Руды и рудные концентраты. Рудное сырье черных и цветных металлов. Неметаллические руды

Теоретический вопрос № 16. Руды и рудные концентраты. Рудное сырье черных и цветных  металлов. Неметаллические руды.

Рудные грузы предъявляются  к перевозке в виде сырой руды (сортированной, рядовой и мелочи), рудных концентратов, агломерата (горячего и охлажденного) и металлических окатышей.

Деление на бедные и богатые  руды производится по концентрации основного компонента. Для всех видов руды устанавливаются нижние пределы содержания полезных минералов, которые определяют технологическую возможность и экономическую целесообразность добычи и переработки рудного сырья. Например, содержание меди должно быть не менее 0,5 – 1,5%, цинка – 1%, олова – 0,1%. По составу полезных элементов руды подразделяют на металлические, полиметаллические, содержащие несколько металлов, и не металлические.

Основные физико – химические свойства рудных грузов, влияющие на условия  транспортирования и хранения: объемная масса, влажность, гранулометрический состав, пористость, абразивность, корродирующие  и другие специфические особенности.

Объемная масса рудных грузов колеблется в широких пределах и зависит от содержания основного минерала, вредных и полезных примесей, пустой породы, влажности, пористости и других факторов. В свою очередь объемная масса влияет на степень использования грузоподъемности подвижного состава и погрузочно – разгрузочного оборудования.

Влажность является одним из качественных показателей рудного сырья, определяет технологию использования и степень смерзаемости в зимних условиях и липкость в теплое время года. Пределы безопасной влажности и способы профилактики против смерзания устанавливаются для каждого вида руды отдельно.

Пористость – важнейший качественный показатель рудного сырья – улучшает условия доменного процесса, обеспечивая свободный проход газов между и внутри кусков шихты. В зависимости от пористости, составляющей 10 – 45%, руды делятся на плотные, малопористые и рыхлые.

Гранулометрический  состав определяет выбор способов обогащения рудного сырья, подготовки его к использованию, а так же влияет на условия транспортировки и перегрузок. Размеры отдельных кусков руды могут меняться в широких пределах – от пылевидных (менее 0,05 мм) до особо крупных (более 320 мм). Однако в процессе добычи и обогащения есть возможность получения оптимального гранулометрического состава. Управляющими факторами при этом являются технологические условия обогащения рудного сырья и восстановление металлов, а также оптимальное использование вместимости (грузоподъемности) подвижного состава, снижение ударных перегрузок при  погрузке, а так же рациональное использование погрузочно – разгрузочных машин.

Гранулометрический состав, смерзаемость и липкость могут явится причиной возникновения сводов над  выпускными отверстиями бункеров, воронок  и люков подвижного состава. Явление сводообразования препятствует свободному истечению груза и требует принятия специальных мер для нормализации перегрузочных процессов. Поэтому размеры выпускных отверстий бункеров должны соответствовать размерам типичных кусков горной породы, а максимально допустимые размеры отдельных кусков – принятому оборудованию.

Абразивность  - способность к истиранию стенок бункеров, затворов, питателей и других поверхностей, контактирующей с грузом, - одно из отрицательных свойств некоторых рудных грузов. Пылевидные частицы рудных грузов, обладающих абразивными свойствами, оказывают вредное влияние на организм человека, находящегося в зоне пыления, и особенно на дыхательные пути.

Обогащение рудных грузов заключается в дроблении, грохочении, промывке водой, флотации, магнитной сепарации, агломерации и окомковании. Цель обогащения – повышение содержания основного компонента, удаление вредных примесей и пустой породы, улучшение гранулометрического состава.

К сортированным относятся  руды, у которых отношение размеров (например, диаметров) наибольшего и наименьшего кусков не превышает 2,5. У несортированных руд аналогичное отношение составляет более 2,5. Рудная мелочь (аглоруда) содержит 92% фракций  с размерами частиц менее 10мм и только 8% частиц с размерами 10 – 20 мм.

Промывка водой  представляет собой простейший способ обогащения, который основан на вымывании  пустой породы, глинистых и других примесей потоком воды. В результате получается так называемая мытая  руда, отличающаяся повышенной влажностью.

Флотация –  основана на способности минералов прилипать к воздушным пузырькам, проходящим через специально подготовленную пульпу (смесь воды с измельченной рудой), и переходить вместе с ними в пенный слой, а других оставаться в воде. Используя различные реагенты, добавляемые в процессе флотации, можно влиять на гидрофобные свойства минералов, что позволяет разделять полиметаллические руды и получать медный, свинцовый и цинковый концентраты.

