Руда полезные и вредные примеси руд
В железных рудах всегда есть некоторое количество примесей, т.е. элементов, содержащихся в руде в силу различных геологических условий ее образование. Эти примеси могут быть и полезными и вредными.
Полезными примесями железных руд называют Mn, Cr, Ni, V, W, Mo и др. элементы. Полезность их определяется главным образом влиянием на качества получаемой стали. Наиболее распространенная примесь марганец. В химическом отношении аналог железа. В обычных условиях плавки марганец вводится в чугун с марганцевой рудой, подаваемой в аглошихту. Наличие марганца в железной руде позволяет избежать расхода на марганцевую руду и снизить себестоимость чугуна.
Хром и никель являются ценными легирующими элементами, переходящими в чугун, азатем и в сталь и улучшающие ее качество. Они позволяют снизить расход дорогостоящих феерохрома и ферроникеля. Содержание хрома и никеля в рудах обычно небольшое и составляет от десятых долей процента до нескольких процентов.
Ваннадий в значительных количествах содержится только в титаномагнетитах. При доменной плавке часть ваннадия переходит в шлак, из которого затем извлекается по специальной технологии.
Вольфрам и молибден являются полезными примесями железной руды однако в рудах встречаются крайне редко.
Вредными примесями железных руд являются S, P, As, Zn и Pb.
Сера вызывает снижение прочности стали при повышенных температурах (красноломность) и поэтому во всех случаях является вредной примесью. Хотя основное количество серы в доменную печь вносится с коксом, иногда ее много содержится и в руде. Наиболее часто сера встречается в магнетитах, где содержание ее не должно превышать 0,2%. Если же руда подвергается агломерации, то этот предел может быть повышен до 2%. Это объяняется тем, что при агломерации с газами удаляется до 95% всей серы. Поэтому использование серосодержащих руд без агломерации практически невозможно.
Поступающая в доменную печь сера распределяется между газом ччугуном и шлаком. Однако основное количество ее переходит в шлак. В рудах сера находится в виде сульфидов FeS2, сульфатов CaSO4. Сульфатная сера переходит в металл интенсивнее, чем сульфидная.
Фосфор вредно влияет на качества стали, снижая ее прочность при низких температурах (хладноломкость), и поэтому в большинстве случаев является вредной примесью. В доменной печи фосфор восстанавливается из соединений и полностью переходит в чугун, а затем частично и в сталь. Поэтому содержание его в рудах должно быть низким и составлять сотые доли процента.
В некоторых случаях повышенное содержание фосфора в чугуне не только допустимо, но и необходимо. Так кислородные конверторы могут перерабатывать чугуны с повышенным содержанием фосфора. Вторым исключением является выплавка литейных чугунов, фосфористые сорта которых могут содержать 0,3-0,7% и даже до 1,2% фосфора. Фосфористые чугуны обладают высокой текучестью и хорошо заполняют форму.
Цинк является вредной примесью, хотя и не переходит в чугун. Сублемируясь в нижней части печи он конденсируется в кладке верха печи и вызывает ее расширение.
Свинец также является вредной примесью. Скапливаясь в горне печи он разрушает кладку.
Источник
Помимо элементов, имеющих промышленное значение, в рудах нередко встречаются так называемые вредные примеси. Например, в железных рудах это сера и фосфор. Сера вызывает ломкость металла в горячем состоянии, фосфор — ломкость и хрупкость его в холодном состоянии. Повышенное содержание этих элементов в руде снижает ее качество. Раньше железные руды с высоким содержанием этих примесей не разрабатывались. В настоящее время железные руды с содержанием серы выше нормы подвергаются специальной предварительной обработке. Например, магнетитовые сернистые руды горы Магнитной предварительно обогащаются путем магнитной сепарации, в результате чего отделяются сульфиды, вместе с которыми выводится и сера; после этого концентрат из магнетита пригоден для нормальной плавки.
Фосфористые руды раньше также не использовались для плавки. В 1879 г. инженер Томас разработал метод плавки на основном поде, так называемый метод томасирования, позволивший из фосфорсодержащих чугунов выплавлять кондиционную сталь. Получаемый при этом так называемый томасов шлак — фосфористый продукт — идет на удобрение.
К числу нежелательных примесей в железных рудах относится цинк. Содержание цинка порядка 0,2% очень вредно потому, что цинк при плавке образует летучие соединения, которые разрушают кладку доменной печи. Нежелательной примесью такого же рода в железных рудах являются свинец и мышьяк.
