Железные руды
Главными железорудными минералами считаются так называемые железняки: 1) водные окислы железа, отвечающие формуле nFe2О3*mН2O; 2) окись железа Fe2O3; 3) закись-окись железа Fe3O4 и 4) углекислое железо FeCO3.
В зависимости от того, какой из перечисленных минералов железа преобладает, руды делят на четыре категории: бурые, красные, магнитные и шпатовые железняки.
Бурые железняки образовались в процессе вымывания железа из горных пород проточной водой и накапливания его в больших водоемах е образованием впоследствии его водных, окислов.
Эти руды обычно значительно загрязнены фосфором и небогаты, так как разубожены большим количеством пустой породы. Обычно бурые железняки содержат от 35 до 55% железа. На территории России они находятся на Керченском полуострове, в районах Тулы, Липецка и Южного Урала.
Красные железняки образованы минералом гематитом (окись железа — Fe2O3), содержащим в чистом виде 70% железа. Руды содержат переменное количество пустой породы, но обычно свободны от примесей серы и фосфора.
Красные железняки прочнее бурых и являются хорошим сырьем для металлургической промышленности. По мощности месторождений и количеству добываемого металла эти руды занимают видное место в общем балансе металлургического сырья. В плавку идут лишь богатые руды, содержащие 60—55% железа. Они хорошо восстанавливаются и легко плавятся. Красные железняки распространены в районе Кривого Рога.
Магнитные железняки обладают хорошо выраженными магнитными свойствами, весьма плотны, слабо проницаемы для газов и восстанавливаются труднее, чем другие железные руды. Главным рудным минералом магнитных железняков является магнетит (окись-закись железа Fe3O4), содержащий 72,6% железа. Эти руды бывают часто загрязнены серой. При окислении верхних горизонтов месторождений магнетитовых руд окись-закись железа превращается в высший окисел, при этом получается руда промежуточного между магнитными и красными железняками характера. Такие руды называются мартитовыми.
Крупнейшие рудные месторождения магнитных руд находятся на Урале и содержат до 60% железа и до 0,1% серы.
Шпатовые железняки содержат железо в виде углекислой соли (сидерита). В России крупное месторождение шпатового железняка находится на Южном Урале под слоями бакальских бурых железняков.
Шпатовые железняки отличаются высокой плотностью и прочностью. Обычно содержание фосфорита в них невелико.
Примерные составы железных руд приведены в табл. 7.
Подготовка руд к доменной плавке. Современная теория и практика доменного производства предъявляют к качеству сырых материалов, поступающих в плавку, конкретные требования.
По отношению к руде эти требования сводятся к определенной ее крупности, равномерности состава и возможно более высокому содержанию железа.
Верхний предел крупности зависит от свойств руды. Для легко восстановимых бурых и красных железняков он равен 80—100 мм, для плотных, трудно восстановимых магнетитов — 40—50 мм.
Нижний предел крупности направляемых в доменную плавку материалов должен составлять 2—3 мм.
Наилучшие размеры кусков руды 40—100 мм, кокса 40—80 мм и известняка 30—80 мм, поэтому всю добываемую руду следует подвергать дроблению до крупности 80—50 мм, а затем сортировать на три фракции, например 80—30; 30—7 и 7—0 мм; две первые фракции направлять на плавку, а мелкую фракцию — на спекание. Руды с низким содержанием железа перед окускованием обогащают.
Для дробления и грохочения руд применяют описанные ранее машины, а обогащение производится главным образом гравитационными методами (промывка, отсадка, обогащение в тяжелых суспензиях) и методами магнитного обогащения. Флотация же не нашла пока широкого применения для обогащения железных руд.
Рудную мелочь, пыль и концентрат, получаемый при обогащении руд, агломерируют. Принципы этого процесса и устройство агломерационных машин не отличаются от описанного выше.
Шихту смешивают с 5—10% мелкого кокса, увлажняют, насыпают слоем 200—300 мм на колосники тележек агломашины и спекают. Температура в горящем слое достигает при этом 1300—1600°, при которой файялит (Fe2SiO4), плавящийся при 1209°, склеивает частицы шихты.
В последнее время стараются плавить офлюсованный агломерат, для чего в шихту вводят известняк. При добавлении известняка в шихту улучшается ее газопроницаемость, что позволяет увеличить высоту спекаемого слоя.
Известняк измельчают до 2—0 мм и тщательно перемешивают с рудой. При спекании он диссоциирует, и окись кальция связывается в силикат. Более крупные частицы не успевают продиссо-циировать и не связываются с кремнеземом, поэтому добавка их мало эффективна. В связи с затратой тепла на разложение известняка расход топлива при спекании офлюсованного агломерата выше, чем при обычной агломерации.
В процессе агломерации образуются силикаты кальция (2СаО*SiO2 и CaO*SiO2) и железокальциевые силикаты (CaO*FeO*SiO2 и CaO*FeO*2SiО2).
Офлюсованный агломерат обладает, по сравнению с обычным, повышенной восстановимостью. Применение в рудной сыпи доменной печи около 50% офлюсованного агломерата позволяет увеличить производительность доменных печей на 5—6% и понизить расход кокса на 2—3%.