УДК 669. 15-198:552.121:552.574

Мухамбетгалиев Е.К., Байсанов С.О., Байсанов А.С., Жиембаева Д.М.

Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева,

г. Караганда, Казахстан

Петрографическая оценка высокозольных углей

Центрального Казахстана на предмет пригодности

для выплавки алюмосиликомарганца

Карботермические процессы восстановления кремния и алюминия сопровождаются образованием значительного количества субоксидов. Поэтому для предотвращения перехода в газовую фазу субоксидов кремния и алюминия и увеличения выхода металла в технологии выплавки алюмосиликомарганца необходимо уделить внимание физико-химическим свойствам шихты и процессам, протекающим в верхних горизонтах печи, то есть на колошнике. Поэтому приобретает особую значимость и актуальность совершенствование существующих и разработка новых технологий выплавки комплексных сплавов, обеспечивающих снижение потерь основных элементов, что возможно на базе исследований физико-химических свойств используемых сырьевых материалов.

В этой связи для получения объективной картины комплексного использования сырья необходимо детальное изучение их вещественного состава и технологических свойств. Полный количественный фазовый (минералогический) анализ в сочетании с данными химического анализа проб и слагающих их минералов позволяет провести расчет баланса распределения полезных компонентов среди минеральных фаз, что дает возможность априорно определить ряд параметров проектируемого технологического передела руды. Минералогические исследования, помимо данных о составе и текстурно-структурных признаках руд, дают сведения о технологических свойствах рудообразующих минералов, зависящих от формы выделений минералов, их состава, кристаллической структуры, степени ее упорядоченности, типа и особенностей распределения микропримесей в минералах [1, 2].

Сравнительный анализ свойств углистого сырья различных угольных разрезов, имеющих соответствующий химический состав золы для выплавки алюмосиликомарганца, показал, что наиболее привлекательным представляются высокозольные углистые породы угольных разрезов «Борлы и «Сарыадыр» Карагандинского и Тениз-Коржункольского угольных бассейнов соответственно. Углистые породы данных разрезов обладают высокой температурой плавления золы, пониженной склонностью к спеканию и сравнительно низким значением электропроводности. Для минералого-петрографических исследований были подвергнуты представительные пробы высокозольных углей разрезов Борлы и Сарыадыр.

В ходе работ были изучены текстурно-структурные особенности минералогического состава рудных и нерудных составляющих. Минералого-петрографический анализ проведен с помощью микроскопа «Neophot-21». При анализе были использованы макро- и микроскопические исследования проб каждого вида угля. Предварительная подготовка каждой пробы включала операции усреднения, сокращения и отбора представительных проб на минералогический и полный химический анализы.

Высокозольный уголь месторождения «Борлы» относится к гумусовым углям, каменный (К_эн), (гумолиты – группа ископаемых углей, образовавшихся в результате преобразования остатков высших растений в болотных условиях). Цвет от серого до черного. Блеск от матового до зеркального. Углистые породы разреза Борлы по физическим свойствам более плотные, чем углистые породы разреза Сарыадыр и имеют повышенные значения электросопротивления и температуры плавления золы.

Петрографический состав высокозольных разновидностей углей и углистых пород месторождения Борлы представлен в таблице 1, где отмечается повышенное содержание инертинита, что наряду с низким содержанием плавких (спекающихся) компонентов практически будет исключать спекание данного вида углистого сырья при выплавке алюмосиликомарганца.

Таблица 1 – Петрографический состав углей месторождений Борлы и Сарыадыр

Наименование пробы	Общий состав угля, %							Состав угля с минералами, %
	чистый уголь	минералы					всего	витринит	инертинит	липтинит	минералы	всего
		глинистые минералы	сульфиды железа	карбонаты	оксиды кремния	прочие
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Необогащенный уголь разреза Борлы	39	56	следы	-	5	-	100	6	31	2	61	100
Необогащенный уголь разреза Сарыадыр	59	36	следы	доли	5	-	100	21	32	6	41	100

Продолжение таблицы 1

Наименование пробы	Состав чистого угля, %								Всего	Сумма спекающихся компонентов в чистом угле, %	Сумма отощающих компонентов в чистом угле, %	Показатель отражения витринита
	витринит	Инертинит						липтинит
		семифюзинит	макринит	фюзинит	склеротинит	инертодетринит	микринит
14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26
Необогащенный уголь разреза Борлы	15	35	6	24	-	13	2	5	100	20	80	0,95
Необогащенный уголь разреза Сарыадыр	36	22	6	21	-	5	следы	10	100	46	54	0,74

Петрографический анализ высокозольных разновидностей углей месторождения Сарыадыр представлен в таблице 1, где отмечается повышенное содержание фюзинита, что наряду с низким содержанием плавких компонентов практически будет исключать спекание данного вида углистого сырья при выплавке алюмосиликомарганца.

