Разработка комплексной технологии получения красного железоокисного пигмента и железорудных брикетов из железных мартито-гематитовых руд тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.13, кандидат технических наук Ленев, Леонид Александрович

• Ленев, Леонид Александрович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ленев, Леонид Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ И КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗООКИСНЫХ ПИГМЕНТОВ И ОКУСКОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД.

1.1. Назначение и классификация пигментов.

1.1.1. Синтетические красные железоокисные пигменты.

1.1.2. Природные железоокисные пигменты.

1.2. Роль брикетирования при переработке железных руд.

1.2.1. Значение и рациональные способы окускования железных РУД.

1.2.2. Анализ технологий брикетирования железных руд.

Выводы по первой главе.

2. ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА ЖЕЛЕЗНЫХ РУД ЯКОВЛЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ.

2.1. Комплексная характеристика рудной залежи Яковлевского месторождения.

2.2. Изучение вещественного состава и микроскопический анализ пробы гематитовой руды.

2.2.1. Вещественный состав.

2.2.2. Микроскопическое изучение.

2.2.3. Комплексный термический анализ.

2.3. Изучение вещественного и минерального состава пробы мартитовой

РУДЫ.

Выводы по второй главе.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ПРОБЕ ГЕМАТИТОВОЙ РУДЫ ЯКОВЛЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ КРАСНОГО ЖЕЛЕЗООКИСНОГО ПИГМЕНТА.

3.1. Подготовка руды к исследованиям на обогатимость сухими методами.

3.2. Изучение процесса дробления и измельчения руды сухим и мокрым способами.

3.3. Изучение процесса разделения пробы руды методом сухой и мокрой магнитной сепарации.

3.4. Изучение процесса разделения пробы руды методом электрической сепарации.

3.5. Изучение процесса разделения пробы руды гравитационными методами.

3.6. Изучение процесса сгущения продуктов измельчения и сепарации.

3.7. Изучение процесса фильтрации сгущенных продуктов.

3.8. Изучение процесса обжига руды.

3.9 Изучение минералогического состава продуктов классификации.

3.10 Изучение свойств полученного красного железоокисного пигмента.

Выводы по третьей главе.

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ПРОБЕ МАРТИТОВОЙ РУДЫ ЯКОВЛЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ БРИКЕТОВ.

4.1. Методика проведения исследований.

4.2. Изучение брикетируемости руды без связующих добавок.

4.3. Изучение брикетируемости руды со связующими добавками.

4.4. Результаты математической обработки процесса брикетирования мартитовой руды.

Выводы по четвёртой главе.

5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ РУДЫ ЯКОВЛЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ КРАСНОГО ЖЕЛЕЗООКИСНОГО ПИГМЕНТА И ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ БРИКЕТОВ.

5.1. Технология получения красного железоокисного пигмента.

5.2. Технология получения железорудных брикетов.

5.3. Экономическая оценка предложенным разработкам.

Выводы по пятой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка комплексной технологии получения красного железоокисного пигмента и железорудных брикетов из железных мартито-гематитовых руд»

Актуальность проблемы. В настоящее время лакокрасочная промышленность в качестве сырья для получения железоокисных пигментов использует только синтетические пигменты, получаемые в химических производствах.

После распада СССР практически все производства ушли в ближнее зарубежье. Украинские предприятия значительно снизили выпуск железоокисных пигментов из-за экологической вредности устаревших технологий. Россия почти полностью осталась без железоокисных пигментов, в то время как все рецептуры лакокрасочных материалов разработаны и утверждены. Дефицит пигментов в России составляет более 10000 тонн в год.

Сейчас лакокрасочная промышленность взамен железоокисных пигментов в значительной мере использует суррогаты, что лишает лакокрасочную промышленность конкурентоспособности с Западом. Суррогаты могут содержать в себе диоксин, хлористый водород и другие, ядовитые и агрессивные вещества, могут быть радиоактивными. Лакокрасочная продукция на таких суррогатах опасна для здоровья применяющих ее людей, стимулирует коррозию «защищаемых» изделий.

В данной работе представлены исследования по разработке экологически чистой технологии получения дефицитного и дорогостоящего красного (по ТУ 6-10-602-86) железоокисного пигмента и дальнейшее использование отходов данной технологии в качестве связующей добавки при производстве железорудных брикетов из богатой пылеватой мартитовой руды для доменной плавки на чугун.

В результате проведённых исследований рекомендована новая комплексная и экологически безопасная технологическая схема обогащения и окускования железорудного сырья с получением нового вида железорудной продукции - железоокисного пигмента и железорудных брикетов, а также сделана экономическая оценка разработанной технологии.