Но в железных рудах присутствует и ряд ценных примесей. Полезной примесью является марганец, в тех или иных количествах содержащийся во всех железных рудах. Он улучшает свойства чугуна и стали — увеличивает их твердость и вязкость и парализует вредное влияние серы.
Ванадий — ценная примесь титаномагнетитовых руд и бурых железняков в осадочных месторождениях. Содержание его, изме¬ряемое сотыми долями процента, уже является промышленным. Ванадийсодержащая сталь идет на изготовление ответственных частей авиационных и автомобильных моторов.
Никель содержится в составе силикатных минералов в месторождениях бурых железняков коры выветривания. Он легко восстанавливается и почти целиком переходит при плавке в чугун. Никель улучшает механические свойства металла и делает его более стойким по отношению к окислению. Содержание его в руде, измеряемое десятыми долями процента, является промышленным.
Полезными примесями в железных рудах являются кобальт, медь, титан и хром, однако содержание трех последних элементов не должно быть выше определенной нормы. Иногда в железных рудах (бурых железняках) встречается золото; если содержание последнего значительное, то руда добывается не на железо, а на золото.
Что касается руд цветных металлов, то в них при современной технологии производства почти не существует вредных примесей; все составляющие их компоненты могут быть использованы. Переработка руд с использованием всех составляющих их полезных элементов называется комплексной. Вопросу комплексного использования руд уделяется в настоящее время большое внимание как в СНГ, так и в зарубежных странах. Из руд колчеданных месторождений Урала, полиметаллических месторождений Алтая медно-никелевых месторождений Монче-Тундры и Норильска, золоторудных месторождений Урала, Сибири могут быть извлечены при комплексной переработке попутно с основными компонентами редкие металлы, рассеянные элементы, а также железо и сера в большом количестве.
Источник
Библиографическое описание:
Азарова, С. В. Ценные и вредные элементы в рудах и отходах месторождений черной металлургии / С. В. Азарова, Е. В. Перегудина, А. Н. Третьяков, А. А. Капустина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 10 (90). — С. 80-82. — URL: https://moluch.ru/archive/90/18984/ (дата обращения: 12.07.2020).
Помимо элементов, имеющих промышленное значение, в руде содержатся примеси. Одни из них повышают ценность сырья, а другие снижают его качество. Раньше железные руды с высоким содержанием этих примесей не разрабатывались. От содержания элементов-примесей и их разнообразия зависит технология переработки руды. Для более полного извлечения ценного компонента (или ценных компонентов) из руды и производства качественного конечного продукта необходимо знать элементный состав руды и влияние того или иного элемента на процесс извлечения ценного компонента (или ценных компонентов) и качество конечного продукта.
Цель данной работы — на основе анализа опубликованных данных охарактеризовать вредные и ценные элементы-примеси, содержащиеся в рудах и отходах железо-, медьсодержащих, свинцово-цинковых, никелевых и кобальтовых месторождений.
Руду называют простой или комплексной, если из нее извлекают соответственно один или несколько полезных компонентов. В комплексных рудах часто содержатся примеси редких металлов, например: в бокситах — Ga, La и Sc, в железных рудах — V, в титановых — V, Sc, Nb. Наличие примесей редких элементов (V, Ge, Ga, TR и др.) повышает ценность руд, в таком случае говорят о наличии ценных элементов-примесей. Вредные примеси затрудняют металлургический передел руд (и их концентратов) или ухудшают качество получаемого продукта. Для правильного и наиболее полного использования руды необходимо детальное изучение их элементного и вещественного (в частности, минерального) состава [10].
Минимальное содержание ценных компонентов, которое экономически целесообразно для промышленного извлечения, а также допустимое максимальное содержание вредных примесей, называют промышленными кондициями. Они зависят от форм нахождения полезных компонентов в руде, технологических способов ее добычи и переработки. При совершенствовании последних изменяется оценка руды конкретного месторождения. Так, в 1955г в Кривом Роге добывалась железная руда с содержанием железа не ниже 60 %, а впоследствии стали использовать руды, содержащие 25–30 % железа. Чем выше ценность металла, тем меньше могут быть запасы его руды в месторождении и ниже его содержание в руде (таблица 1). Особенно это относится к редким, радиоактивным и благородным металлам. Например, скандий получают из руд при его содержании около 0,002 %, золото и платину — при содержании 0,0005 % [10].