Петрографический состав углистых пород разрезов Борлы и Сарыадыр показывает на повышенное содержание отощающих микрокомпонентов в чистом угле (21-24% фюзинита, 22-35% семифюзинита), что наряду с низким содержанием плавких компонентов (5-10% лейптинита, 15-36% витринита) практически исключает спекание данных видов углистого сырья при высоких температурах. Вещественно-петрографический состав представлен значительным присутствием минеральных примесей, которые представлены преимущественно тонкодисперсным слюдисто-глинистым материалом тесно взаимосвязанным с органической частью угля.

На стадии металлургического опробования технологии выплавки алюмосиликомарганца было проведено пять кампаний с различными по химическому и техническому составу шихтовыми материалами и их соотношениями. Причем в каждой кампаний были опробованы по 3-4 варианта состава шихты [3-5].

Особенностью технологии является исключение применения кокса. В качестве восстановителя и основного источника кремния и алюминия были использованы высокозольные низкофосфористые угли месторождения Борлы. Для всех серий плавок шихту составляли из расчета полного восстановления всех оксидов руды и золы угля его твердым углеродом. Во всех сериях опытов процесс вели непрерывно при закрытом колошнике. Слой шихты вокруг электрода поддерживали в виде конуса.

Анализ результатов испытаний показал возможность получения комплексного сплава алюмосиликомарганца, в котором содержится, масс.%: кремния 45-50; алюминия 15-25; марганца 12-30; железа 6-10; углерода 0,3-0,4; фосфора 0,02-0,03.

Полученный новый комплексный сплав из-за низкого содержания фосфора и высокого (>12%) алюминия не рассыпался. Результаты опытных плавок алюмосиликомарганца представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Химический состав алюмосиликомарганца

Сплав	Содержание элементов, %						Извлечение элементов, %
	Si	Al	Mn	Fe	Ca	P	Si	Al	Mn
1	46,15	16,45	20,04	6,50	0,60	0,03	80,95	75,94	92,28
2	45,54	20,11	17,30	8,70	0,70	0,02	83,98	81,70	90,87
3	48,58	25,41	12,13	10,10	0,05	0,02	85,35	82,75	91,29

Выплавка сплава алюмосиликомарганца характеризуется комплексным использованием всех основных элементов руды, высоким коэффициентом перехода элементов в сплав, обуславливающий низкий расход шихтовых материалов на тонну сплава.

Технологичность использования высокозольных углей разреза Борлы доказана проведенными испытаниями, что касается высокозольных углей разреза Сарыадыр, то они отличаются более высокими сравнительными значениями пористости, что положительно сказывается на газопроницаемости шихты.

Таким образом, проведенные минералого-петрографические исследования шихтовых материалов показали на целесообразность использования их при выплавке комплексного сплава, что подтверждается результатами проведенных испытаний технологии выплавки алюмосиликомарганца с установлением принципиальной возможности получения нового вида комплексного сплава, по химическому составу отличающегося повышенным содержанием алюминия и низким фосфора из доступного сырья, относящегося к техногенным отходам.

Литература:

1. Ожогина Е.Г. Минералогические исследования как основа априорной оценки технологических свойств марганцевых руд и оптимизации разрабатываемых технологических схем //Мат-лы IV конгресса обогатителей стран СНГ. – М., 2003. – том I . – С. 57-58.

2. Ожогина Е.Г. Технологическая минералогия карбонатных марганцевых руд //Обогащение руд. – М., 2004, №1. – С. 38-42

3. Мухамбетгалиев, С.О. Байсанов, А.Ф. Чекимбаев, А.С. Байсанов, У.Б. Шинбаева, А.М. Махметова. «Получение марганецсодержащего кремнеалюминиевого сплава» // Труды международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс: техника, технология, образование». - г. Актобе – 25 – 26 июня 2010г. -с. 646-648.

4. Мухамбетгалиев Е.К., Байсанов С.О., Байсанов А.С. и др. «Опыт получения марганецсодержащего кремнеалюминиевого сплава с повышенным содержанием алюминия» // Труды III международной Казахстанской металлургической конференции «Казахстанской Магнитке 50 лет». – Темиртау 2010. – С. 11-12.

5. Инновационный патент №26607, бюлл. №12 от 25.12.2012. Сплав «Алюмосиликомарганец» авторы: Набиев М.А., Байсанов С.О., Толымбеков М.Ж., Мухамбетгалиев Е.К., Байсанов А.С.