Технологические исследования магнезитов

09.06.2018
Высокое качество магнезита разрабатываемых в России месторождений позволяет использовать их без предварительного обогащения. С целью получения товарного магнезита, обеспечивающего производство огнеупорных изделий в требуемом ассортименте, осуществляется селективная выемка сырья различного сорта и в отдельных случаях ручная рудоразборка на транспортерных лентах или гравитация в тяжелых суспензиях. Однако магнезиты, получаемые таким способом, не всегда обеспечивают получение огнеупорных изделий высокого качества. Кроме того большая часть некондиционных магнезитов вывозится в отвал, что существенно снижает потенциал месторождений.

Современная тенденция развития технологии изготовления магнезиальных продуктов направлена на улучшение их качества и повышение эксплуатационных и технологических свойств огнеупорных изделий. Огнеупорные материалы, изготовленные из магнезитовых порошков с высоким содержанием окиси магния и минимальным содержанием окиси кальция и кремнезема, отличаются высокой стойкостью и долговечностью.

Снижение качества огнеупорных магнезитовых изделий обусловлено присутствием в магнезите примесей. Среди примесей можно выделить две группы: крупные (более 3—5 мм), к которым относятся вмещающие породы, жилы и дайки, прослои и заполнения карстовых полостей в полезной толще и мелкие (менее 3 мм), которые заключены в самом полезном ископаемом. Примеси первой группы частично удаляются ручной рудоразборкой и значительно лучше гравитацией в тяжелых суспензиях. Обычно для разделения магнезита и механических примесей применяют суспензию молотого ферросилиция, имеющего плотность 2,8—2,9 г/см3. Примеси второй группы удаляются значительно сложнее. Различный состав и структура примесей и их размер не позволяют разработать единой схемы обогащения.

Обогатимость магнезитового сырья изучалась многими исследователями на разных месторождениях. Проведенные исследования показали возможность и целесообразность применения флотации. Однако набор флотореагентов и их удельный расход, степень измельчения и другие технологические параметры различны для разных месторождений и даже для разных руд. Так, для обогащения доломитизированных и низкосортных магнезитов Саткинской группы в качестве флотореагентов могут служить олеиновая кислота, депрессором — хлорное железо и пирофосфат натрия. Для флотации магнезитов III и IV сортов этого же месторождения использовалась сода, а в качестве депрессора — гексаметафосфат натрия и карбоксиметилцеллюлоза. Проведенные опыты по обогащению магнезитов Савинского месторождения показали, что оталькованные магнезиты хорошо обогащаются флотацией, а оталькованно-доломитизированные — гравитацией.

Весьма перспективным представляется разработанный в последнее время метод химического обогащения магнезитов. Сущность его заключается в том, что после проведения активированного обжига материал обрабатывается слабым углекислым газом и раствором моноэтаноламина. При дальнейшей обработке водной суспензии углекислым газом получается раствор бикарбоната магния, из которого можно изготовлять различные сорта окиси магния. С помощью этого метода из некондиционных саткинских руд, с содержанием 39% MgO, был получен высококачественный магнезитовый порошок (98—99% MgO).

При разведке месторождений опыты по обогащению следует производить как с целью использования низкосортных и загрязненных вредными примесями разностей магнезита, так и для получения из рядового сырья продуктов высокой чистоты. Пробы для исследования на обогатимость следует отбирать от каждой изучаемой разновидности магнезитового сырья. В зависимости от вида испытаний, качества исходного сырья и целевого назначения получаемого при обогащении концентрата масса проб колеблется от 10 до 100 кг при лабораторных исследованиях и от 800 до 1000 кг — при полупромышленных. Независимо от того, будет ли использоваться для производства огнеупорных изделий сырой не-обогащенный магнезит или будут применяться концентраты, получаемые после его обогащения, все магнезитовые продукты, предназначенные для производства огнеупоров, должны быть подвергнуты технологическим испытаниям.

Основным продуктом огнеупорной промышленности, для получения которого используется магнезит, является металлургический магнезитовый порошок. Он применяется для наварки и набивки стен и откосов мартеновских и электросталеплавильных печей, а также используется в качестве полупродукта, идущего на изготовление магнезиальных огнеупорных изделий (магнезитовых, хроммагнезитовых, магнезитохромитовых и форстеритовых), огнеупорных бетонов и торкрет-масс.

