СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБЖИГА ЛИСАКОВСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО КОНЦЕНТРАТА ВО ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность работы. В промышленных масштабах железорудные концентраты должны соответствовать необходимым требованиям по содержанию железа и количеству примесей. Многочисленные исследования ученых и специалистов в области дефосфорации бурожелезняковых руд на стадии подготовки к металлургическому переделу, в том числе Лисаковского месторождения в Казахстане, не имеют рационального решения. Процедура удаления фосфора в сталеплавильном производстве является экономически затратной. Наиболее близко к решению проблемы обесфосфоривания лисаковского гравитационно-магнитного концентрата подошли специалисты ЗАО «Механобринжиниринг» (г. Санкт-Петербург). Они предложили технологию, которая включает окислительный обжиг концентрата при температуре 800 - 1000 °С и последующее выщелачивание фосфора водным раствором серной кислоты. Одной из основных операций в процессе дефосфорации является высокотемпературная обработка материала, от которой зависит степень извлечения фосфора из концентрата при выщелачивании. Фосфор после обжига становится свободным и легко реагирует с серной кислотой, а железо в основном не растворяется и остается в твердой фазе.
В связи с этим актуальным становится определение оптимальных параметров высокотемпературного окислительного обжига материала и установление механизма термического воздействия на фосфорсодержащий компонент.
Целью диссертационной работы является совершенствование технологии высокотемпературного окислительного обжига лисаковского железорудного концентрата во вращающейся печи перед стадией сернокислотного выщелачивания с обеспечением остаточного содержания фосфора в выщелоченном концентрате не более 0,2 %.
Для достижения цели настоящего исследования следует обеспечить решение следующих задач:
1. Разработка методики и оборудования для проведения лабораторного эксперимента при различных условиях обжига лисаковского железорудного концентрата и сернокислотного выщелачивания фосфора.
2. Изучение поведения частиц лисаковского железорудного концентрата под влиянием высоких температур.
3. Исследование поведения фосфорсодержащего компонента в условиях высокотемпературной обработки концентрата.
4. Выбор оптимальных параметров обжига концентрата перед сернокислотным выщелачиванием.
5. Определение оптимальных параметров сернокислотной обработки прокаленного концентрата для достоверной оценки качества предварительного обжига.
6. Внедрение технологии обжига лисаковского железорудного концентрата в промышленные условия на базе результатов лабораторных экспериментов.
Методы исследования. Исследования выполнены в лабораторном масштабе и подтверждены опытно-промышленными испытаниями. При обработке данных эксперимента использован расчетно-теоретический анализ.
Исследование поведения фосфорсодержащего компонента в лисаковском железорудном концентрате при нагревании образца проводили термогравиметрическим методом. Для изучения влияния высоких температур на частицы концентрата использовали микроскопический анализ. Содержание фосфора в железорудном концентрате определяли по ГОСТ 23581.19 - 91.
Научная новизна результатов работы:
1. Впервые установлено, что фосфор в лисаковском железорудном концентрате находится в виде гидратного фосфорсодержащего компонента, который разлагается при высоких температурах (730 - 1000 °С). Удаление гидратной влаги при разложении фосфорсодержащего компонента происходит ступенчато: при соответствующей температуре выделяется ее определенная доля.
2. Впервые установлено время разложения гидратного фосфорсодержащего компонента для температур обжига концентрата 800, 850, 900, 950 и 1000 °С, уточнены данные о поведении частиц лисаковского железорудного концентрата после прокаливания при различных температурах. На основании этих данных определена энергия активации процесса.
3. Впервые определен оптимальный режим обжига лисаковского железорудного концентрата (температура, длительность выдержки), обеспечивающий получение остаточного содержания фосфора в выщелоченном концентрате не более 0,2 %.
4. Для оценки качества высокотемпературной обработки концентрата установлены параметры сернокислотного выщелачивания фосфора: длительность процесса, концентрация серной кислоты в водном растворе, соотношение твердого вещества и жидкой фазы в пульпе, температура пульпы.
Практическая значимость работы:
Разработаны и внедрены практические рекомендации по реализации оптимального режима обжига лисаковского железорудного концентрата во вращающейся печи.
Личный вклад автора заключается в постановке целей и задач исследования, разработке методов исследования, планировании и выполнении эксперимента, обработке и анализе экспериментальных данных.
