способ комплексной переработки марганцевых руд

Формула изобретения

Способ комплексной переработки марганцевых руд, включающий плавку шихты, содержащей марганцевую руду и кокс, отличающийся тем, что в шихту перед плавкой добавляют известь или известняк для образования шлака основностью не менее 2,8, после плавки проводят рафинирование полученного расплава путем введения карбонатов, хлоридов и фторидов щелочных и/или щелочноземельных металлов или их смесей и обработки ультразвуком частотой, равной 18-21 кГц, с отделением ферромарганца и шлака, отделенный шлак охлаждают, добавляют в него двуводный гипс в количестве, равном 4-6% от массы шлака, и проводят помол до крупности, равной не менее 320 см²/г, с получением цемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству марганцевых сплавов.

Известен способ выплавки высокоуглеродистого ферромарганца в электропечах [1. Стр.250-265] и в доменных печах. Сущность способа заключается в плавке шихты, содержащей кокс, известняк, доломит, марганцевые руды. Содержание фосфора в концентратах составляет 0,35% и более. Содержание фосфора в выплавленном ферромарганце достигает 0,35-0,60%. Одновременно при плавке получают шлак с основностью (CaO/SiO₂) 1,09-1,25. Для повышения качества металла желательно применять рафинировочный шлак с основностью 2,8. Указанный шлак складируется в отвалы. Недостаток этих способов заключается в низком качестве ферромарганца, высоких потерях марганца со шлаком (4,6-12,8%).

Известен также бесфлюсовый способ выплавки ферромарганца, сущность которого заключается в выплавке сплава без присадки флюсов [1. Стр.263-265]. Недостаток этого способа: низкое качество металла, большие потери марганца с отвальным шлаком (62%). Резко понижается качество металла при использовании в составе шихты карбонатных и силикатных марганцевых руд, одновременно увеличивается количество шлака и потери марганца со шлаком.

Наиболее близким аналогом по назначению и совокупности существенных признаков является патент RU 2347835 С2 (МПК С22С 33/04, 27.07.2008) [2], в котором раскрыт способ комплексной переработки марганцевых руд, включающий плавку шихты, содержащей марганцевую руду и кокс, с получением шлака и ферромарганца. При этом применяют богатую низкофосфористую руду и высокофосфористую.

Недостаток этого способа заключается в низком качестве ферромарганца 0,35% фосфора. В результате чего необходимо применять богатую марганцевую руду с низким содержанием фосфора (г/мп=0,0021). В России отсутствуют низкофосфористые марганцевые руды. Второй недостаток указанного способа - не используется шлак.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества сплавов, в снижении потери марганца с отвальным шлаком, эффективном использовании шлака.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении качества сплава путем рафинирования с использованием в качестве реагентов карбонатов, хлоридов, фторидов щелочных и щелочноземельных металлов, снижении потерь марганца с шлаком, применении шлака для изготовления цемента путем подбора состава шихты для выплавки сплавов.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата применяется способ комплексной переработки марганцевых руд, включающий выплавку марганцевых сплавов, отличающийся тем, что в шихту перед плавкой добавляют известь или известняк для образования шлака основностью не менее 2,8, после плавки проводят рафинирование полученного расплава путем введения карбонатов, хлоридов и фторидов щелочных и/или щелочноземельных металлов или их смесями и обработкой ультразвуком частотой 18-21 кГц с отделением ферромарганца и шлака, отделенный шлак охлаждают, добавляют в него двуводный гипс в количестве 4-6% от массы шлака и проводят помол до крупности не менее 320 см²/г с получением цемента.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что к настоящему времени оксидные марганцевые руды практически переработаны. Появилась необходимость использования карбонатных и силикатных марганцевых руд. Карбонатные и силикатные руды относятся к числу труднообогатимых и содержат повышенное количество фосфора и минеральных примесей. Рациональные технологии переработки этих руд не известны. В предлагаемом изобретении рекомендуется перерабатывать и использовать породообразующие минералы, содержащиеся в руде, путем совместной плавки шихты с добавкой шлакообразующего компонента известняка или извести с получением высокоосновного шлака с основностью не менее 2,8. Шлаки с основностью 2,8, измельченные до крупности не менее 320 см²/г, обладают вяжущими свойствами. Предлагается в изобретении после выплавки сплава выделять шлак и использовать его для производства цемента путем совместного помола с добавкой двуводного гипса.

Известно, что при выплавки металла в шлаке остается корольковый металл. Применение ультразвуковой обработки расплавленного шлака и металла позволяет перевести корольки сплавов в ферромарганец и увеличить выход полезного материала. Решение этой задачи достигается обработкой расплава ультразвуком частотой 18-21 кГц.