Таблица 1
Минимальные промышленные кондиции для коренных руд* [10]
Металлы | Минимальные запасы руд | Минимальное содержание металла, % по массе | Запасы руд (т) крупных месторождений |
Черные (Fe) | Сотни тысяч т | 20–25 | Миллиарды |
Цветные (Cu, Pb, Zn, Ni) | Тысячи — десятки тысяч т | 0,4–1 | Десятки миллионов |
Редкие (W, Mo, Sn, Hg) | Десятки — сотни т | 0,1–0,2 | Сотни тысяч |
Радиоактивные (U, Th) | Десятки — сотни т | 0,05–0,1 | Сотни тысяч |
Благородные (Au, Pt) | Килограммы | 0,0005 | Десятки тысяч |
*Коренными называются руды, находящиеся на месте их первоначального образования.
Неоспоримость положения о скором исчерпании отдельных видов природных минеральных ресурсов и необходимость новых крупных капиталовложений в освоение новых месторождений ставят вопрос о целесообразности использования сырья техногенных месторождений. Обычно под техногенным минеральным сырьем понимаются отвалы вскрышных и вмещающих пород отработанных месторождений, а также хвостохранилища горно-обогатительных фабрик, где концентрация компонентов основной добычи, а также попутных полезных соединений меньше, чем в разрабатываемых промышленных пластах. Тем не менее, эти компоненты могут быть извлечены с применением новейших технологий [1].
Утилизация отвалов вскрышных пород позволяет сокращать их площади и тем самым экономить ресурс геологического пространства, а извлечение полезных компонентов из хвостохранилищ, кроме экономической выгоды, способствует очищению поверхностной части литосферы от вредных для здоровья биоты примесей; особенно это касается тяжелых металлов и радиоактивных элементов.
Порода, идущая в отвал, состоит из тех же минералов, и соответственно, из тех же элементов, что и рудоносная порода. Поэтому вредные и ценные элементы-примеси будут рассмотрены в руде месторождений. Однако следует принять во внимание, что порода отходов производства в процентном соотношении будет отличаться от рудоносной породы: в отходах содержание примесей возрастет по отношению к ценному компоненту.
Железные руды в ряде случаев содержат попутные ценные компоненты, использование которых улучшает технико-экономические показатели работы предприятий по добыче полезных ископаемых и позволяет получать дефицитную товарную продукцию.
Попутные ценные компоненты железных руд и концентратов переходят в чугун и сталь или уходят в шлаки, откуда могут быть частично извлечены. Такие полезные примеси, как никель, кобальт, марганец, являющиеся легирующими компонентами, частично переходя из чугуна в сталь, дают возможность получения специальных сталей с заданными свойствами [2].
Наиболее распространенная примесь железных руд — марганец. В обычных условиях плавки марганец вводится в чугун с марганцевой рудой, подаваемой в аглошихту. Наличие марганца в железной руде позволяет избежать расхода на марганцевую руду и снизить себестоимость чугуна.
Хром и никель являются ценными легирующими элементами, переходящими в чугун, а затем и в сталь, и улучшающими ее качество. Они позволяют снизить расход дорогостоящих феррохрома и ферроникеля. Содержание хрома и никеля в рудах обычно небольшое и составляет от десятых долей процента до нескольких процентов [7].
Из шлаков металлургического передела титаномагнетитовых концентратов извлекается ванадий; фосфорсодержащие шлаки используются в качестве удобрений. Из пироксеновых хвостов обогащения титаномагнетитовых руд может извлекаться скандий [2].
Вольфрам и молибден являются полезными примесями железной руды, однако в рудах встречаются крайне редко [7].
Перспективными являются предложенные технологии извлечения из железных руд и продуктов их переработки германия и других редких элементов [2].
Вредные примеси железных руд: S, P, As, Zn и Pb. Сера вызывает снижение прочности стали при повышенных температурах (красноломкость) и поэтому во всех случаях является вредной примесью. Хотя основное количество серы в доменную печь вносится с коксом, иногда ее много содержится и в руде. Если же руда подвергается агломерации, то этот предел может быть повышен до 2 %. Это объясняется тем, что при агломерации с газами удаляется до 95 % всей серы. Поэтому использование серосодержащих руд без агломерации практически невозможно [7].
