Алтыбаев Жаксылык Мамырбекович Научные и технологические основы получения Ni-Co содержащих агломератов в производстве фосфора 6D072000 — Химическая технология неорганических веществ Диссертация на соискание ученой степени доктора философии (PhD) (стр. 11 )

Ленгерское месторождение бурых углей расположено в Толебийском районе Южно-Казахстанской области в 20 км к юго-востоку от г. Шымкента.

Месторождение представлено бурыми углями юрского периода повышенной степени углефикации. Образование угленосной толщи месторождения связано с континентально-лагунными условиями, т. е. оно происходило в озерах и небольших болотах. 

В таблице 6 приведена характеристика Ленгерского угольного месторождения и их физико-химические свойства. Из таблицы 6 видно, что разведанные запасы угля этого месторождения составляют более 160 млн. т.

Таблица 6 - Характеристика угольных месторождений Республики Казахстан

Наименование угольных бассейнов и месторождений	Марка угля	Запасы млн. т	Рабочая влажность, %	Зольность сухое, %	Теплота сгорания, МДж/кг/ ккал/кг	Теплота сгорания рабочая
Ленгерское месторождение	3Б	161	27	25	25,9/6181	16/3818

Химический состав отходов, использующих при проведений экспериментов приведен ниже  (в %):

- до 0,1;   прочее до 100.

1.3 Современная технология процесса агломерации фосфоритов

В настоящее время одним из действующих современных предприятий фосфорной подотрасли Республики Казахстан, как было отмечено выше, является Новоджамбулский фосфорный завод (НДФЗ) Жамбылского филиала ТОО «Казфосфат». На данном производстве производят фосфоритный агломерат для получения желтого фосфора по технологической схеме, разработанной научно-исследовательскими  проектировщиками Ленниигипрохима. Действующая технологическая схема агломерационного производства включает три технологических линий с общей проектной мощностью 3000 тыс. тн. в год годного агломерата. Процесс агломерации заключается в спекании мелочи фосфорита на агломашине АКМ - 7-312 при температуре в точке до 1623 К с использованием в качестве твердого топлива измельченного металлургического кокса.. Полученный агломерат охлаждается, дробится до необходимой крупности и после сортировки направляется в шихтовальное отделение печных цехов [57].

Основными сырьевыми материалами процесса агломерации НДФЗ являются:

-  фосфоритная мелочь класса 0-10 мм, образующаяся при дроблении крупнокусковой руды Каратау;

-  коксовая  мелочь  крупностью  0-3  мм,  являющийся  основным топливом агломерационного процесса  и получаемый при его дроблении на НДФЗ, а также в виде отходов родственных предприятий.

Кроме того, в шихту добавляют различные отходы агломерационного и  фосфорного производства с целью их утилизации:

-  первичный, вторичный и третичный возврат, представляющий собой мелочь (класс 0-6 мм), отсеваемую от агломерата, при его движении по тракту;

- пыль аглопроизводства;

-мелочь флюса (кремней), отделяемая от кускового сырья при контрольном грохочении в шихтовальном отделении печного цеха.

Годным агломератом является спеченный материал (6 -120) х10-3 м, в котором содержание фракции (0-6) х10-3 м не более 12 %.

Качество агломерата определяется:

а)  механической прочностью, которая характеризуется содержанием класса (0-0,5) х 10 м-3 в барабанной пробе не более 9 %, фракции крупнее 5 х 10 м не менее 68 %;

б) содержание остаточного углерода не более 0,5 %;

в) содержание СО2 не более 0,4% ( при степени декарбонизации 95%). Фосфорсодержащими  компонентами  агломерата  являются фосфаты

кальция, в основном Саз(Р04)2- содержание Р2О5 в агломерате - не менее 22,6 % в  зависит  от  состава  поступающего  сырья.  Модуль  кислотности не должен превышать 0,75.

По  внешнему  виду  агломерат  представляет  собой  куски  спека  правильной формы, пористой структуры, серо-бурого цвета. Насыпной вес (8-1,0) тн/м3  в зависимости  от гранулометрического  состава,  кажущаяся тепплоемкость в интервале температур (270-1700 К - (700-750) Дж/кг К, коэффициент теплопроводности в интервале температур (270- 1700) К - (0,25-95) Вт/м К.

1.3.1 Требования к качеству агломерата

Свойства  фосфоритного  агломерата,  и  качество  фосфора,  включают показатели химического состава, физико-химических и механических свойств, анализ  литературных  данных  [48,58,59]  показал,  что,  как  и  для  других производств, химический состав материалов, предназначенных к nepepаботке руднотермических  печах,  должен  иметь  высокое  содержание  основных компонента и низкое содержание вредных примесей, а также быть стабильным.

