Технические науки / 1.Металлургия

К. т. н. Дзюба О.И., ОАО Констар, Кривой Рог, Украина,

Кулаков Е.В. , Криворожский технический университет

Определение оптимальных параметров обеззоливания графитового концентрата

Основным сырьем для получения графита являются графитовые руды. В меньшей степени используют спелевый графит, образующийся на металлургических заводах в виде вторичного продукта доменного и сталеплавильного производства. В чугуне содержится до 5% углерода. При выпуске чугуна из печи часть углерода сублимирует и выделяется в атмосферу. Выделение углерода продолжается при транспортировании чугуна, его выдержке в ковше, скачивании в миксер и сливе из миксера. Испаряясь в атмосферу, графит значительно засоряет окружающую среду. В связи с этим на заводах возникает проблема улавливания, сбора и переработки графитового продукта (пыли). В тоже время в связи с закрытием производства на Завальевском графитовом комбинате и задержкой с введением в эксплуатацию других месторождений графита в Украине существует дефицит графитового сырья. Он мог бы значительно уменьшен при использовании металлургичес-кого графита. По предварительной оценке использование техногенного графита позволило бы компенсировать до 40% годовой добычи природного графита.

Цель настоящей работы – определение оптимальных параметров химической доводки графитсодержащей пыли. Для этого изучалась графитовая лабораторно-технологическая проба следующего химического состава, в %; C-89,5; Fe_м-3,5; FeO-2,4; Al₂O₃ – 3,1; Na₂O-0,35; CaO-0,48; MgO- 0,35; SiO₂-1,62. Графит представлен чешуйчатыми листообразными формами. Цвет темный. Размер чешуек от 1,0-1,2мм до 1,8мм, единичные - 3,0мм. Металлическая фракция представлена шариками диаметром от 0,1 до 0,8-1,2мм, с тонкими вкраплениями. Пустая порода (зольность в данном случае) представлена кремнистыми шариками и пылью.

Для целенаправленного исследования процесса химической доводки графитсодержащей пыли представляется целесообразным предварительно оценить расчётными методами влияние химического и минералогического состава исходного сырья, температуры на разрабатываемую технологию. Для анализа процессов, которые протекают в высокотемпературных системах, используется метод экстремума энтропии. Исходными данными для изучения равновесного состава исследуемой системы являются термодинамические свойства индивидуальных веществ: теплота образования ΔH⁰_T, абсолютная энтропия вещества S_T, теплоёмкость С_р и исходный состав. При расчётах учитывались компоненты в газовой фазе: СО₂, СО, Na. В конденсированном состоянии учитывались: Fe₃O₄, Na₂CO₃, Na₂SiО₃, NaAlO₂, MgAl₂O₄, A1₂O₃, MgSiO₃, Fe₃C, MgO, SiO₂, MgCO₃, Fe₂O₃. По результатам термодинамического расчета, который был проведен в интервале температур 300-3300 К, построили графики, показывающие зависимость содержания того или иного компонента (см. рис. 1, 2) графитсодержащей системы от температуры в воздушной среде. В результате термодинамического расчета изучаемой системы при спекании графитового концентрата с содой, показана возможность полного перехода оксида кремния из исходного концентрата в твердый раствор силиката натрия, алюминия в растворимый в воде алюминат, магния и железа в растворимые в кислотах оксиды. Оптимальной является температура 1200 К. Результаты данных исследований использованы при дальнейшем експериментальном изучении термического обеззоливания графитового концентрата.

Высокое содержание SiO₂ предопределяет сравнительно большие расходы реагентов. Учитывая последнее, при исследованиях массовая доля Na₂CO₃ варьировалась в интервале 20-35%. Выщелачивание продуктов спекания проводили сначала водой, для отмывки лишней соды, а затем серной кислотой при отношении Т:Ж=1:7. Массовая доля H₂SO₄ в жидкой фазе изменялась от -2,5 до 25%. Длительность перемешивания оставляли постоянной -1ч. Максимальная степень обескремнивания графитового концентрата получена при массовой доле Na₂CO₃ 30%. Для выщелачивания золы из конценцентрата достаточно использовать 15%-й раствор H₂SO₄. Уменьшение массовой доли серной кислоты вызывает увеличение зольности за счет недостаточного выщелачивания оксида железа.

Содержание компонентов, кг\моль	10^3 10^2 10^1 10^0 10^-1 10^-2 10^-3
		Температура, °С

Рис. 1. Равновесный состав графитового концентрата при нормальных условиях обжига (конденсированная фаза)

Содержание компонентов, кг\моль	10^3 10^2 10^1 10^0 10^-1 10^-2 10^-3
		Температура, °С

Рис. 2. Равновесный состав графитового концентрата при нормальных условиях обжига (газовая фаза)

Таким образом, в результате проведенных исследований обоснована и разработана в лабораторных условиях технология обеззоливания графитовых концентратов, позволяющая получать графит низким содержанием золы менее 1%.