На защиту выносятся:
1. Результаты экспериментальных исследований обжига лисаковского железорудного концентрата в стационарном и пересыпающемся слое при различных режимах высокотемпературной обработки материала;
2. Результаты термогравиметрического анализа и лабораторной оценки процесса выщелачивания фосфора слабым водным раствором серной кислоты из обожженного концентрата;
3. Рекомендации по обжигу и охлаждению мелкозернистых материалов на установке «Вращающаяся печь - барабанный охладитель» и результаты опытно-промышленных испытаний.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: 16-й уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники. Екатеринбург, 2009; 10-й всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и специалистов. Магнитогорск, 2009; 8-м конгрессе обогатителей стран СНГ. Москва, 2011; всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Т1М’2012» и «Т1М’2013» с международным участием. Екатеринбург, 2012, 2013 гг.
Публикации. По результатам работы опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений, изложена на 137 страницах машинописного текста и содержит 26 таблиц, 42 рисунка и список использованной литературы, содержащий 94 наименования.
В связи с этим актуальным становится определение оптимальных параметров высокотемпературного окислительного обжига материала и установление механизма термического воздействия на фосфорсодержащий компонент.
Целью диссертационной работы является совершенствование технологии высокотемпературного окислительного обжига лисаковского железорудного концентрата во вращающейся печи перед стадией сернокислотного выщелачивания с обеспечением остаточного содержания фосфора в выщелоченном концентрате не более 0,2 %.
Для достижения цели настоящего исследования следует обеспечить решение следующих задач:
1. Разработка методики и оборудования для проведения лабораторного эксперимента при различных условиях обжига лисаковского железорудного концентрата и сернокислотного выщелачивания фосфора.
2. Изучение поведения частиц лисаковского железорудного концентрата под влиянием высоких температур.
3. Исследование поведения фосфорсодержащего компонента в условиях высокотемпературной обработки концентрата.
4. Выбор оптимальных параметров обжига концентрата перед сернокислотным выщелачиванием.
5. Определение оптимальных параметров сернокислотной обработки прокаленного концентрата для достоверной оценки качества предварительного обжига.
6. Внедрение технологии обжига лисаковского железорудного концентрата в промышленные условия на базе результатов лабораторных экспериментов.
Методы исследования. Исследования выполнены в лабораторном масштабе и подтверждены опытно-промышленными испытаниями. При обработке данных эксперимента использован расчетно-теоретический анализ.
Исследование поведения фосфорсодержащего компонента в лисаковском железорудном концентрате при нагревании образца проводили термогравиметрическим методом. Для изучения влияния высоких температур на частицы концентрата использовали микроскопический анализ. Содержание фосфора в железорудном концентрате определяли по ГОСТ 23581.19 - 91.
Научная новизна результатов работы:
1. Впервые установлено, что фосфор в лисаковском железорудном концентрате находится в виде гидратного фосфорсодержащего компонента, который разлагается при высоких температурах (730 - 1000 °С). Удаление гидратной влаги при разложении фосфорсодержащего компонента происходит ступенчато: при соответствующей температуре выделяется ее определенная доля.
2. Впервые установлено время разложения гидратного фосфорсодержащего компонента для температур обжига концентрата 800, 850, 900, 950 и 1000 °С, уточнены данные о поведении частиц лисаковского железорудного концентрата после прокаливания при различных температурах. На основании этих данных определена энергия активации процесса.
3. Впервые определен оптимальный режим обжига лисаковского железорудного концентрата (температура, длительность выдержки), обеспечивающий получение остаточного содержания фосфора в выщелоченном концентрате не более 0,2 %.
4. Для оценки качества высокотемпературной обработки концентрата установлены параметры сернокислотного выщелачивания фосфора: длительность процесса, концентрация серной кислоты в водном растворе, соотношение твердого вещества и жидкой фазы в пульпе, температура пульпы.
Практическая значимость работы:
Разработаны и внедрены практические рекомендации по реализации оптимального режима обжига лисаковского железорудного концентрата во вращающейся печи.
Личный вклад автора заключается в постановке целей и задач исследования, разработке методов исследования, планировании и выполнении эксперимента, обработке и анализе экспериментальных данных.
На защиту выносятся:
1. Результаты экспериментальных исследований обжига лисаковского железорудного концентрата в стационарном и пересыпающемся слое при различных режимах высокотемпературной обработки материала;
2. Результаты термогравиметрического анализа и лабораторной оценки процесса выщелачивания фосфора слабым водным раствором серной кислоты из обожженного концентрата;
3. Рекомендации по обжигу и охлаждению мелкозернистых материалов на установке «Вращающаяся печь - барабанный охладитель» и результаты опытно-промышленных испытаний.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: 16-й уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники. Екатеринбург, 2009; 10-й всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и специалистов. Магнитогорск, 2009; 8-м конгрессе обогатителей стран СНГ. Москва, 2011; всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Т1М’2012» и «Т1М’2013» с международным участием. Екатеринбург, 2012, 2013 гг.