Практическое значение работы:

• разработана мокрая технологическая схема обогащения гематитовой руды, позволяющая получать кондиционный красный железоокисный пигмент (отвечающего международным стандартам качества);

• предложен метод варьирования и оптимизации расхода основной связующей добавки (жидкого стекла) и времени сушки брикетов;

• разработана технология утилизации отходов цикла получения пигмента, в качестве дополнительной связующей добавки при брикетировании мартитовой руды, с варьированием и снижением расхода основной связующей добавки (жидкого стекла) и времени сушки брикетов.

Основная научная идея - эффективность получения красного железоокисного пигмента может быть повышена путём применения мокрой технологической схемы; эффективность брикетирования богатой железной руды может быть повышена при использовании для этих целей отходов цикла получения железоокисного пигмента (в качестве дополнительной связующей добавки), а также варьированием расхода основной связующей добавки и времени сушки брикетов при меняющемся гранулометрическом составе руды.

Цель работы - научно обосновать и разработать рациональные технологические методы и режимы обогащения и окускования железных руд.

Основные задачи исследований:

- изучение вещественного состава пробы двух типов железных руд -гематитовой и мартитовой.

- исследование и выявление оптимальных условий получения железоокисного пигмента;

- определение закономерностей брикетирования и сушки брикетов при варьировании различных параметров;

- разработка безотходной технологии получения железоокисного пигмента и железорудных брикетов.

Объект исследования - технология переработки железных руд с получением железоокисного пигмента и железорудных брикетов.

Предмет исследования - технологические закономерности поведения минеральных частиц при получении железоокисного пигмента, а также закономерности брикетирования и сушки железорудных брикетов.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследований: химический, фазовый, термогравиметрический анализы, электронная микроскопия, технологические методы исследования на обогатимость (дробление, измельчение, классификация в гидроциклоне и гидравлическая классификация, магнитная и электрическая сепарация, концентрация на столах, обогащение на винтовых сепараторах и шлюзах, центробежная концентрация, обогащение отсадкой, сгущение, фильтрация, сушка и обжиг), методы технологических лабораторных исследований процесса брикетирования, измерения прочности брикетов на сжатие, патентно-информационный анализ.

Научные положения, выносимые на защиту:

• Эффективность классификации гематитовых руд увеличивается при использовании мокрого способа, за счёт разрушения флокул (гранул) водой, образующихся при измельчении сухим способом.

• Закономерности упрочнения брикетов при колебаниях гранулометрического состава брикетируемой шихты позволяют варьировать и снижать расход связующей добавки (жидкого стекла) и времени сушки железорудных брикетов.

Научная новизна работы:

• установлена зависимость, связывающая содержание магнитного железа, укрывистость и выход красного железоокисного пигмента (слива) от его крупности, при обогащении гематитовой руды гидравлической классификацией;

• получена экстремальная зависимость, показывающая как влияют тонкие классы мартитовой руды на прочностные свойства брикетов;

• разработана номограмма брикетирования позволяющая определять оптимальный расход жидкого стекла при варьировании давления прессования и содержания класса минус 0,074 мм в мартитовой руде;

• разработана номограмма брикетирования, позволяющая определять оптимальный расход жидкого стекла при изменении содержания в мартитовой руде класса минус 0,074 мм и отходов производства красного железоокисного пигментов;

• дано математическое описание с помощью уравнений линейной регрессии:

- времени сушки железорудных брикетов от расхода связующей добавки;

- прочности на сжатие брикетов от давления прессования, содержания класса минус 0,074 мм мартитовой руды и жидкого стекла;

- прочности на сжатие брикетов от содержания класса минус 0,074 мм мартитовой руды, отходов производства красного железоокисного пигмента и жидкого;

- содержание железа в железорудных брикетах от содержания класса мартитовой руды минус 0,074 мм, отходов производства красного железоокисного пигмента и жидкого стекла.

Практическое значение работы:

• разработана мокрая технологическая схема обогащения гематитовой руды, позволяющая получать кондиционный красный железоокисный пигмент (отвечающего международным стандартам качества);

• предложен метод варьирования и оптимизации расхода основной связующей добавки (жидкого стекла) и времени сушки брикетов;

• разработана технология утилизации отходов цикла получения пигмента, в качестве дополнительной связующей добавки при брикетировании мартитовой руды, с варьированием и снижением расхода основной связующей добавки (жидкого стекла) и времени сушки брикетов.

Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях студентов и молодых учёных «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 20042006гг.), Международной научно-практической конференции «Совершенствование оборудования и технологий для получения дисперсных материалов» (Санкт-Петербург, 2004г.), Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в металлургии, химии, обогащении и экологии» (Санкт-Петербург, 2004г.), Молодёжной научно-практической конференции проводимой в рамках Уральской горнопромышленной декады (Екатеринбург, 2004 - 2005гг.), X Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» (Санкт-Петербург, 2006г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано: 4 статьи, 6 тезисов докладов на международных и российских конференциях.

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 211 страницах и состоит из введения, 5 разделов, заключения, 80 библиографических источников, 73 таблиц, 102 рисунков и 2 приложений.

Заключение диссертации по теме «Обогащение полезных ископаемых», Ленев, Леонид Александрович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что при измельчении руды сухим способом образуются флокулы (гранулы) негативно влияющие на качество получаемого пигмента. Применение мокрого способа обогащения гематитовой руды позволяет увеличить выход готового класса минус 0,05 мм с 30 до 95 %.

2. Установлена зависимость, связывающая содержание магнитного железа, укрывистость и выход красного железоокисного пигмента (слива) от его крупности при обогащении гематитовой руды гидравлической классификацией. При увеличении крупности слива с 10 до 50 мкм увеличивается: содержание магнитного железа с 0,27 до 1,9 %; укрывистость с 7 до 20 %; выход с 30 до 75 %.

3. Аналитическим способом выведены основные закономерности влияния расхода связующих добавок на химический состав железорудных брикетов. Показано, что содержание связующей добавки в брикете не должно превышать 13 %, при этом массовая доля железа в брикете снижается с 63 до 59 %.

4. Экспериментально установлены зависимости прочностных показателей брикетирования мартитовой руды с различными связующими добавками (бентонитовая глина, портландцемент, жидкое стекло, чугунная стружка; известняк, известь пушонка, каустический магнезит, отходы производства красного железоокисного пигмент и комбинированная добавка). Показано, что требованиям качества отвечают брикеты, где в качестве связующей добавки использовалось жидкое стекло.

5. Обосновано использование отходов производства красного железоокисного пигмента, в качестве дополнительной связующей добавки, что позволит повысить содержание железа в брикете с одновременным снижением расхода жидкого стекла и неизменными прочностными характеристиками брикета.

6. Разработаны две номограммы брикетирования, с помощью которых можно определить оптимальный расход жидкого стекла при изменении давления прессования (от 30 до 70 МПа), гранулометрического состава мартитовой руды (от 30 до 80 % класса минус 0,074 мм), массовой доли отходов производства красного железоокисного пигмента (до 50 %). В зависимости от расхода жидкого стекла (0,8 - 6,0 %) варьируется время сушки брикетов от 100 до 135 минут.

7. Получены регрессионные уравнения, связывающие технологические свойства брикетов (прочность, время сушки, содержание железа) от расходов индивидуальных связующих добавок.

8. Предложена комплексная технология получения красного железоокисного пигмента и брикетирования железной мартитовой руды с использованием отходов производства красного железоокисного пигмента в качестве дополнительной связующей добавки.

9. Ожидаемый экономический эффект:

- при производстве красного железоокисного пигмента за счёт предлагаемого (не химического) способа составит ~ 25 млн. рублей в год (при годовой производительности цеха по пигменту Qr(M = 25000 тыс. тонн);

- при производстве брикетов за счёт снижения расхода жидкого стекла и природного газа составит ~ 5 млн. рублей в год (при годовой производительности цеха по брикетам Qr(M = 250 тыс. тонн). Кроме того, дополнительно будет извлекаться в год около 10000 тонн чугуна и будет решена экологическая проблема, связанная с утилизацией отходов производства красного железоокисного пигмента.

194

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ленев, Леонид Александрович, 2006 год

1. Рабкин Л.И., Соскин С.А., Эпштеин Б. И. Ферриты // - Л.: Энергия, 1968. 384 с.

2. Малкин С.А., Берез и н В.А., Гинзбург С.С. и др. Авт. свид. СССР 128960, 1960; Бюлл. изобр., 1960, №11.

3. Толстихина К.И. Природные пигменты Советского Союза // М.: Госгеол-техиздат, 1963. 363 с.

4. Штерн М.А., Фролова Л.П., Гольдберг К.М., Курбатова О.Г. Минеральные пигменты // Л.: Химия, 1970, с. 77 - 81.

5. Полькин С.И. Обогащение руд II М.: Металлургиздат, 1953. 800 с.

6. Плаксин И., Руденко К., Смирнов А. и др. Технологическое оборудование обогатительных фабрик // М.: Углетехиздат, 1955. 416 с.