Поступающая в доменную печь сера распределяется между газом, чугуном и шлаком. Однако основное количество ее переходит в шлак. В рудах сера находится в виде сульфидов FeS2, сульфатов CaSO4. Сульфатная сера переходит в металл интенсивнее, чем сульфидная.
Фосфор вредно влияет на качества стали, снижая ее прочность при низких температурах (хладноломкость), и поэтому в большинстве случаев является вредной примесью. В доменной печи фосфор восстанавливается из соединений и полностью переходит в чугун, а затем частично и в сталь. Поэтому содержание его в рудах должно быть низким и составлять сотые доли процента.
В некоторых случаях повышенное содержание фосфора в чугуне не только допустимо, но и необходимо. Так кислородные конверторы могут перерабатывать чугуны с повышенным содержанием фосфора. Вторым исключением является выплавка литейных чугунов, фосфористые сорта которых могут содержать 0,3–0,7 % и даже до 1,2 % фосфора. Фосфористые чугуны обладают высокой текучестью и хорошо заполняют форму.
Цинк является вредной примесью, хотя и не переходит в чугун. Содержание цинка порядка 0,2 % очень вредно потому, что, сублимируясь в нижней части печи, он конденсируется в кладке верха печи и вызывает ее расширение.
Свинец также является вредной примесью. Скапливаясь в горне печи, он разрушает кладку [7].
Раньше железные руды с высоким содержанием этих примесей не разрабатывались. В настоящее время железные руды с содержанием серы выше нормы подвергаются специальной предварительной обработке. Например, магнетитовые сернистые руды горы Магнитной предварительно обогащаются путем магнитной сепарации, в результате чего отделяются сульфиды, вместе с которыми выводится и сера; после этого концентрат из магнетита пригоден для нормальной плавки.
Фосфористые руды раньше также не использовались для плавки. В 1879 г. инженер Томас разработал метод плавки на основном поде, так называемый метод томасирования, позволивший из фосфорсодержащих чугунов выплавлять кондиционную сталь. Получаемый при этом так называемый томасов шлак — фосфористый продукт — идет на удобрение [6].
Переработка руд с использованием всех составляющих их полезных элементов называется комплексной. Вопросу комплексного использования руд уделяется в настоящее время большое внимание как в России, так и в зарубежных странах. Так, например, из руд колчеданных месторождений Урала, полиметаллических месторождений Алтая медно-никелевых месторождений Монче-Тундры и Норильска, золоторудных месторождений Урала, Сибири могут быть извлечены при комплексной переработке попутно с основными компонентами редкие металлы, рассеянные элементы, а также железо и сера в большом количестве.
На современном этапе развития особое внимание уделяется изучению техногенных месторождений. Таким образом, одна и та же рудная залежь отрабатывается дважды: сначала из первоисточника, а затем из отходов первоначальной добычи. Этому способствует развитие технологий обогащения.
Литература:
1. Трофимов В. Т., Зилинг Д. Г. Экологическая геология: учебник — М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2002. — 415с.
2. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Железные руды. — М.: ФГУ «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых», 2007. — 40 с.
3. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Медные руды. — М.: ФГУ «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых», 2007. — 39 с.
4. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Никелевые и кобальтовые руды. — М.: ФГУ «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых», 2007. — 37 с.
5. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Свинцовые и цинковые руды. — М.: ФГУ «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых», 2007. — 40 с.
6. Вещественный состав руд, парагенетические ассоциации элементов в минералах и рудах // Биофайл: научно-информационный журнал. [Электронный ресурс] URL: https://biofile.ru/geo/15143.html (дата обращения: 08.02.2015)
7. Железная руда // Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков: информационный портал о черной и цветной металлургии. [Электронный ресурс] URL: https://uas.su/allmet/1ore/ironore/003.php (дата обращения 08.02.2015)
8. Медные руды. // Горная энциклопедия. [Электронный ресурс] URL: https://www.mining-enc.ru/m/mednye-rudy (дата обращения 08.02.2015)
9. Никелевые руды // Горная энциклопедия. [Электронный ресурс] URL: https://www.mining-enc.ru/n/nikelevye-rudy/ (дата обращения 08.02.2015)
10. Руда // Электронный справочник. [Электронный ресурс] URL: https://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_3319.html (дата обращения 08.02.2015)
Основные термины (генерируются автоматически): руд, вредная примесь, чугун, компонент, ценный компонент, сотня тысяч, элемент, примесь, высокое содержание, рудоносная порода.
Источник