические науки: традиции и инновации (Челябинск, 2012); XVI конференция Современные техника и технологии (Томск, 2010); I конференция Инновации в материаловедении и металлургии (Екатеринбург, 2011); Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения (Новокузнецк, 2010); Новые химические технологии: производство и применение (Пенза, 2010).

Личный вклад соискателя. Непосредственное участие соискателя заключается в подготовке литературного обзора, планировании и проведении экспериментов, анализе и обработке полученных результатов, разработке схем эффективного использования отходящих газов печи восстановления, технологических и экономических расчетах предлагаемой технологии получения магния из Уральских доломитов, а также подготовке публикаций и патентов.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 16 печатных работах, в т.ч. 3 журналах рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов диссертации. Получен патент РФ №2488639 на способ силикотермического производства магния.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка из 97 наименований. Работа изложена на 124 страниц текста, включает 2 приложения, 46 рисунков и 28 таблиц.

Автор выражает благодарность за помощь и поддержку в проведении экспериментов и подготовке диссертации сотрудникам Уральского федерального университета к.т.н. Ракипову Д.Ф., к.т.н. Колесниковой М.П., к.х.н. Никоненко Е.А., а также Института металлургии УрО РАН к.т.н. Гуляевой Р.И., ассистенту Тюшнякову С.Н.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Сравнительный анализ силикотермических способов

производства магния

Известно [1], что силикотермические способы производства магния по сравнению с электролитическими имеют ряд преимуществ: возможность использования энергии выделяемой при сжигании природного газа, отсутствие необходимости применения постоянного электрического тока, простота технологии и меньшие удельные капитальные вложения, использование в качестве сырья доломита, весьма распространенного и более богатого по содержанию магния (13,2%) по сравнению с карналлитом (8,8%). Экономическое сравнение термических способов получения магния было впервые опубликовано Бауэром [2]. Несмотря на то, что использованные им фактические данные устарели, его прогноз о наибольшей перспективности силикотермического способа актуален и получил подтверждение в ходе развития зарубежной магниевой промышленности.

Первые официальные попытки получения магния силикотермическим способом были сделаны еще в 1917 г. В. Гросвенором [3] и в 1919 г. Бликером и Моррисоном [4], когда они получили патент на восстановление магния из доломита кремнием в дуговой печи в атмосфере водорода. Начиная с 1930 г., в разных странах широко развернулись исследования термических способов получения магния [5]. В СССР они были развиты во Всесоюзном алюминиево-магниевом институте (ВАМИ) и в других учреждениях [6]. Силикотермические способы производства магния начали внедрять в промышленность перед второй мировой войной и стали широко применяться во время войны, когда необходимо было быстро вводить в эксплуатацию новые заводы. Этому способствовала распространенность применяемого для силикотермических способов дешевого сырья - доломита и сравнительная простота технологии.

Силикотермические способы получения магния развивались одновременно и независимо в разных странах и поэтому получили несколько самостоятельных технологических и аппаратурных оформлений.

Известно [7, 8] несколько промышленных силикотермических способов получения магния: Пиджена, Больцано (Бразмаг), Магнетерм. Принципиально эти способы отличаются только технологическими параметрами проведения стадии восстановления магния.

Способ Пиджена. Технически удовлетворительный процесс, в котором использовали доломит и кремний, был разработан фирмой IG Farben в 1930-х годах. В промышленном масштабе способ был впервые осуществлен в 1941 году доктором L.M. Pidgeon, директором компании Research of Dominian Magnesium Limited в г. Хейли, штат Онтарио. Способ включает [9-13]: дробление и обжиг доломита, измельчение ферросилиция и смешивание компонентов шихты с последующим ее брикетированием. Термическое восстановление магния из брикетированной шихты проводят в стальной реторте при температурах 1165-1200°С и давлении 0,01-0,13 кПа. Восстановительная реторта имеет две зоны: горячую и холодную. Горячая зона реторты, находится непосредственно в печи, обогреваемой продуктами горения топлива. В холодной зоне реторты, охлаждаемой водой, происходит конденсация паров магния в твердом виде. Как правило, в способе Пиджена для создания необходимых тепловых режимов в печи используют энергию сжигания угля, природного или коксового газа.

Способ Больцано (Бразмаг) [14] был разработан как усовершенствование способа Пиджена путем увеличения объема реактора и единичной загрузки шихты до 1 т. Технологическая схема производства магния идентична способу Пиджена и состоит из тех же стадий. Брикеты шихты загружают на стальные резисторы, затем набор пакетов из резисторов с брикетами помещают в герметичный аппарат восстановления, устанавливаемый в шахтной вакуумной электропечи. В аппарате восстановления производится нагрев брикетов от нагреваемых резисторов пропусканием электротока через них. Нагрев производят до температуры 1200°С при давлении 0,1 кПа. Пары магния конденсируются в

водоохлаждаемом холодильнике-конденсаторе в твердом виде. Таким образом, использование специального аппарата восстановления установленного в шахтную печь позволило исключить применение дорогих реторт восстановления.

