Жумабаева С. А.

Карагандинский Государственный Технический Университет, Казахстан

Актуальность применения марганцевой руды бедных месторождений

Основное количество углеродистого ферромарганца до последнего времени выплавляли в доменных печах. Однако по мере удешевления электроэнергии, роста стоимости и увеличения дефицита кокса, а также в связи с необходимостью вовлекать в производство бедные и низкокачественные руды в последние годы неуклонно увеличивается доля углеродистого ферромарганца, выплавляемого в электропечах.

Исходным сырьем для производства ферросплавов служат руды или концентраты. Для производства основных сплавов - ферросилиция, ферромарганца; силикомарганца и феррохрома - пользуются рудами, так как в них высоко содержание окислов элемента, подлежащего восстановлению. При производстве ферровольфрама, ферромолибдена, феррованадия, ферротитана и других сплавов руду вследствие малой концентрации в ней полезного элемента обогащают, получая концентрат с достаточно высоким содержанием окислов основного элемента. Для получения ферромарганца применяют марганцевые руды

Главным достоинством марганцевого сырья Казахстана является низкое содержание фосфора в них, что обеспечивает получение низкофосфористых ферросплавов; силикомарганца с содержанием фосфора менее 0,15% и углеродистого ферромарганца менее 0,25%.

Наряду с крупными месторождениями марганца, в Казахстане выявлены сравнительно мелкие и бедные по содержанию марганцевой руды в них. Они являются сравнительно бедными, характеризуются низким содержанием марганца и высоким железа. Добыча и использование для выплавки ферросплавов марганцевых руд Казахстана по абсолютному значению запасов может обеспечить потребность развивающейся металлургии страны на десятилетия. Выплавка ферросплавов является важным направлением в металлургии.

Использование марганцевых руд бедных месторождений для выплавки ферросплавов является важным вопросом в современной металлургии. Нужно развивать добычу и применение марганцевой руды бедных месторождений, так как постоянное использование руды крупных основных месторождений Казахстана может привести к истощению природных ресурсов.

Ферромарганец применяют в качестве раскислителя и десульфуратора жидкой стали. Его введение влияет на микроструктуру сплавов, увеличивает глубину прокаливания. Ферромарганец используют для легирования и раскисления стали, чугуна, сплавов, а также для обмазки сварочных электродов.

В зависимости от содержания углерода различают низкоуглеродистые (меньше 0,5% углерода), среднеуглеродистые (2 % углерода) и углеродистые (больше 7 % углерода) сорта ферромарганца. Соответственно низкоуглеродистый ферромарганец содержит 85% марганца, среднеуглеродистый — 75-85% марганца, высокоуглеродистый — 70-78,82% марганца.

Высокоуглеродистый ферромарганец получают восстановлением марганцевого агломерата коксом. Углеродистый ферромарганец выплавляют в открытых и закрытых электрических печах с угольной футеровкой из шихты, содержащей оксиды марганца, железа, кремния, кокс. При выплавке, кроме сплава, получают богатый марганцем передельный шлак с низким содержанием фосфора. Его используют для получения силикомарганца и металлического марганца. Низкоуглеродистый и среднеуглеродистый ферромарганец получают восстановлением оксидов марганцевой руды и бесфосфористого марганцевого шлака кремнием силикомарганца в присутствии извести, связывающей кремнезем и другие силикаты.

В данной статье рассматривается исследование возможности получения углеродистого ферромарганца из марганцевых руд сравнительно бедных месторождений, которое проводилось на основе материалов ХМИ им. Ж. Абишева. В качестве сырья для плавки были выбраны марганцевые руды месторождения Богач, так как данное месторождение является бедным и малоразвитым, использование марганцевых руд бедных месторождений для выплавки ферросплавов является важным вопросом в современной промышленности, что является своего рода инновацией в металлургии ферросплавов. Нужно развивать добычу и применение марганцевой руды бедных месторождений, так как постоянное использование руды крупных основных месторождений Казахстана может привести к истощению природных ресурсов.