При выплавке марганцевых сплавов фосфор из руды практически полностью переходит в металл. Предлагается сплавы рафинировать с применением карбонатов, фторидов, хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов. Эти реагенты можно вводить в металл путем вдувания инертными газами, кислородом либо вводить в расплав с помощью штанги упакованные реагенты или металлические контейнеры с реагентами.

Исследованиями установлено, что при снижении частоты ультразвука ниже 18 кГц не достигается необходимое извлечение корольков металла из шлака в сплав. Увеличение частоты ультразвука более 21 кГц не увеличивает извлечение металла из шлака в сплав. Оптимальным режимом является обработка расплава ультразвуком частотой 18-21 кГц в течение 13 минут. Увеличение продолжительности воздействия ультразвука более 13 минут не рационально (Таблица).

Пример. Ферромарганец получали в трехфазной электрической печи мощностью 10000 кВ·А. Ванна прямоугольная размером 7,6×2,9 метра. Электроды самообжигающиеся диаметром 1 м. Глубина ванны 2,1 м. Электроды расположены в ряд на расстоянии 2,2 метра между осями. Плавка осуществлялась непрерывным процессом с погружением электродов в шихту на 1,2-1,4 метра.

Для эксперимента применяли высокофосфористую кусковую руду Мазульского месторождения. Состав калоши: марганцевая руда кусковая; размер кусков 90-140 мм - 300 кг, прессованная железная стружка - 15 кг, коксик от ОАО «Кузнецкий металлургический комбинат», известняк Мазульского месторождения. В шихту перед плавкой добавили известняк для образования шлака плотностью 2,2. Расход электроэнергии составил 4800 кВт×ч на 1 т ферромарганца. По окончании плавки металл и шлак выпускали в ковш, после чего в него вводилась рафинировочная смесь. Для рафинирования применяли смесь NaCl 50% (по массе), Nа₂СО₃ - 50%. Рафинировочная смесь упаковывалась в металлические пакеты, изготовленные из тонкого железного листа. Пакеты вводились в расплав металлическими штангами. Шлаковый расплав обрабатывался ультразвуком частотой 21 кГц в течение 13 минут. После чего шлак переливался в шлаковни, охлаждался и дробился в молотковой дробилке, смешивался с двуводным гипсом и размалывался до крупности 350 см²/г. Исследованиями установлено, что указанным способом получен цемент марки М500.

В опыте 2 для плавки применялась шихта состава (килограмм на 1 т ферромарганца): марганцевая руда - 3100, кокс - 600, известь - 3500, стружка стальная - 190.

Для рафинирования применялась смесь состава: NaCl - 40%, Na₂CO₃ - 40%, NaF - 20%. Количество смеси 3% от массы ферромарганца.

В опытах 1, 2 получены одинаковые результаты по качеству ферромарганца и по качеству цемента, что представляет практический интерес для производства с возможностью утилизации шлака.

Главным фактором повышения эффективности переработки марганцевых руд является полное использование марганцевых руд, а именно использование породообразующих минералов (силикаты, полевые шпаты), содержащих кальций, магний, кремнезем, оксидное железо, для выплавки из этих компонентов сырья для производства цемента (клинкера). Предлагаемое изобретение позволяет полностью использовать марганцевую руду с получением ферромарганца и цемента.

Результаты обработки расплава ультразвуком при различных условиях плавки
Частота ультразвука, кГц	Продолжительность обработки ультразвуком, минуты	Количество шлака от массы металла, %	Основность шлака CaO/SiO2	Количество гипса в шлаке, %	Количество рафинировочной смеси, %	Содержание металла в шлаке, масс.%
13	6					18
13	13					15
13	23					15
18	6					11
18	13					4
18	23					4
21	6					6
21	13					4
21	23					4
27	6					4
27	13					4
27	23					4
10	5	10	2,8	4	3	4
15	15	5	2,8	5	3	4
21	13	13	2,8	6	3	4
18	10	15	1	5	3	4
21	13	20	2	5	3	4
21	13	20	2,8	5		4
21	13	20	2,5	5	3	4
12	13	20		5	1	5
21	13	20		5	1,5	7
25	13	20	2,8	5	2,5	3

Продолжение таблицы 1
	13	20	2,8	5	3	4
	13	20	2,8	5	3	6
	13	20	2,8	5	3	7,9
	13	20		6	3
Оптимальные условия 21кГц	13	20	2,8	5	3	4

Источники информации

1. Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. М., «Металлургия», 1988, с.783.

2. Патент RU 2347835 С2 (МПК С22С 33/04, 27.07.2008).