Способ Магнетерм [15] заключается в восстановлении магния из обожженного доломита ферросилицием в вакуумной дуговой электропечи и конденсации паров магния в охлаждаемом водой конденсаторе в жидком виде. Процесс восстановления протекает при температуре 1550-1600°С и давлении 0,665-0,931 кПа. Для увеличения скорости реакции восстановление магния ведут в расплавленной среде. Для снижения температуры плавления в шихту добавляют оксид алюминия. В процессе используется кусковая (не брикетированная) шихта фракции 5-10 мм. Производство магния способом Магнетерм было организовано в Югославии, США, Франции, Сербии, но было закрыто в связи мощной экспансией на рынок дешевого китайского магния и высокой стоимостью электроэнергии.

В настоящее время [16] силикотермическим способом магний получают в Бразилии - 16 тыс. т/год (способ Больцано) и в Китае - 698 тыс. т/год (способ Пиджена). Основные показатели силикотермических способов производства магния приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Технико-экономические показатели силикотермических способов производства магния

Показатели Пиджена (Китай) Больцано (Бразилия) Магнетерм (Франция)

Протекание процесса в твердой фазе в твердой фазе в жидкой фазе

Источник энергии коксовый газ электроэнергия электроэнергия

Температура восстановления, °С 1165-1200 1165-1200 1550-1600

Давление в реакторе, кПа 0,01-0,13 0,01-0,13 0,66-0,93

Конденсация магния в твердом виде в твердом виде в жидком виде

Расход Ре81, т/т магния 0,89 0,81 0,84

Расход доломита, т/т магния 5,36 5,84 5,7

Расход боксита, т/т магния — — 0,75

Продолжение таблицы 1.1

Показатели Пиджена (Китай) Больцано (Бразилия) Магнетерм (Франция)

Выход магния, % 77,1 71,4 75,0

Эффективность использования ферросилиция, % 64,9 71,4 75,0

Выбросы парниковых газов (кг С02/ кг!У^) 43,3 13,8 17,6

Справедливо заметить, что непрерывное усовершенствование способа Пиджена китайскими производителями, направленное на снижение затрат, позволили осуществлять процесс при использовании угля на технологических переделах. Обжиг доломита, восстановление магния и переплавку конденсатного магния на большинстве китайских магниевых заводах производят с использованием коксового газа. При этом отмечено [17], что использование природного газа вместо коксового позволяет снизить выбросы парниковых газов до 25 кг С02 на кг магния.

Необходимо отметить, что силикотермические способы производства магния в России никогда не применялись. Несмотря на то, что в период с 30-х по 60-е годы ученные П.Ф. Антипин, А.Ф. Алабышев, И.Д. Царегородцев, А.И. Войницкий, А.Ю. Тайц, М.В. Дарбинян непосредственно занимались изучением этих способов [5] и неоднократно отмечали актуальность и перспективность их применения [18, 19], в советское время приоритеты были отданы электролитическому получению магния.

Учитывая результаты сравнительного анализа (Таблица 1.1), накопленный мировой опыт производства магния, а также особенности ресурсов и производства на Урале: сконцентрированные залежи доломита, развитое производство ферросилиция, наличие природного газа, можно выделить силикотермический способ, как наиболее привлекательный для организации производства магния по сравнению с другими способами.

1.2 Доломит и области его применения

В геологии [20] доломит рассматривают как минерал и как горную породу. Минерал доломит имеет серовато-белый цвет, иногда с желтоватым, буроватым и зеленоватым оттенком, относится к классу карбонатов, является двойной углекислой солью кальция и магния СаМ§(С03)г и содержит 30,4% СаО; 21,8% М§0 и 47,8% СО2. Соотношение масс СаО к М§0 равно 1,39. Минерал может содержать примеси Бе , Мп , СО, Ъп, РЬ [21]. Доломит образует мраморовидные кристаллически-зернистые сплошные массы, часто пористые. Структура островная, сингония тригональная, класс симметрии ромбоэдрический (Рисунок 1.1). Грани кристаллов часто искривлены, иногда седловидно вытянуты. Довольно характерными являются седловидные сростки [22]. Главные линии на рентгенограммах: 2,883; 2,191; 1,785 А. В НС1 растворяется медленно, без шипения.