Металлургические магнезитовые порошки получают путем обжига природного магнезита (или продукта обогащения) в шахтных или вращающихся печах. Обжиг производится при температуре 1700—1750° С. В шахтные печи магнезит поступает в виде кусков размером не более 250 мм и не менее 30 мм, во вращающихся печах обжигаются мелкая и тонкая его фракции.

Получаемые в результате обжига порошки разделяются на три группы: 1) различного назначения; 2) для производства огнеупорных изделий и 3) для производства плавленого магнезита. Магнезитовые порошки первой группы применяются для наварки подин и откосов сталеплавильных печей, изготовления бетонов, растворов и торкрет-масс. Порошки этой группы в зависимости от марки содержат от 75 до 87% MgO, содержание кремнезема в них не должно превышать 4—5%, допустимое содержание окиси кальция колеблется в широких пределах — от 4 до 15%. Магнезитовые порошки в последние годы стали широко использоваться для производства огнеупорных и жаропрочных бетонов, что сокращает потребление дорогостоящих штучных огнеупоров и способствует индустриализации строительства нагревательных агрегатов.

Содержание окиси магния в огнеупорном магнезитовом бетоне должно быть не ниже 80%. Кроме магнезитовых изготавливаются и другие виды бетонов: магнезит-доломитовый, магнезит-хромито-вый, хроммагнезитовый, периклазо-шпинелидный, форстеритовый и др. Большую роль в металлургической промышленности играют всевозможные защитные покрытия, особенно торкретирование, т. е. нанесение слоя огнеупорного материала толщиной 5—10 мм на изношенные участки футеровки печей. Изготавливаемые на основе магнезита торкретмассы разделяются на магнезит-хромитовые (50% магнезитового порошка и 50% хромитового) и хромит-магнезитовые (30% магнезитового и 70% хромитового порошка).

Магнезитовые порошки второй группы предназначены для производства огнеупорных изделий. Требования к их качеству значительно выше: содержание MgO должно быть не менее 80—90%, CaO — не более 4—5%, SiO2 — не более 2,5—4% в зависимости от марки порошка. Важное значение имеет отношение CaO:SiO2. Оно определяет спекаемость магнезита и качество изделий.

При отношении (по массе) CaO:SiO2 равном 0,5—1,5 и содержании SiO2 более 9% порошки хорошо спекаются при температурах 1650—1700°. При отношении CaO:SiO2 более 1,5—2 и содержании SiO2 менее 0,9% порошки удовлетворительно спекаются лишь при температуре более 1700° С. При отношении CaO:SiO2 меньше 1,87 в изделиях образуются нестойкие фазы, что снижает их качество.

Изготавливаемые на основе магнезитового порошка изделия разделяются на магнезитовые, магнезит-хромитовые, хромит-маг-незитовые и другие, требования к которым регламентируются соответствующими ГОСТами или техническими условиями.

Спеченные металлургические порошки третьей группы используются для производства плавленого магнезита. Требования к качеству порошков для этого назначения высокие: содержание MgO должно быть не менее 93%, CaO — не более 3%, SiC2 — не более 3,0% и п. п. п.— не более 0,6%. Плавленый магнезит (или плавленый периклаз) применяется для производства огнеупоров высшего качества. Плавка производится в электродуговых печах. Магнезит обладает высокой плотностью и прочностью.

Из приведенного видно, что магнезит в огнеупорной промышленности используется для производства широкого ассортимента продукции, определить возможность получения которой только по химическому составу магнезита невозможно. Это обусловливает необходимость производства в обязательном порядке технологических испытаний. Для лабораторных технологических исследований пробы отбираются таким образом, чтобы они охарактеризовали каждую выделенную на месторождении качественную разновидность, имеющую промышленное значение. Пробы отбираются бороздовым или задирковым способом в горных выработках или из керна скважин. Масса пробы должна быть не менее 50 кг. Отбор проб для полупромышленных и промышленных испытаний должен производиться с учетом лабораторных исследований, технологии разработки месторождения (селективная или валовая) и переработки сырья.

Каждая разновидность магнезита, подлежащая селективной отработке и переработке по самостоятельной схеме, должна быть охарактеризована одной или двумя пробами в зависимости от выдержанности качества магнезита. Порядок отбора и обработки полупромышленных или промышленных проб, их масса, вид и объем технологических исследований необходимо согласовать с организацией, которая будет производить их испытание.