Рудное сырье  черных металлов. Основными видами сырья для производства черных металлов являются железосодержащие руды, продукты переработки серного колчедана, железорудные концентраты, агломераты и окатыши.

Железосодержащие  руды в зависимости от образующего руду минерала делятся на гематитовые, магнетитовые, гетитовые и сидеритовые.

Гематитовые руды (красный железняк) имеют наибольшее процентное содержание железа (50-70%, а в отдельных случаях 75-90%); отличаются сравнительной химической чистотой, малым содержанием вредных примесей. Магнетитовые руды (50-60% железа) характеризуются трудной восстановимостью, магнитными свойствами, широкими пределами влажности, плотности и вредных примесей. Бурые железняки (гетины) содержат 25 – 55% железа и в большинстве случаев представляют собой очень пористые аморфные соединения, пористость которых 16 – 44%. Это дает возможность непосредственного их использования в доменном процессе. У седеритов (шпатовых железняков) наиболее низкое содержание железа 30 – 40%, плотная структура, относительно небольшая влажность. Шпатовым железнякам часто сопутствуют сернистые соединения железа и цинка.

Все руды черных металлов – смерзающиеся грузы, перевозятся навалом в открытом подвижном составе; хранятся на открытых площадках предварительно спланированных и забетонированных. Высота штабеля может достигать 6-8 м. При хранении не рекомендуется смещение сортов и засорение пылеобразующими материалами и посторонними предметами.

Руды серного колчедана представляют собой сернистые соединения железа желтоватого или зеленовато – серого цвета с металлическим блеском. Различают следующие сернистые соединения железа: серный колчедан (пирит), магнитный колчедан (пирротин) и медный колчедан (халькопиррит). В природе серный колчедан в чистом виде встречается редко, обычно он вырабатывается промышленностью при обогащении медных и полиметаллических руд. Полезной составной частью серного колчедана является двухсернистое железо, которое в чистом виде содержит 53,5% серы и 46,5% железа.

В зависимости  от предварительной обработки и  обогащения к перевозкам по железным дорогам предъявляют рядовой, сортированный, гранулированный и флотационный сернистый колчедан. Гранулированный серный колчедан получается измельчением рядового, он содержит 35 – 50% серы, обладает значительной твердостью и абразивностью, оказывает сильное истирающее действие на металлы. Влажность гранулированного колчедана сохраняется почти без изменений при длительном хранении и транспортировании и составляет 2-4%. Флотационный серный колчедан вырабатывается при обогащении медных полиметаллических руд. По химическому составу флотационный колчедан аналогичен рядовому и отличается только размерами фракций. У основной массы частиц (15-80%) размеры менее 0,1мм. Влажность флотационного колчедана не более 4,5%. При влажности менее 0,5% (сухой колчедан) частицы груза имеют повышенную подвижность, что приводит к пылению. Увеличение влажности до 2-3% уменьшает подвижность частиц, приводит к слеживаемости при длительном хранении.

Хранятся серные колчеданы на чистых бетонированных площадках строго по классам и  маркам. Штабеля с колчеданом разных марок и классов должны быть разделены барьерами, не допускающими смешения. Гранулированный серный колчедан обладает способностью измельчаться и распыляться при производстве погрузочно – разгрузочных работ, поэтому число перегрузочных работ должно быть минимальным. При хранении серные колчеданы представляют собой пожарную опасность из-за большего содержания серы. Температура внутри штабеля не должна превышать 60 градусов.

Перевозят серные колчеданы навалом в универсальных  полувагонах с заделкой щелей кузова или в специальных полувагонах, обеспечивающих сохранность груза от протекания в щели. При перевозке в холодное время года необходимо проводить профилактику против смерзаемости.

Железорудные  концентраты являются продуктами глубокого обогащения железосодержащих руд на горно – обогатительных комбинатах. Особая ценность этого вида рудного сырья заключается в большом содержании железа, которое в отдельных случаях достигает 90%. По гранулометрическому составу концентраты представляют собой тонкоизмельченную порошкообразную массу  с размерами отдельных частиц 0,6-0,025 мм, причем основную массу концентратов (75%) составляют частицы 0,05мм и менее. Влажность концентратов составляет 1-1,5%. Гранулометрический состав и влажность существенно влияют на объемную массу, а так же на условия перевозки и хранения. При небольшой влажности концентраты обладают свойствами сыпучих тел, легко просачиваются в неплотности и щели кузова вагона, выдуваются встречными потоками воздуха. При увеличении влажности концентраты в теплое время года прилипают к стенкам и днищу вагонов, а в холодное сильно смерзаются. Силы адгезии начинают проявляться при влажности 7% и достигают максимума при 14%. Допускаемая влажность концентратов должна составлять зимой 1-2%, летом -6-10%. Перевозка осуществляется в специальных приспособленных вагонах.