Рисунок 1.1- Кристаллы (а) и седловидный сросток (б) доломита

Доломит, как горная порода, относится к осадочным карбонатным породам, состоящим на 95% и более из основного минерала. Основные примеси -кальцит, ангидрит, глинистые вещества, гипс. Если основная примесь - ангидрит, породу называют ангидрито-доломитовой, если глины - доломитовым мергелем, если пески - песчанистым доломитом. Окраска доломита обусловлена количеством и составом примесей, преобладают светлоокрашенные разности [20].

Доломит является распространенной горной породой. Он составляет около 2% веса осадочных пород и около 0,1% всех пород, входящих в состав земной коры. В общей массе карбонатных пород удельный вес доломита составляет 40% [23].

Большинство доломитов содержит оксид кальция и магния в массовом отношении СаО:М^О от 1,4 до 1,7, однако это отношение может меняться в широких пределах. Между доломитами и известняками существует непрерывный ряд переходных карбонатных пород, классификация известково-доломитовых пород приведена в таблице 1.2. Можно отметить, что в некоторых литературных источниках [24] известняки и доломиты относят к известковым породам.

Таблица 1.2 - Классификация известково-доломитовых пород

Известняки, СаС03>50% Доломиты, СаМ§(С03)2>50%

чистые доломити-стые доломитовые известковые известко-вистые чистые

СаС03>95 95-75 75-50 50-25 25-5 <5

CaMg(C03)2<5 5-25 25-50 50-75 75-95 >95

Происхождение доломита. Доломит слагает пласты (иногда значительной мощности) прослои, линзы, тела неправильной формы и жилы. В вопросах происхождения, генетической классификации и номенклатуры доломита нет единых взглядов [20]. Первично осадочные доломиты - это результат химического осаждения в бассейнах аридной зоны. Во многих случаях доломиты образуются как первичные осадочные породы в водных соленосных бассейнах [22]. Структура таких доломитов равномерно мелкозернистая, залегают они в виде хорошо выдержанных пластов с ясно выраженной слоистостью. Все остальные типы доломита рассматриваются как продукты замещения известкового осадка или породы магнезиальными солями на разных стадиях образования. Доломит возникает при действии горячих растворов, содержащих магнезиальные соли, на известняки, а также путем непосредственного отложения из горячих растворов в рудных жилах. Главные массы доломита образуются экзогенным путем за счет замещения магнезиальными солями известковых пород: 2Са(С03) + MgCl2 = MgCa(COз)2 + СаС12. (1.1)

Время, условия образования и названия таких доломитов трактуются не однозначно: доломиты вторичные, доломиты диагенетические, доломиты метасоматические, доломиты замещения и.т.д. [20]. Их структуры чаще крупно- и

неравномерно зернистые, с органическими остатками, замещенными доломитом, текстуры массивные, неяснослоистые. Доломиты способны закарстовываться и широко распространены в отложениях докембрия и палеозоя. Менее распространен доломит гидротермальных жил в виде сплошного доломита. Основные спутники доломита - сидерит, родохрозит, серпентинит, тальк и брусит.

Применение доломита. В связи с развитием силикотермических способов производства магния в мире доломит в настоящее время является главным сырьевым источником магния. Использование исключительно доломита в производстве магния связанно с термодинамическими особенностями протекания процесса восстановления магния ферросилицием.

Кроме производства магния доломит используется и в других областях. Например, в России в связи с отсутствием термических способов производства магния, основными областями применения доломита являются: металлургия, стекольная промышленность, строительная отрасль, сельское хозяйство.

В металлургии доломит применяются как огнеупорный материал (в сыром и обожженном виде) и как флюс. В сыром виде его используют в качестве заправочного материала для основных мартеновских печей и конвертеров. После обжига получают обожженный металлургический доломит в соответствии с ТУ 14-8-232-77 «Доломит дробленный для производства конвертерных огнеупоров» или доломитовый порошок, применяемый при изготовлении смолодоломитовых и смолодоломит-магнезитовых огнеупоров, для получения огнеупорных трамбовочных масс, кирпича, блоков и огнеупорных изделий специального назначения. Технические требования к качеству сырого доломита, предназначенного для обжига, подсыпки порогов и заправки мартеновских печей, содержатся в отраслевом стандарте ОСТ 14-84-82 «Доломит сырой металлургический», который пользуют, несмотря на его отмену. Имеются технические условия на доломит обожженный для изготовления подин чугуноплавильных дуговых электропечей ТУ 14-8-222-77, доломит обожженный металлургический ОСТ 14-85-82 и флюсовый доломит ТУ 14-16-28-89.

В стекольном производстве доломит используется для ввода в состав стекольной шихты необходимых щелочноземельных оксидов и СаО.

Требования к доломиту для производства стекла регламентируются ГОСТом 23672-79 «Доломит для стекольной промышленности. Технические условия».