7. Козулин Н.А., Горловский И.А. Оборудование заводов лакокрасочной промышленности // Л.: Химия, 1968, 584 с.

8. Фестер Г. История химической техники // Харьков, ГНТИ, 1938, 304 с

9. Шавинский В. Очерки по истории техники живописи и технологии красок в древней Руси // М.: Соцэкгиз, 1935, 158 с.

10. Георгиевский В. Пигменты в полиграфии. М.: Искусство, 1952, 244 с.

11. Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов // Л.: Химия, 1974г.

12. Патент № 2061009 (РФ). Способ получения железоокиснных пигментов // А.А. Бубнов

13. Хазин Л.Г. Двуокись титана // Л.: Химия, 1970г.

14. Седельникова М.Б. Керамические пигменты на основе природных минералов и техногенных отходов // Автореф дисс., к.т.н.-Томск, 1998г.

15. Погребенков В.М., Верещагин В.И., Седельникова М.Б. Использование природных минералов для получения керамических пигментов // Сборник научных трудов конференции Основные проблемы охраны геологической среды. Томск, ТГУ, 1995, с.183-187.

16. Корсунский Л.Ф., Калинская Т.В. Неорганические пигменты // СПб.: Химия, 1992,331с.

17. Бородкин В.Ф. Химия красителей // М.: Химия, 1981, 248с.

18. Ермилов П.И., Индейкин Е.А., Толмачев И. А. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы // М.: Химия, 1987г.

19. Пэйн Г.Ф. Технология органических покрытий, том 2 "Пигменты и пигментированные покрытия" II - Л.: Государственной научно-техническое издательство химической литературы, 1963г.

20. Строганов Г.Б. Общая металлургия и технология обработки цветных металлов // М.: Металлургия, 1971г.

21. Фризен В.Г. Исследование и разработка технологий брикетирования марганцевых и никелевых продуктов с учётом влияния тонких классов крупности // Автореф.канд. техн. наук, Магнитогорск, МагГТУ, 2004г.

22. Петровская Н.И. Утилизация шламов станции нейтрализации рудничных вод медьдобывающих предприятий на основе брикетирования // Автореф. канд. техн. наук, Екатеринбург, УГГГА, 2002г.

23. Щекотов Н.Д. Разработка метода управления качеством окускованного плавикошпатового концентрата на основе оптимизации состава многокомпонентного связующего // Автореф. канд. техн. наук, Москва, МГГУ, 2001г.

24. Пестряк И.В. Повышение эффективности окомкования углей на основе применения комбинированного органо-минерального связующего // Автореф.канд. техн. наук, Москва, МГГУ, 2003г.

25. Петровская Н.И., Морозов Ю.П. Механизм структурообразования брикетов из влажных дисперсных материалов // «Известия вузов, Горный журнал» №4, 2004г.

26. Елишевич А.Т. Брикетирование руд // Киев - Одесса: Лыбидь, 1990г.

27. Равич Б.М. Брикетирование руд и рудно-топливных шихт // М.: Недра, 1968г.

28. Равич Б.М. Брикетирование руд // М.: Недра, 1982г.

29. Коротич В.И. Теоретические основы окомкования железорудных материалов // М.: Недра 1966г.

30. Кегель Карл. Брикетирование бурого угля II М.: Металлургиздат, 1957г.

31. Тюренков Н.Г. Брикетирование руд // М.-С.: Металлургиздат, 1948г.

32. Нифонтов Ю.А. Научные основы ресурсосберегающих технологий использования отходов добычи и переработки углей Печорского бассейна. Диссертация, д.т.н., СПГГИ (ТУ), 2000г.

33. Журнал «Обогащение руд» вып. 4-5, 1995г.

34. Журнал «Инженерная экология» вып. 4, 2002г.35. «Горный журнал» вып. 8, 2002г.

35. Журнал «Горные машины и автоматика» вып. 9, 2002г.

36. Охрана окружающей среды и утилизация ценных отходов в металлургии // Сборник научных трудов (под. ред. Бринзы В.Н.), 1994г.

37. Реферативный журнал «Горное дело» все выпуски, РАН, 2000, 2001, 2003, 2003, 2004гг.

38. Международный горно-геологический форум // Тезисы докладов, СПГГИ, 1997г.

39. Международный симпозиум «Проблемы комплексного использования руд» // Тезисы докладов, СПГГИ, 1994г.

40. Совершенствование технологии окускования железорудных материалов // Сборник статей, СГИ, 1981г.

41. Окускование железных руд и концентратов // Тематический сборник, все выпуски, СГИ, 1973, 1975, 1977, 1978гг.

42. Интенсификация процессов окускования железорудного сырья // Сборник статей, СГИ, 1985г.