В данной работе в качестве основных оборудований были использованы Рентгенофлуоресцентный спектрометр СРВ-1В, аналитическая просеивающая машина AS200, лабораторная печь Таммана.

Рентгенофлуоресцентный спектрометр используется с дополнительным оборудованием, образуя целую установку. Помимо него в установку входит ПЭВМ. Весь производственный процесс автоматический и управляется при помощи программы функционирования и контроля.

Для исследования, контроля качества промежуточного и готового материала задействована аналитическая просеивающая машина AS200, находящаяся в ИЛИП на базе КарГТУ.

Для выплавки углеродистого ферромарганца была выбрана печь Таммана, такого вида печь широко применяется в металлургии для выполнения различных исследовательских работ. В Химико-металлургическом институте им. Ж. Абишева печь Таммана используется в качестве учебно-исследовательского стенда для выполнения лабораторных и исследовательских работ лаборантами, студентами, магистрантами. Печь позволяет проводить ряд технологических процедур.

Исследование процесса получения углеродистого ферромарганца из марганцевых руд месторождения Богач состоит из следующих основных технологических этапов:

- подготовка марганцевой руды к металлургическому переделу;

- определение химического, вещественного, гранулометрического состава;

- выплавка углеродистого ферромарганца;

- анализ химического состава готового ферросплава;

- сравнение с маркой ФМн78 по ГОСТу 4755-91.

В ходе исследований установлено:

1) Химический состав марганцевой руды: Mn – 19%, Fe – 10%, SiO2 – 53%, CaO – 1%, Al2O3 – 16%, MgO – 0,54%, S – 0,1%, P – 0,36%.

2) Химический состав шихтовых материалов:

Марганцевая руда – Mn – 32,18%, Fe – 1,94%, SiO2 – 16,08%, Al2O3 – 2%, CaO – 8,83%, MgO – 1,4%, P – 0,205%, S – 0,2%;

Известь - Fe – 0,72%, SiO2 – 4,18%, Al2O3 – 1,47%, CaO – 69,54%, MgO – 0,87%;

Зола коксика - Fe – 6,72%, SiO2 – 43,6%, Al2O3 – 25,4%, CaO – 5,23%, MgO – 3,9%.

3) Гранулометрический состав марганцевой руды

Реакции, протекающие в процессе плавки:

МnО + С = Мn + СО - 288290 Дж

3 МnО + 4С = Мn₃С + 3 СО - 780800 Дж

По данным ХМИ им. Ж. Абишева, исследование процесса получения углеродистого ферромарганца из марганцевых руд месторождения Богач показало, что состав полученного ферромарганца попадает в состав марки ФМн78, что и является доказательством того, что бедные месторождения марганцевой руды могут быть применены в производстве ферросплавов.

Необходимость данной работы заключается в исследовании возможности использования бедных марганцевых руд для получения углеродистого ферромарганца, с содержанием марганца в нем по ГОСТ 4755-91, так как постоянное использование богатых месторождений может привести к их истощению.

Литература:

1. Друинский М.И., Жучков В.И. Получение ферросплавов из минерального сырья Казахстана. – Алматы, Изд-во Наука, 2009. – 106 с.

2. Государственный баланс запасов полезных ископаемых РК./ Марганцевые руды. – М., – 2010 – 110 с.

3. Жучков В.И., Сиротин Д.В. Эффективность применения марганцевых руд в металлургической промышленности. – Экономика региона, 2013. – 27 с.

4. Технология марганцевых ферросплавов. Ч. 1. Высокоуглеродистый ферромарганец / В. И. Жучков, Л. А. Смирнов, В. П. Зайко, Ю. И. Воронов. – Екатеринбург: НИСО УрО РАН, 2007. – 410 с.
5. Справочник «Месторождения марганца Казахстана». – Алматы: Ғылым, - 2011. – 345 с.

6. Геохимия марганца: монография / Под ред. Ю.А.Ткачев. – М.: Директ-Медиа, 2015. – 85 с.