В строительной отрасли доломиты используют для производства карбонатного щебня, магнезиальных вяжущих, теплоизоляционных материалов (минеральной ваты), наполнителей для сухих строительных смесей. Для производства магнезиальных вяжущих используются доломиты с содержанием ]У^О не менее 18,5%. Для получения минеральной ваты обычно применяют двухкомпонентную шихту, состоящую из смеси базальтовых пород или шлаков с доломитом, содержание которого составляет до 10%. Также доломит применяют для производства минерального порошка, используемого при производстве асфальтобетонных смесей и в качестве наполнителя при производстве мягких кровельных материалов.

В сельском хозяйстве доломит используется для нейтрализации кислых почв. Для этого применяется доломитовая мука, получаемая измельчением карбонатных пород или отсевов их дробления при производстве щебня.

В настоящее время добычей и производством доломита в России занимаются такие компании как ООО «Карьер Бойцы» (Свердловская область), ОАО «Доломит» (Липецкая обл.), ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (Челябинская обл.), ОАО «Ковровское карьероуправление» (Владимирская обл.), ОАО «Комбинат Магнезит» (Челябинская обл.), ОАО «Чусовской металлургический завод» (Пермский край), ООО «Капитал Магнезит» (Владимирская обл.), ОАО «Кавдоломит» (Республика Северная Осетия-Алания).

Месторождения доломита. Доломит распространен в земной коре почти также широко как известняки и, подобно последним, встречается во всех геологических формациях [23]. Запасы доломита в зарубежных странах в литературных источниках обычно отсутствуют, по-видимому, в связи с широким распространением доломитов. Тем не менее, наибольшие объемы добычи

доломита имеют место в Великобритании, Германии, Франции, Венгрии, Румынии, Италии и в других европейских странах - Австрии, Чехии, Словакии, Норвегии и т.д. Большие месторождения доломита разведаны в Китае и Северной Корее.

Месторождения доломита в России широко распространены. На территории СССР было разведано 44 месторождения, в том числе на Урале, в Подмосковье, Сибири, на Кавказе, на Дальнем Востоке и т.д. В качестве примера в таблице 1.3 приведены основные месторождения доломита на территории Уральского Федерального округа [23]. В целом состав доломитов не отличается постоянством: среди них находятся и почти чисто доломитовые и кремнистые, мергелистые и известковистые разновидности, но запасы высококачественного доломита значительны [23]. Необходимо отметить, что Бойцовское и Чернореченское месторождения доломитов входящие в состав Билимбаевского синклинория находятся на территории Свердловской области.

Таблица 1.3- Основные месторождения доломита на Урале

Месторождения Содержание, % п. п. п., % Массовое отношение MgO:CaO

MgO СаО Si02 RxOy

Белый камень 20,8 32,1 0,8 0,5 45,8 0,65

Пашийское 21,3 30,4 0,3 0,5 47,5 0,70

Пихтовая гора 20 30,6 1,8 1,6 46 0,65

Саткинское 21,7 30,7 0,4 0,9 46,3 0,71

Катайское 20 30,3 2,2 1,9 45,6 0,66

Лисьегорское 22,2 30,7 0,2 0,4 46,5 0,72

Билимбаевское (Чернореченское, Бойцовское) 20,6 31,6 0,3 0,7 46,8 0,65

Журавлев Лог 19,7 32,1 1,8 0,5 45,9 0,61

1.2.1 Характеристика Бойцовского и Чериореченского месторождений

доломита

Доломитовые залежи Свердловской области в основном сконцентрированы в Билимбаевском районе на территории Муниципального образования "Город Первоуральск" и представлены Чернореченским и Бойцовским месторождениями [25].

Залежь доломитов Чериореченского месторождения находится в верховьях р.Чёрной в 6,3 км севернее п. Крылосово, приурочена к полосе развития карбонатных пород которая расположена в зоне сочленения Дружининской структуры и Черемшанской синклинали Улсовско-Билимбаевского синклинория [26]. Месторождение представляет собой пластообразное тело, простирающееся в северно-восточном направлении на 1040 м с крутым падением на восток под углом 70°. Ширина залежи доломитов 410-440 м. Текстура доломитов чаще массивная, реже - слоистая, участками - брекчиевая. Строение залежи простое, глубина до 75 метров от дневной поверхности (горизонт +260 метров). По сложности геологического строения Чернореченское месторождение относится ко второй группе по классификации Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых. Горнотехнические условия отработки месторождения простые. Запасы металлургических доломитов Чериореченского месторождения по категориям С1 + С2 составляют 29,8 млн. тонн [25]. В настоящее время месторождение не эксплуатируется.