43. Обогащение и окускование руд чёрных металлов // Сборник статей, вып. 11, СГИ, 1970г.

44. Кожевников И.Ю. Окускование и основы металлургии II М.: Недра, 1991

45. Ванюков А.В. Металлургия тяжёлых цветных металлов // М.: Недра, 1975г.

46. Россинский Е.Е. Металлургические шлаки медио никелевой промышленности // - М.: Недра, 1974г.

47. Семенко Н.А. Вторичные энергоресурсы // М.: Металлургия, 1962г.

48. Ласкорин Б.Н. Проблемы безотходного производства в металлургии // -М.: Недра, 1987г.

49. Елишевич А.Т. Теоретические и экспериментальные исследования, разработка и внедрение технологии брикетирования углей // Автореф. докт. техн. наук, Днепропетровск, ДТП, 1978г.

50. Равич Б.М. Брикетирование руд // М.: Недра, 1982г.

51. Сорматов М.И. Элементы теории и расчёта прессов для брикетирования угля // М.: Углетехиздат, 1954г.

52. Руденко К.Г. Основы обогащения и брикетирования углей // М.: Углетехиздат, 1958г.

53. Андреев С.Е., Зверевич В.В., Перов В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых II М.: Госгоргостехиздат, 1961г.

54. Лурье Л.А. Брикетирование в металлургии // М.: Углетехиздат, 1963

55. Пахалок И.Ф., Болдырев В.А. Брикетирование углей // М.: Углетехиздат, 1957г.

56. Тихонов О.Н. Теория и практика комплексной переработки полезных ископаемых в странах Азии, Африки и Латинской Америки / О.Н.Тихонов, Ю.П.Назаров // М.: Недра, 1989. - 185с.

57. Состояние и перспективы развития обогащения железных руд и окускования концентратов // Труды ВНИИ "Механобр" Л., 1959г.

58. Интенсификация процессов окускования рудных материалов // Сборник научных трудов, Киев, 1987г.

59. Шохин В.Н. Гравитационные методы обогащения / В.Н.Шохин, А.Г.Лопатин // Учебник для ВУЗов. М.: Недра, 1990. - 400 с.

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

61. Олофинский Н.Ф. Электрические методы обогащения // М.: Недра, 1977. -519 с.

62. Молчанов В.И. Физические и химические свойства тонкодисперсных минералов / В.И.Молчанов, Г.С.Юсупов // М.: Недра, 1981. - 160 с.

63. Лопатин А.Г. Центробежное обогащение руд и песков // М.: Недра, 1987.-224 с.

64. Кармазин В.И. Магнитные методы обогащения / В.И.Кармазин, В.В.Кармазин // М.: Недра, 1984. - 415 с.

65. Интенсификация процессов обогащения минерального сырья. Отв. ред. Чантурия В.А., Леонов С.Б. М.: Наука, 1981.-264 с.

66. Зиман А.Д. Адгезия пыли и порошков // М.: Химия, 1979. 279 с.

67. Годэн A.M. Основы обогащения полезных ископаемых / Пер. с англ. И.Н.Плаксина, Г.О.Ерчиковского, И.З.Марголика // М.: Металлургиздат, 1946.-535 с.

68. Барский МД. Гравитационная классификация зернистых материалов / М.Д.Барский, В.Г.Ревнивцев // М.: Недра, 1974. - 274 с.

69. Берт P.O. Технология гравитационного обогащения // М.: Недра, 1990. -574 с.

70. Морозов Ю.П. Перспективы использования шламов станции нейтрализации в металлургическом переделе / Ю.П. Морозов, Н.И. Петровская, Л.А. Ленёв // Материалы IV Конгресса обогатителей, том I / М.: Альтекс, 2003. С. 193 - 194.

71. Ленёв Л.А. Технология брикетирования железорудного концентрата Ковдорского ГОКа // Сборник трудов международной научно-практической конференции / Иркутск, 2003, С. 13-18.

72. Ленёв Л.А. К вопросу о закономерностях брикетирования // Записки Горного института. Полезные ископаемые России и их освоение / СПб.: СПГГИ (ТУ), 2004, С. 154 - 156.

73. Ленёв Л.А. К вопросу об энергетических закономерностях брикетирования // Материалы Уральской горнопромышленной декады / -Екатеринбург: УГГГА, 2004. С. 306 307.

74. Ленёв Л.А. Изучение брикетируемости богатой железной руды со связующими добавками // Сборник трудов II Всероссийской школы -семинара молодых учёных (Леоновские чтения) / Иркутск:, 2006, С. 20 - 26.