Требования к физико-химическим свойствам перерабатываемого на желтый фосфор сводятся к следующему: высокая восстановимость, высокая температура начала размягчения, малый интервал температур от начала размягчения до плавления, высокая пористость.

Что касается механических свойств, то агломерат должен иметь высокую механическую прочность, как при низких температурах, так и при термохимическом воздействии, малую дробимость и истираемость.

1.3.2 Химический состав агломерата

Химический состав агломерата обусловлен составом фосфоритной руды, используемой для спекания. Важной особенностью электротермического способа переработки фосфатного сырья является то, что он позволяет использовать исходную руду бассейна Каратау со сравнительно низким содержанием основного компонента P2O5 (не менее 21% и повышенным количеством MgO (более 3%), которая практически не поддается эффективному обогащению известными методами и экстракционной переработке [60, 82, с.26].

Среднее содержание Р2О5 в фосфоритном агломерате в настоящее время по составляет 23,4%. Однако следует отметить, что за последние 20 лет наметилась четкая тенденция постепенного снижения качества сырья, что связано с освоением более бедных участков месторождений, так как запасы высокосортных руд в значительной мере истощены [80, с.26].

В связи с этим особое значение приобретает разработка новых технологий, позволяющих вовлечь в промышленное использование бедного сырья с допустимыми технико-экономическим показателями.

Кремнезем, содержащийся в руде, является полезным компонентом до определенных значений,  выполняя роль  флюса при  спекании и  в  шихте, перерабатываемой в процессе электровозгонки.  Однако, количества SiО2 в получаемом сейчас фосфоритном агломерате недостаточно для достижения значений  оптимального  модуля  кислотности  шихты  (Мк =  0,75-0,85),  от которого зависят: количество и температура шлака, скорость восстановления Р2О5 и конечное содержание его в шлаке; срок службы футеровки ванны печи; условия выпуска шлака из печи и ряд других показателей [58]. Для достижения необходимого значения МК на действующем производстве НДФЗ к агломерату перед  поступлением  в  печь  добавляют  в  количестве 3-7%  флюса фосфатизированные  кремнии.  Принципиальным  отличием  фосфоритного агломерата от перерабатываемого на родственных предприятиях кускового сырья является низкое содержание СО2 и Н20, что обусловлено высокими температурами  аглопроцесса  [54].  Это  положительно  влияет  на  технико-экономические  показатели  процесса электровозгонки,  так  как уменьшение количества С02 в перерабатываемых фосфатных материалах на 1 % приводит снижению расхода электроэнергии на 100 квт. ч./т Р4, расхода кокса на 50-60% 1/т  Р4,  выхода  шлама  на  0,9-1,3%  и  увеличению  производительности фосфорной печи на 3-5% [62]. Присутствие остаточного углерода, хотя и является свойством, присущим агломерату, но не может считаться отличительным, так как многие руды Каратау содержат 0,1-0,2% органического углерода, а агломераты - в среднем 0,3%.

1.3.3 Физико-химические свойства и механические характеристики фосфоритного агломерата

Состав исходной фосфоритной руды определяет физико-химические свойства получаемого агломерата, которые также зависят и от технологического режима. При оценке показателей предпочтение всегда отдают агломерату с наибольшей скоростью восстановления, которая определяется химико-минералогическим составом и физической структурой, в первую очередь микропористостью [61]. Следует отметить, что методики, разработанные для определения скорости восстановления фосфоритных агломератов, не позволяют оценить влияние пористости, т. к. исследования проводятся на тонкоизмельченных порошках. По вопросу влияния состава исходной фосфоритной шихты на характеристики процесса восстановления полученного агломерата имеются противоречивые сведения. Согласно данным [62], скорость восстановления офлюсованного агломерата значительно выше, чем для неофлюсованного.

Авторам  [63]  отмечается  благоприятное  влияние  аморфной  и  мелкодисперсной  формы  кремнезема,  а  также  наличия  щелочек  солей  на кинетические  константы  процесса восстановления.  С  помощью  данных  о температурах размягчения агломерата можно судить о гидравлической обстановке в нижних зонах руднотермической печи. По этим показателям наиучшим по качеству считают агломерат с более высокой температурой начала деформации (Тн. д..) и меньшим интервалом температур плавления, который  оценивается по разнице между температурами плавления (Тпл.) и начала деформации [49].