Бойцовское месторождение доломитов расположено в 0,5 км к югу от ж/д станции Бойцы, в 0,9 км западнее западной окраины п. Крылосово на левобережном склоне долины р. Чусовой и приурочено к северо-западной краевой части Черемшанско-Цибихинской синклинали, входящей в состав Билимбаевского синклинория. Общие запасы Бойцовского месторождения составляют 14957 тысяч тонн [25]. В настоящее время месторождение разрабатывается предприятием ООО «Карьер Бойцы» [25]. Толща доломитовой

породы, залегает в виде субмеридиональной полосы длиной 420 м, при ширине 190-230 м. Мощность толщи превышает 300 м.

В пределах Билимбаевского синклинория чётко выделяются два стратиграфических горизонта, в которых локализуются промышленные залежи металлургических доломитов - это карбонатные толщи верхнего ордовика и эйфельского яруса среднего девона.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Белоусов, Михаил Викторович, 2013 год

Библиографический список

1. Москвитин В.И., Николаев И.В., Фомин Б.А. Металлургия легких металлов. -М.: Интермет Инжиниринг, 2005. - 416 с.

2. Егер Г. Электроплавка в цветной металлургии. - М.: Металлургиздат, 1958. -303 с.

3. Patent US 1239178 Grosvenor W.M. Process for Obtaining Alkali Metals, 1916

4. Patent US 1311378 Bleecker W.F., Morrison W.L. Apparatus for Producing Alkali Metals, 1919

5. Стрелец X.Jl., Тайц А.Ю., Гуляницкий Б.С. Металлургия магния. - М.: Металлургиздат, 1960. - 480 с.

6. Чельцов В.М., Царегородцев И.Д. Вакуумные печи для силикотермического способа получения магния // Цветные металлы. - 1976. - № 6. - С. 45-53.

7. Локшин М.З., Макаров Г.С. Актуальные проблемы производства и переработки магния // Цветные металлы. - 2006. - №5. - С. 46-54.

8. Браун Р.Е. Обзор магниевой промышленности // Цветные металлы. - 2002. -№4. - С. 52-56.

9. Pidgeon L.M., Alexander W.A. Thermal production of magnesiums pilot plant studies on the retort ferrosilicon process. New York Meeting: reduction and refining of non-ferrous metals. Trans. Am. Inst. Min. Mater. Eng. 1944, P. 315-352.

10. Toguri J.M., Pidgeon L.M. High-temperature studies of metallurgical processes. Part I. The thermal reduction of magnesium oxide with silicon. Can. J. Chem. 1962, P. 540-547.

11. Toguri J.M., Pidgeon L.M. High-temperature studies of metallurgical processes. Part II. The thermal reduction of calcined dolomite with silicon. Can. J. Chem. 1962, P. 1769-1776.

12. Pidgeon L.M. and King J. The Vapor Pressure of Magnesium in the Thermal Reduction of MgO by Ferrosilicon, Faraday Society Transactions, Physical Chemistry of Process Metallurgy, Disc. 4, 1948, P. 197-206

13. Kroll W. Le Magnesium silicothermique, Rev. Meta., Vol. 48, №12, 1951, - P. 929-934.

14. Patent.US 4238223 Bettanini C. Method of extracting magnesium from magnesium oxides. 1980

15. Lugagne M. Paul. The method for producing magnesium Magnetherm // Erzmetall, 31. - 1978.-№ 7.-P. 310-313.

16. Meng S., Xu J. China Magnesium Development Report in 2011 / The collection of works 69th Annual World Magnesium Conference IMA, San Francisco, California USA, 2012. P. 1-6.

17. Fend G. Assessing the environmental impact of the production of magnesium using the Pidgeon-process in China // Trans. Nonferrous Met Soc. China, 2008. - №18. -P. 749-754.

18. Эйдензон M.A. Металлургия магния и других легких металлов. - М.: Металлургия, 1974. - 199 с.

19. Круглый стол журнала «Цветные металлы». Технический прогресс в производстве магния // Цветные металлы. - 1988. - № 9. - С. 65-70.

20. Козловский Е.А. Горная энциклопедия - М.: Сов. энциклопедия, 1985. - Т.2. -575 с.

21. Годовиков А.А. Минералогия. -М.: Недра, 1975. - 520 с.

22. Лазаренко Е.К. Курс минералогии. - М.: Высшая школа, 1971. - 608 с.

23. Стрелец Х.Л., Тайц А.Ю., Гуляницкий Б.С. Металлургия магния. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1950. -494 с.

24. Юбельт Р., Шрайтер П. Определитель горных пород. - М.: Мйр, 1977. - 240 с.

25. Аникеева Л.Ф., Репина Н.И., Демаков В.В., Семерун В.А. Разведка и переоценка Северного участка Бойцовского месторождения доломитов в Первоуральском городском округе Свердловской области. - Екатеринбург: Уралгеолстром, 2008. - 254 с.

26. Соколова Ю.А. Особенности состава и условия образования Чернореченского месторождения доломитов / Материалы уральской горнопромышленной декады. Екатеринбург: УГГУ, 2007. С. 58-59.