Публикации. По результатам работы опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений, изложена на 137 страницах машинописного текста и содержит 26 таблиц, 42 рисунка и список использованной литературы, содержащий 94 наименования.
1. Впервые установлено, что фосфор в лисаковском концентрате находится в виде гидратного фосфорсодержащего компонента, разложение которого происходит ступенчато при температурах более 730 °С.
2. Впервые показано, что образование трещин на частицах концентрата в процессе разложения гидратного фосфорсодержащего компонента объясняется выделением высокотемпературной гидратной влаги, что приводит к растрескиванию уплотненной поверхности частиц под давлением водяных паров вплоть до разрушения.
3. Впервые определена кинетика высокотемпературного разложения гидратного фосфорсодержащего компонента и по полученным данным рассчитана энергия активации высокотемпературной дегидратации лисаковского железорудного концентрата, равная 143,7 кДж/моль.
4. Впервые установлены оптимальные параметры высокотемпературного окислительного обжига лисаковского концентрата для получения в нем остаточного фосфора не более 0,2 %: температура окислительного обжига материала 950 °С и выдержка не менее 20 минут. Возможно снижение температуры прокаливания до величины 920 °С, при этом длительность выдержки увеличивается до 25 - 30 минут.
5. Определены и экспериментально обоснованы параметры сернокислотного выщелачивания фосфора для достоверной оценки качества высокотемпературной обработки концентрата: длительность процесса выщелачивания 30 - 60 минут, концентрация серной кислоты в водном растворе не менее 5 % (масс.), соотношении твердого материала к жидкому Т:Ж = 1:1 (масс.), температуры пульпы не ниже 25 °С при условии активного перемешивания пульпы.
6. Определены и использованы в ходе пуско-наладочных работ основные параметры работы существующей промышленной обжиговой вращающейся печи (ТОО «ОРКЕН», г. Лисаковск), такие как расход природного газа на отопление печи и время пребывания материала по технологическим зонам для производительностей по обожженному концентрату 50, 57, 64 и 80 т/ч.
7. В ходе промышленных испытаний при производительности вращающейся печи по обожженному концентрату 57 т/ч (температура концентрата на выходе из печи 915 - 922 °С) получено остаточное содержание фосфора в выщелоченном концентрате по результатам лабораторных тестов - 0,15 - 0,16 %.
2. Впервые показано, что образование трещин на частицах концентрата в процессе разложения гидратного фосфорсодержащего компонента объясняется выделением высокотемпературной гидратной влаги, что приводит к растрескиванию уплотненной поверхности частиц под давлением водяных паров вплоть до разрушения.
3. Впервые определена кинетика высокотемпературного разложения гидратного фосфорсодержащего компонента и по полученным данным рассчитана энергия активации высокотемпературной дегидратации лисаковского железорудного концентрата, равная 143,7 кДж/моль.
4. Впервые установлены оптимальные параметры высокотемпературного окислительного обжига лисаковского концентрата для получения в нем остаточного фосфора не более 0,2 %: температура окислительного обжига материала 950 °С и выдержка не менее 20 минут. Возможно снижение температуры прокаливания до величины 920 °С, при этом длительность выдержки увеличивается до 25 - 30 минут.
5. Определены и экспериментально обоснованы параметры сернокислотного выщелачивания фосфора для достоверной оценки качества высокотемпературной обработки концентрата: длительность процесса выщелачивания 30 - 60 минут, концентрация серной кислоты в водном растворе не менее 5 % (масс.), соотношении твердого материала к жидкому Т:Ж = 1:1 (масс.), температуры пульпы не ниже 25 °С при условии активного перемешивания пульпы.
6. Определены и использованы в ходе пуско-наладочных работ основные параметры работы существующей промышленной обжиговой вращающейся печи (ТОО «ОРКЕН», г. Лисаковск), такие как расход природного газа на отопление печи и время пребывания материала по технологическим зонам для производительностей по обожженному концентрату 50, 57, 64 и 80 т/ч.
7. В ходе промышленных испытаний при производительности вращающейся печи по обожженному концентрату 57 т/ч (температура концентрата на выходе из печи 915 - 922 °С) получено остаточное содержание фосфора в выщелоченном концентрате по результатам лабораторных тестов - 0,15 - 0,16 %.