Железорудные  концентраты хранят на открытых площадках. Атмосферная влага в период продолжительных  дождей проникает только на глубину 20-30  см и не изменяет заводской  влажности концентрата. Воздействие минусовых температур на штабель носит так же поверхностный характер: промерзает слой в 40-60 см, а на глубине 1м от поверхности сохраняется плюсовая температура (1-2гр).

Агломират и окатыши – продукты специальной термической обработки мелкого рудного сырья и концентратов. Широко распространены два способа получения рудного сырья нужного гранулометрического и химического составов: процесс агломирации (спекания рудной мелочи и концентратов в куски) и процесс производства из железорудного концентрата в окатышей – шариков определенного диаметра.

Процесс агломерации  является непрерывным процессом. В  начале технологической линии на агломерационную ленту укладывается специально подготовленная шихта, в  состав которой, кроме рудной мелочи и железорудного концентрата, входят также колошниковая пыль, марганцевая пылевидная руда, флюсы и коксовая мелочь. Коксовая мелочь под действием высокой температуры горящего газа выгорает, а остальные компоненты спекаются. Готовый агломерат выдается с технологической линии большими блоками с температурой 800 градусов. Затем производится дробление, грохочение и охлаждение до 100 градусов. Агломерат должен иметь высокую прочность, кусковатость, пористость и хорошую восстановимость при заданном химическом составе. В процессе перегрузочных работ и транспортирования происходит его измельчение и ухудшение качества. В связи с этим агломерационные фабрики, как правило, строятся на территории металлургических заводов. Внешние перевозки осуществляются по железной дороге на короткие расстояния (300 – 400 км) в специализированных металлических хопперах (агловазах) в горячем состоянии (до 700 градусов).

Наиболее ценным металлургическим сырьем являются – окатыши. Процесс получения окатышей имеет две основные фазы: получение сырых шариков определенного диаметра (2-30мм) и химического состава на специальных устройствах – окомкователях и последующий высокотемпературный обжиг. Для повышения прочности сырых окатышей в подготовленную к окомкованию шихту добавляют связующие  присадки. Если в шихту добавить коксовую мелочь при последующем обжиге часть железа восстановиться до металла и готовые окатыши могут содержать до 40% металла, что значительно повышает ценность этого вида сырья.

Окатыши имеют  значительно большую холодную прочность  и пониженную в сравнении с агломератом истираемость. Свойства окатышей как физические, так и химические достаточно стабильны и незначительно меняются в процессе длительного хранения, при перегрузочных и транспортных операциях.

Руды цветных  металлов. Руды и концентраты руд цветных металлов широко применяются как в цветной так и в черной металлургии, а так же в других различных областях народного хозяйства. Особенности хранения, перегрузок и транспортирования зависят от конкретных горных пород.

Марганцевые руды по содержанию железа и марганца делятся на марганцевые (45-52% марганца), ферромарганцевые (20-30% марганца и столько же железа) и марганцовистые (5-15% марганца). В зависимости от назначения марганцевые руды делятся на металлургические и химические (пироксидные). Основным потребителем марганцевой руды является черная металлургия, где ее используют в качестве добавки к шихте доменных печей с целью облегчения процесса восстановления железа и удаления вредных примесей, а так же для получения ферромарганца, который затем перерабатывают в специальные марганцевые стали.

Марганцевые руды (металлургические) подразделяются на четыре сорта в зависимости от предварительной подготовки и обогащения. Их хранят на бетонированных чистых площадках раздельно по сортам, не допуская смешения, и на достаточном удалении от пылеобразующих грузов: угля, серы, серного колчедана и др. При хранении ферромарганца высота штабеля должна быть не более 3,5 м.

Ферромарганец – негорючее  вещество, но под действием влаги  может распадаться, нагреваться  и выделять горючие газы и ядовитый фтористый водород. Марганцевые руды перевозят навалом на открытом подвижном составе и относят к замерзающим грузам.

Хромитовые руды отличаются разнообразным составом основных компонентов: 13-61% - хрома, 4-25% алюминия, 7-24% железа, 10-32% магния, 0-25% кремнезема. Наиболее распространенным минералом, входящим в состав хромитовых руд, является хромистый железняк черного цвета с металлическим блеском. Минерал устойчив к выветриванию, плотнозернистого строения, высокой огнестойкости до температуры 2200 градусов при почти отсутствующем тепловом расширении.