Общие сведения и требования промышленности к качеству доломита

Доломит представляет собой горную породу, состоящую в основном из минерала доломита. В чистом доломите [CaMg(CО3)2] содержится 30,41 % CaO; 21,86% MgO и 47,73% CO2.

Минерал доломит кристаллизуется в тригональной сингонии, имеет ромбоэдрический вид симметрии. Спайность у доломита совершенная по ромбоэдру. Твердость доломита 3,5—4,0 по шкале Мооса, плотность 2,8—2,9. Цвет крупных кристаллов доломитов обычно белый с желтоватым или красноватым оттенками. Встречаются прозрачные и полупрозрачные разновидности. Блеск стеклянный, минерал хрупкий. В природе доломит встречается в виде твердых плотных пород белого или светло-серого цвета, часто с желтоватым оттенком, с землистым, фарфоровидным или кристаллическим изломом. Он образует крупно-, мелко- и скрытокристаллические агрегаты, реже наблюдаются оолитовые, почковидные, ячеистые и другие агрегаты. Широко развиты рыхлые разновидности, носящие название доломитовой муки.

В доломите обычно содержатся минеральные примеси как сингенетические, так и эпигенетические. Сингенетические примеси разделяются на аутигенные и аллотигенные. Сингенетическими аутигенными минералами-примесями обычно являются кальцит, магнезит, сидерит, брейнерит, анкерит, родохрозит, опал, халцедон, кварц, минералы группы глин, окислы и гидроокислы железа (лимонит и др.), альбит, глауконит, магнезиальные силикаты, пирит, марказит, гипс, ангидрит и др. Сингенетическими аллотигенными примесями в доломитах являются терригенный пелитовый, алевритовый и псаммитовый материал, вулканогенные породы, космическая пыль.

Эпигенетическими минеральными примесями в доломите служат халцедон, кварц, окислы и гидроокислы железа и марганца, палыгорскит, полевые шпаты, гипс, ангидрит, барит, сера и др. В зависимости от состава примесей доломиты могут быть окрем-нелыми, окварцованными, мергелистыми, песчанистыми, кальци-тизированными, загипсованными, ожелезненными, битуминозными. Минеральные примеси вызывают большие или меньшие отклонения химического состава доломита — породы от теоретического состава доломита — минерала. В доломите часто наблюдается избыток карбонатов кальция и, в меньшей мере, магния. Карбонат магния иногда изоморфно замещается карбонатами железа (сидеритом, анкеритом, брейнеритом) и марганца (родохрозитом).

Различные примеси по-разному влияют на качество доломитов как минерального сырья металлургической промышленности. В производстве огнеупоров наиболее важную роль играют примеси CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, Mn3O4, SO3 и P2O5, причем роль большинства из них двойственна: являясь в общем вредными, они в известных условиях и в некоторых определенных соотношениях необходимы. Присутствие свободной окиси кальция повышает огнеупорность доломита, но затрудняет его спекание и способствует гидратации обожженного доломита. Кремнезем в количестве 1—6% обычно не только не оказывает вредного влияния на ход обжига доломита и качество получаемой из него огнеупорной продукции, но даже придает ей повышенную устойчивость против гидратации, связывая свободную окись кальция в высокоогнеупорный трехкальциевый силикат. Однако более высокое содержание кремнезема в доломите препятствует его спеканию и приводит к образованию доломитового клинкера малой плотности. При службе обожженный доломит с высоким содержанием SiO2 разрушается быстрее, так как в нем образуются легкоплавкие силикаты— монтичеллит и мервинит. Кроме того, образующийся при спекании доломита с высоким содержанием кремнезема двукальциевый силикат вызывает распыление обожженного доломита, что приводит к большим потерям его в процессе обжига и транспортировки.

Глинозем, окислы железа и марганца в количестве до 2—3% каждая способствуют спеканию доломита и снижают гидратационную способность обожженного порошка, но избыток этих окислов приводит к образованию легкоплавких соединений (трехкальциевого алюмината и монтичеллита), что снижает стойкость огнеупоров к воздействию температуры. При использовании доломита в качестве флюса кремнезем и полуторные окислы требуют для своего ошлакования дополнительного расхода флюса и кокса. Присутствие в доломите серы сказывается по-разному. Сульфатная сера в небольшом количестве (до 1% SO3) ни на процесс обжига, ни на свойства порошка и огнеупорных изделий заметного влияния не оказывает. Однако при повышенном ее содержании не исключена возможность перехода серы в металл. Пиритная сера при обжиге выгорает и удаляется с дымовыми газами, но в случае применения для заправки подин сырого доломита часть серы может остаться в материале подин и при ее износе перейти в металл. При использовании доломита в качестве флюса примеси серы бывают вредны. Вредное влияние оказывает и фосфор, так как при доменной плавке сера и фосфор почти целиком переходят в металл и резко ухудшают его качество.