27. Brooks G., Trang S., Witt P. The Carbothermic Route to Magnesium // JOM, 2006 -№5-P. 51-55.

28. Эйдензон M.A. Магний. - M.: Металлургия, 1969. - 352 с.

29. Winand R., Fontana A., Segers L., Carlier J.C. Production of magnesium by vacuum carbothermic reduction of calcined dolomite / Trans. Inst. Min. Metall., Sect. C: Miner. Process. Extract. Metall, 1990 - P. 105-112.

30. Беляев А.И. Металлургия легких металлов. - 5-е изд. - М.: Научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1962. - 442 с.

31.Тайц А.Ю. Условия равновесия и расход энергии при металлотермическом восстановлении окиси магния // Цветные металлы. - 1950. - №5. - С. 47-55.

32. Halmann M., Frei A., Steinfeld A. Magnesium Production by the Pidgeon Process Involving Dolomite Calcination and MgO Silicothermic Reduction: Thermodynamic and Environmental Analyses // Ind. Eng. Chem. Res., 2008 - Vol. 47 - №7. - P. 2146-2154.

33. Abdellatif M. Mintek Thermal Magnesium Process (MTMP): Theoretical and Operational Aspects // The Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. Johannesburg, 2006. - P. 329-341.

34. Берг Л.Г. Введение в термографию. - M.: Наука, 1969. - 395 с.

35. Вайвад А.Я., Гофман Б.Э., Кармон К.П. Доломитовые вяжущие вещества. -Рига: Академия наук Латвийской ССР, 1958. - 259 с.

36. Байков А.А., Тумашев А.С. Разложение природных углекислых солей при нагревании. // Изв. АН СССР, ОТН. - 1937. - №4. - С. 565-592.

37. Гельд П.В., Есин О.А. О возможности предварительной диссоциации доломита на отдельные карбонаты // ЖПХ, 22, - 1949. - №3. - С. 240-244.

38. Есин О.А., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов. -М.: Металлургиздат, 1950. - 511 с.

39. Потапенко С.В. Термический анализ доломитов // ЖПХ, 15. - 1932. - С. 693705

40. Schwob Y. On the thermal dissociation of dolomite. C.r., 47.1947. P. 224-230

41. Будников П.П. Комплексное использование доломита / Сб. трудов по химии и технологии силикатов. - М.: Промстройиздат, 1957. - С. 100-113.

42. Haul R.A.W., Heystek Н. Differential thermal analysis of the dolomite decomposition. Am. Mineral., 37. 1952. P. 166-174.

43. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология. - М.: Теплотехник, 2004. - 688 с.

44. Монастырев А.В. Производство извести - М.: Высш. школа, 1975. - 223 с.

45. Kok M.V., Smykatz-Kloss W. Characterization, correlation and kinetics of dolomite samples as outlined by thermal methods // Jornal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 91. 2008. №2. P. 565-568.

46. Лейзерович Г.Я. Обжиг в кипящем слое. - М.: Металлургиздат, 1956 - 58 с.

47. Вайвад А .Я. Гофман Б.Э., Карлсон К.П. Доломитовые вяжущие вещества. -Рига: АН Латвийской ССР, 1958.-260 с.

48. Будников П.П. О рекристаллизации окиси магния и ее химическая активность / Тр. АН УССР, №5 - 1950. - С 339-343.

49. Добрецова Е.А. Изоморфизм и полиморфные превращения в карбонатах со структурами кальцита и арагонита / Матр. росс. конф. посвященной году Планеты Земля. - М.: Планета земля, 2009. - Т.2. - С. 46-48.

50. Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. - М.: Мир, 1966. - 411 с.

51.Vyazovkin S., Durnham А.К., Criado J.M., Perez-Maqueda L.A. Kinetics Committee recommendations for performing kinetic computations on thermal analysis data. Thermochimica Acta. 2011. 520. P. 1-19.

52. Criado J.M., Ortega A. Kinetic study of thermal decomposition of dolomite by controlled transformation rate thermal analysis (CRTA) and TG. J. of Thermal Analysis. 1991. Vol. 37. P. 2369-2375.

53. Maitra S., Choudhury. A. Das H.S. Effect of compaction on the kinetics of thermal decomposition of dolomite under non-isothermal condition. Journal of materials science. 2005. 40. P. 4749-4751.

54. Li. H., Xie S. Research on Development of Dolomite-Ferrosilicon Thermal Reduction Process of magnesium production. J. Rare Earths. 2005. 23. P. 606-610.

55. Li R.B., Wei J.J., Guo L.J., Zhang S.J. Numerical simulation of magnesium production by the Pidgeon process part 1: a new model for magnesium reduction process in a horizontal retort. 2009. P. 1-4.

