Сырьевые материалы в производстве электрокорунда нормального

Основным сырьем для выплавки нормального электрокорунда являются бокситы. При классификации бокситов используют следующие основные и наиболее важные признаки: химический и минералогический состав, генезис и технологические свойства, реже — литологические и петрографические особенности. Одна из первых классификаций бокситов была предложена Ж. Лаппараном на основе анализа бокситов Франции. Ж. Лаппаран относил к бокситам породы, в которых массовая доля А1₂0₃ составляет более 40%, a Fe₂0₃ — менее 30% при отношении Al₂0₃/Si0₂, равном не менее 1 (здесь и далее отношение Al₂0₃/Si0₂ — кремниевый модуль М_5Юг, а отношение А1₂0₃/Са0 — кальциевый модуль М^).

По кремниевому модулю и по содержанию Fe₂0₃ в бокситах их делят на высокоглиноземистые, глиноземистые, кремнистые, высококремнистые, многожелезистые, железистые и маложелезистые (табл. 2.3).

По минеральному составу Ж. Лаппаран выделил четыре типа бокситов: диаспоровый, бемитовый, гиббситовый и каолиновый. А. К. Белоусов разделил бокситы на три типа: моногидратный, тригидратный и смешанный. Е. В. Рожкова и М. В. Соболева детализировали эти три группы по минеральным составляющим; их классификация охватывает почти все литологические разновидности, но в ней не учитываются бокситы, содержащие корунд, сульфиды и карбонаты, а также переходные разновидности от бокситов к железным рудам.

Моногидратные бокситы представлены бемитом, диаспором или смесью этих минералов. Обычно эти бокситы железистые с примесями каолинита, сидерита, хлорита, пирита, гиббсита, кальцита. Такими бокситами сложено большинство месторождений Урала, Сибири, Средней Азии, юга Европы, Турции.

Тригидратные, или гиббсиговые, бокситы бывают железистые или маложелезистые с разным содержанием каолинита, бемита, а иногда содержат сидерит и кальцит. Гиббсиговыми бокситами сложены многие месторождения тропических стран и стран СНГ. Маложелезистыс гиббситовые бокситы имеются в месторождениях Суринама, Индии, Китая.

Табл и ца 2. 3.

Классификация бокситов, но кремниевому модулю и содержанию оксида железа Fe₂0₃

Многочисленные предложения по классификации бокситов, однако, не получили общего признания, поскольку трудно установить границы между разновидностями бокситов и близкими к ним породами из-за многообразия их переходов из одной в другую.

По содержанию оксида алюминия и кремниевому модулю M_Si0, бокситы можно разделить на марки и сорта с указанием предпочтительной области их использования в соответствии с ГОСТ 972–74 (табл. 2.4).

Таблица 2.4.

Марки и сорта бокситов, предусмотренные ГОСТ 972–74.

Мировые запасы бокситов оцениваются в 15,5 млрд, т, в том числе достоверных — немногим более 9 млрд. т. Основная масса добываемых в мире бокситов (93−95%) используется для производства глинозема. Остальное его количество применяется в производстве абразивов, в огнеупорной, сталеплавильной, цементной и химической отраслях промышленности.

Для выплавки абразивного электрокорунда в мировой практике используется порядка 1,2—1,5 млн. т бокситов. Требования к бокситам, используемым в отечественной промышленности для абразивного и металлургического корунда, оговорены отраслевым стандартом ГОСТ 972–74. Наиболее широкое применение для выплавки электрокорундовых материалов в мировой практике нашли бокситы СНГ, Греции, Гвинеи, Югославии, Южной Америки, США, Австралии. Химический состав отечественных и зарубежных бокситов наиболее известных месторождений представлены в табл. 2.5, 2.6 и 2.7.

Греческие бокситы представляют собой каменистые, плотные, крепкие породы. Основная масса боксита представлена кусками крупнее 15 мм, но встречаются и куски размером до 500 мм. Насыпная масса их колеблется в пределах 1800−2000 кг/м³, а сопротивление разрушению составляет 100—200 МПа. Массовая доля адсорбированной влаги в греческом боксите не превышает 4—5%.

Примечание, п.п.п. — потери при прокаливании.

Средневзвешенный химический состав зарубежных бокситов, наиболее широко применяемых для выплавки электрокорунда в России и СНГ

Таблица 2.6.

Химический состав гвинейского боксита различных фракций

Таблица 2.7.

Температура начала размягчения составляет 1273—1373 К, а при температурах до 673 К он теряет до 20−30% гидратной влаги, полное удаление которой происходит при 923−1023 К.

Югославские моногидратные бокситы отличаются повышенным содержанием железа и гидратной влаги; насыпная масса их 1500−1700 кг/м³, а сопротивление разрушению 25—50 МПа. Основная масса югославского боксита (примерно 50%) — это материал с крупностью частиц менее 3 мм; встречаются и куски размером до 150 мм. Массовая доля адсорбированной бокситом влаги составляет 7−8%. Влага теряется на 60−70% при температуре 673 К, а при 973 К удаляется полностью, температура начала размягчения — 1373—1473 К.

Гвинейский боксит в своей основной массе сложен неплотной хрупкой ожелезненной породой с насыпной массой 1350−1450 кг/м³ и сопротивлением разрушению 13—26 МПа. При температуре 553 К гвинейский боксит теряет 17% влаги, а при температуре выше 1073 К полностью обезвоживается. По химическому составу неоднороден, с более высоким содержанием А1₂0₃ и потерями при прокаливании в крупных фракциях материала (см. табл. 2.7).

Из других месторождений бокситов, используемых для выплавки нормального электрокорунда, можно назвать бокситы Австралии, Бразилии, а также Суринам и Демерера. Химический состав этих бокситов после их кальцинирования (прокаливания) приведен в табл. 2.8. Основные рудообразующие минералы бокситов подробно представлены в работе (4).

Таблица 2.8.

Химический состав кальцинированных бокситов, используемых для выплавки электрокорунда в США и Канале.

Помимо перечисленных марок бокситов для выплавки электрокорунда нормального могут быть использованы различные глиноземсодержащие руды, химический состав которых представлен в табл. 2.9.

Опробование для плавки нормального электрокорунда глиноземсодержащих руд, химический состав которых представлен в табл. 2.9, показало снижение выхода электрокорунда по сравнению с выходом ферросплава и повышение расхода электроэнергии.

Таблица 2. 1 О.

Производительность электропечей для плавки нормального электрокорунда в зависимости от кремниевого модуля применяемого сырья, но данным Б.М. Танхельсона

Примечание. За 100% принята производительность печи мощностью 10,5 MB A при использовании в качестве сырья греческого боксита, составляющая 3.5—4,0 т/ч, а по ферросплаву — 1,0 т/ч.

Среди рассмотренных сырьевых бокситовых материалов для выплавки нормального электрокорунда наибольшее влияние на производительность электропечей и расход электроэнергии оказывает величина кремниевого модуля боксита M_Si0, (табл. 2.10).