Из изложенного видно, что основным показателем пригодности доломитов для производства огнеупоров и в качестве флюсов является их химический состав. Существенное значение имеют также структура и механическая прочность доломита. Рыхлые доломиты, например, в качестве флюса не используются, а при использовании их для производства огнеупоров резко снижается выход товарного кускового доломита.

На основании изучения свойств доломитов, их спекаемости и условий службы в металлургических печах П.П. Будниковым разработана технологическая классификация доломита. В основу этой классификации положены размеры кристаллов исходного доломита и расчетный минеральный состав обожженного материала при полном окончании реакций и установлении равновесия в процессе обжига. Согласно этой классификации выделяется три структурных типа сырых доломитов: мелкокристаллический — с зернами до 0,1 мм, среднекристаллический — с зернами от 0,1 до 0,25 мм и крупнокристаллический — зерна более 0,25 мм.

По содержанию свободной CaO и MgO (в пересчете на прокаленное вещество) металлургический доломит, согласно классификации, делится на три группы (табл. 6).

По содержанию легкоплавких соединений (4СаО*Al2O3*Fe2O3+2СаО*Fe2O3 или 4Ca*Al2О3*Fe2О3+3CaО*Al2О3) металлургический доломит, согласно классификации, делится на три подгруппы: I—5%; 2—5—10% и 3—10—14% для I группы; 10—15% — для 11 группы и 10—20% для III группы.

Для каждого из выделенных типов, групп и подгрупп установлена температура, при которой происходит спекание доломита (табл. 7).

Требования к сырому доломиту, предназначенному для обжига на металлургический доломит, а также для подсыпки порогов и заправки мартеновских печей регламентируются ГОСТ 10375-63. Согласно этому стандарту, сырой доломит подразделяется на доломит, предназначенный для обжига, на металлургический доломит и заправки мартеновских печей и доломит для заправки и подсыпки порогов мартеновских печей. Химический состав доломита должен соответствовать требованиям, приведенным в табл. 8.

ГОСТ лимитирует также зерновой состав доломита, в зависимости от способа его обжига. Доломит, предназначенный для обжига в вагранках и шахтных печах, должен иметь размер кусков от 20 до 80 мм (допускается не более 3% зерен размером менее 25 мм). Доломит, предназначенный для обжига во вращающихся печах, заправки мартеновских печей и для порогов мартеновских печей, должен иметь размер зерен от 5 до 25 мм (допускается не более 8% зерен менее 5 мм).

ГОСТ 10375-63 не распространяется на доломит, предназначенный для производства огнеупорных изделий. Требования к качеству сырого дробленого доломита, используемого для изготовления смолодоломитов-огнеупоров, регламентируются 4 МТУ 8—22-67. Согласно указанным техническим условиям доломит по зерновому составу разделяется на две марки: СД-25 и СД-7. В доломите марки СД-7 размер кусков должен находиться в пределе 3—7 мм, а в доломите марки СД-25 — в пределе от 5 до 25 мм.

Требования к химическому составу доломитов для обеих марок одинаковы. Содержание лимитирующих компонентов должно быть (в % на сырой материал): MgO не менее 19; CaO — не более 33; SiO2 — не более 1,0; Аl2О3+Fе2О3+Мn3О4 — не более 2,0. Для доломитов Щелковского, Стыльского и Новотроицкого месторождений допускается содержание SiO2 не более 1,3%, для Данковского месторождения — до 1,4% и кроме того допускается содержание Аl2O3+Fе2O3+Мn3O4 до 1,0%.

Как показывает практика, в конвертерном производстве принципиально возможно использование доломитов и с несколько пониженным против указанных норм содержанием окиси магния и повышенным — кремнезема и полуторных окислов. Возможность получения из таких доломитов смолодоломитовых огнеупоров должна быть подтверждена технологическими испытаниями. Качество смолодоломитовых огнеупоров и их стойкость в футеровке конвертеров в значительной степени зависят от состава смоляной связки, что следует иметь в виду при выборе связующего материала в процессе проведения технологических испытаний.

К доломиту как флюсующему материалу различные металлургические заводы предъявляют различные требования, в зависимости от вещественного состава руд. Эти требования регламентируются соответствующими техническими условиями. В общем виде в доломитах, используемых в качестве флюсов, содержание MgO должно находиться в пределах 17—19%, SiO2 — не превышать 6%, R2O3+MnO — не более 5%. Доломиты должны иметь временное сопротивление сжатию не ниже 300*10в5 Па. Рыхлые доломиты в качестве флюса не используются. Эти доломиты и мелочь, получаемая при дроблении плотных доломитов, могут быть использованы для изготовления магнезиальных металлургических агломератов. Для этой цели пригодны доломиты, содержащие не менее 53% CaO+MgO, причем MgO должно быть не более 16%. Лимитируется также нерастворимый остаток — не более 2,5%-

Из изложенного видно, что единых требований к качеству доломитов, используемых металлургической промышленностью, нет. Вследствие этого заключение о пригодности доломита дается в каждом конкретном случае на основе проводимых при разведке месторождения технологических исследований, по результатам которых разрабатываются кондиции.