56. Ходаков Г.С. Физика измельчения. - М.: Наука, 1972. - 308 с.

57. Lowrison G.C. Crushing and Grinding. The size reduction of solid materials. London. Butterworths & Co. 1974. P. 132.

58. Барон Л.И., Коняшин Ю.Г., Курбатов B.M. Дробимость горных пород. - М.: АН СССР, 1963.- 167 с.

59. Латышев О. Г. Разрушение горных пород. - М.: Теплотехник, 2007. - 672 с.

60. Разумов К.А., Перов В.А. Проектирование обогатительных фабрик. - 4-е изд. -М.: Недра, 1982.-518 с.

61. Ходаков Г.С. Тонкое измельчение строительных материалов. - М.: Изд. литературы по строительству, 1972. - 239 с.

62. Рояк С.М., Рояк F.C. Специальные цементы. - М.: Стройиздат, 1983. - 279 с.

63. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1986. -464 с.

64. Волженский A.B., Буров Ю.С., Колокольников B.C. Минеральные вяжущие вещества. Технология и свойства. - М.: Кнорус, 2011. - 480 с.

65. Дешко Ю.И., Креймер М.Б., Крыхтин Г.С. Измельчение материалов в цементной промышленности. - М.: Стройиздат, 1966. - 270 с.

66. Алексеев Б.В. Технология производства цемента. - М.: Высш. школа, 1980. -266 с.

67. Соколов Я.Г. Тонкий помол в производстве строительных материалов / Сб. трудов по химии и технологии силикатов. - М.: Промстройиздат, 1957. - С. 276-287.

68. Полькин С.И., Адамов Э.В. Обогащение руд цветных металлов. - М.: Недра, 1983.-400 с.

69. Хигерович М.И. Гидрофобный цемент и гидрофобно-пластифицирующие добавки. - М.: Промстройиздат, 1957. - 208 с.

70. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. - М.: Химия, 1977.-297 с.

71. Крыхтин Г.С., Пироцкий В.З. Рояк С.М. Влияние воды вводимой в мельницу на процесс помола клинкера // Цемент. - 1961.- №3. С. 24-31.

72. Крыхтин Г.С. Интенсификация работы мельниц. - Новосибирск: Наука, 1993. - 240 с.

73. Дерягин Б.В., Кротова H.A. Адгезия. Исследования в области прилипания и клеящего действия. - М.: АН СССР, 1949. - 242 с.

74. Дерягин Б.В., Кротова H.A., Смилга В.П. Адгезия твердых тел. - М.: Наука, 1973.-280 с.

75. Вердиян М.А., Богданов B.C., Тынников И.М. Об эффективности различных технологических схем измельчения // Цемент. - 1997. - №2. - С. 22-24.

76. Андреев С.Е, Перов. В.А., Зверевич В.В. Дробление, измельчение и грохочение полезных скопаемых. - М.: Недра. 1980. - 415 с.

77. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. - М.: Металлургия, 1980.-496 с.

78. Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Процессы порошковой металлургии. Формирование и спекание. - М.: МИСИС, 2002. - Т.2. - 320 с.

79. Доронин Н.А. Металлургия кальция. - М.: Изд. главного управления по использованию атомной энергии при совете министров СССР, 1959. - 92 с.

80. Карапетьянц М.Х, Карапетьянц М.Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. -М.: Химия, 1968. - 471 с.

81. Девяткин В.Н., Комелин И.М., Баранник И.А., Ракипов Д.Ф. Технология и технико-экономическая оценка производства магния силикотермическим методом Пиджена - Запорожье: Институт титана, 2002. - 85 с.

82. Кажикенов А.Н., Яковлев В.В., Комаров С.В. Термодинамический анализ системы М§0-Са0~81 силикотермического восстановления магния в вакууме // Изв. ВУЗОВ. Цветная металлургия. - 1999. - №6. - С. 15-17.

83. Стефанюк С.Л. Металлургия магния и других легких металлов. - М.: Металлургия, 1985. - 200 с.

84. Рабухин А.И., Савельев В.Г. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений. Фазовые равновесия и диаграммы состояния гетерогенных систем. - М.: РХТУ им. Менделеева, 2003. - 96 с.

85. Торопов Н.А, Барзаковский В.П., Лапин В.В. и др. Диаграммы состояния силикатных систем. Тройные силикатные системы. - Ленинград: Наука, 1972. -448 с.

86. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Портландцемент минералогический и гранулометрический составы, процессы модификации и гидратации - М.: Стройиздат, 1974. - 328 с.

87. Белоусов М.В., Ракипов Д.Ф. Расчет технологического процесса производства магния силикотермическим способом Пиджена. Учебное издание. -Екатеринбург: Урал, ун-т, 2013. - 44 с.

88. Лебедев В.А., Седых В.И. Металлургия магния. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2010.- 174 с.

89. Пат. РФ 2488639. Способ силикотермического производства магния / Ракипов Д.Ф., Белоусов М.В., Колесникова М.П. и др.; опубл. 27.07.2013.

90. Щеголев В.И., Лебедев О.А. Электролитическое получение магния. - М.: Руда и металлы, 2002. - 366 с.

91. Бернадинер М.Н. Диоксины в пирометаллургических процессах и методы их обезвреживания // Электрометаллургия. - 2000. - №1. - С. 12-17.

92. Кляйн С.Э., Карелов С.В., Деев В.И. Цветная металлургия. Окружающая среда. Экономика. - Екатеринбург: УГТУ, 2000. - 372 с.

93. Zuliani D.J. Developments in the Zuliani Process for Gossan Resources Magnesium Project / The collection of works 69th Annual World Magnesium Conference IMA, San Francisco, California USA, 2012. P. 113-123.

94. The Ten Year Strategic Outlook for the Global Magnesium Market. A multiclient report prepared by C&M, 2009. - 190 c.

95. Powell A.C. Zero-Emissions Energy-Efficient Magnesium Primary Production and Recycling Technologies at MOxST / The collection of works 69 Annual World Magnesium Conference IMA, San Francisco, California USA, 2012. P. 103-108.

96. Коссов B.B, Лившиц B.H., Шахназаров А.Г. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов. - М.: Экономика, 2000 -421 с.

97. Сироткин С.А., Кельчевская. Н.Р. Экономическая оценка инвестиционных проектов. - 3-е изд. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2010. - 287 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А "АВИСМА" филиал открытого акционерного общества "Корпорация ВСМПО-АВИСМА"

618421, Российская Федерация Пермский край. г. Березники ул Загороди,29 телефон 293-666, 292-858. факс: [phone] www. vsmpo rn; e-mail: avisrna®avisme ru

03173:»

A ПЫУ-JM А nMflVlfin

на №.

_____ №

_ от

Директору Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт металлургии Уральского отделения РАН

Е.Н. Селиванову

ул. Амундсена, д. 101 Екатеринбург, 620016 E-mail: [e-mail]. [e-mail] факс: [phone]

ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» рассматривает вопрос по строительству мощностей по производству магния в количестве 700 тонн/год по технологии Pidgeon-npouecca.

Полунепрерывная технология, в которой дробленый доломит обжигают в печах обжига, ферросилиций измельчают в шаровой мельнице. Измельченный обожженный доломит, ферросилиций и флюорит, являющийся катализатором, подают в смеситель, затем брикетируют. Брикеты загружают в реторты, где происходит восстановление оксида магния.

Реторта (рис. 1) состоит из двух частей. Основная часть, где происходи! восстановление, находится в печи, часть реторты, находящаяся вне печи и охлаждаемая водой, является конденсатором и имеет штуцер для откачки газов.

___i-.Л _

I - реторта из нержанеюшей стали; 2 - радиационный экран; 3 - конденсатор К, N3; 4 - брикетироианная шихта, 5 - патрубок дли конденсата; 6 - кондененронанный магний; 7 линия вакуума; 8 - водяная рубашка; 9 - крышка.

Рисунок 1 - Реторта

Мы хотели бы получить от Вас предложение на разработку проектной юкументации и шефмонтаж производства магния в объеме 700 тонн в год.

АО -Корпорации ВСМПО-АВИСМА"

>4760 Россия. < Верхняя Сапда

верЛ"овсюй обпили, ул Парковая, псфон (34145) 21 405. 52-Я82. Ясс* ¡34345) 24-736. 52-670

ii:i i :

/Л: " PMI

Hn V' ¿з/S'

"VSMPO-AV1SMA Corporotlon"

6?47t-,(1 1 Parkovaya S!. Verkhnyaya Silna Svemiovsk Rog . RUSSIA, Pt'Ofie 3-1345; 2--405 52 882 21 364 Fax. СЧ4345) 24-736. 52 670

Границы проектирования и строительства - производство губчатого магния \ объеме1 измельчение доломита и ферросилиция, брикетирование шихты, печи с ретортами для восстановления магния, системы удаления отходящих газов, система охлаждения (с использованием существующей системы оборотного водоснабжения). Производство товарного магния и его сплавов имеется в составе Корпорации.

Первый этап работы - согласование основных технических решений и ¡ехнико-экономическая оценка предлагаемого производства.

Прошу представить Ваши предложения в срок до 20.082013. Приложение:

Фотографии основного технологического оборудования -^а 1 л. в], экз

■ / ^^

и

Директор по науке и технологии АВИСМА / Д.А. Рымкевич

В Н Агллакон (3424) 29 36 <2 8 902 804 49? 336 52