Анализ влияния обогащения железной руды на ее металлургическую и экономическую ценность

ВВЕДЕНИЕ

Главной задачей подготовки железных руд к металлургическому  переделу, в частности, обогащения, является всестороннее повышение их металлургической ценности. Под металлургической ценностью железорудного сырья  понимают совокупность свойств и  качеств, определяющих параметры и  показатели доменной плавки. Металлургическая ценность сырья является важнейшей  составляющей его экономической  ценности.

Металлургическая ценность сырья определяется содержанием  железа, составом пустой породы, содержанием  и типом вредных примесей и  т.д. Большой экономический ущерб  предприятиям наносит низкое содержание железа и избыток кремнезема (SiO₂) в железорудных материалах. При выплавке передельного чугуна повышение содержания кремнезема  увеличивает расход флюсов и кокса и уменьшает производительность  доменной печи.

Тема моей курсовой работы – «Анализ влияния обогащения железной руды на ее металлургическую и экономическую ценность».

Выполнение курсовой работы по определению влияния обогащения на металлургическую и экономическую  ценность железорудного сырья ставит целью закрепить знания, полученные при изучении курса «Добыча и  обогащение руд», продемонстрировать навыки самостоятельного выполнения и анализа результатов технологических расчетов, которые потребуются для экономического обоснования выбора сырьевой базы металлургического предприятия.

 

 

 

 

ОБОГАЩЕНИЕ  ЖЕЛЕЗНЫХ  РУД

1. Черная металлургия

Чёрная металлургия, отрасль  тяжёлой индустрии, включающая комплекс взаимосвязанных подотраслей: собственно металлургическое (доменное, сталеплавильное, прокатное), трубное и метизное производства, добычу, обогащение и окускование  рудного сырья, коксохимическое  производство, производство ферросплавов и огнеупоров, добычу нерудного сырья  для черной металлургии и вторичную обработку чёрных металлов. Важнейшие виды продукции черной металлургии: горячекатаный и холоднокатаный прокат, стальные трубы и металлоизделия.

Черная металлургия — основа развития большинства отраслей народного хозяйства. Несмотря на бурный рост продукции химической промышленности, цветной металлургии, промышленности стройматериалов, чёрные металлы остаются главным конструкционным материалом в машиностроении и строительстве.

 Металлургический комплекс – это совокупность отраслей, производящих разнообразные металлы, взаимообусловленное сочетание следующих технологических процессов:

-      добыча  и подготовка сырья к переработке  (добыча, обогащение, агломерирование,  получение необходимых концентратов  и др.);

-      металлургический  передел – основной технологический  процесс с получением чугуна, стали, проката черных и цветных  металлов, труб и др.;

-      производство  сплавов;

-      утилизация  отходов основного производства  и получение из них различных  видов продукции.

      В зависимости  от сочетания этих технологических  процессов выделяются следующие  типы производств в металлургическом  комплексе.

• Производства полного цикла, которые представлены, как правило, комбинатами, в которых одновременно действуют все названные стадии технологического процесса.
• Производство неполного цикла – это предприятия, в которых осуществляются не все стадии технологического процесса, например, в черной металлургии производится только сталь и прокат, но отсутствует выпуск чугуна, или производится только прокат.

К неполному циклу относятся  также электротермия ферросплавов, электрометаллургия и др. Предприятия  неполного цикла, или “малой металлургии” называются передельными, представлены в виде отдельных подразделений  по производству литейного чугуна, стали или проката в составе  крупных машиностроительных предприятий  страны.

      Металлургический  комплекс – это основа индустрии. Он является фундаментом машиностроения, обеспечивающего вместе с электроэнергетикой и химической промышленностью развитие научно-технического прогресса во всех звеньях народного хозяйства страны. Металлургия относится к числу базовых отраслей народного хозяйства и отличается высокой материалоемкостью и капиталоемкостью производства.

Особенности отрасли:

- Разнообразие сырья в видовом отношении (магнетитовые, сульфидное, окисленное и др.), что дает возможность использовать разнообразную технологию и получать металл с самыми различными свойствами;

Сырье характеризуется относительно большим содержанием полезного компонента. На долю богатых руд приходится почти пятая часть промышленных запасов, которые используются, как правило, без обогащения. Примерно 2/3 руд требуют обогащения простым и 18% - сложным методом обогащения.

      Важнейшей  проблемой сырьевой базы черной  металлургии является ее удаленность  от потребителя. Так, в восточных  районах России сосредоточена  большая часть топливно-энергетических  ресурсов и сырья для металлургического  комплекса, а основное потребление  их осуществляется в европейской  части России, что создает проблемы, связанные с большими транспортными  затратами на перевозку топлива  и сырья. 

Размещение предприятий  черной металлургии полного цикла  зависит от сырья и топлива, на которые приходится большая часть  затрат по выплавке чугуна, из них около  половины – на производство кокса  и 35-40% - на долю железной руды.      Существуют три варианта размещения предприятий черной металлургии полного цикла, тяготеющих  либо к источникам сырья (Урал, Центр), либо к источникам топлива (Кузбасс), либо находящихся между ними (Череповец). Эти варианты обуславливают выбор района и места строительства, наличие источников водоснабжения и вспомогательных материалов.

- Различные условия добычи (как шахтная, так и открытая, на долю которой приходится до 80% всего добываемого в черной металлургии сырья);

  - Использование руд, сложных по своему составу (фосфористые, ванадиевые, титаномагнетитовые, хромистые и т.п.). При этом более 2/3 составляют магнетитовые, что облегчает возможности обогащения.

2. Железорудное сырьё  (ЖРС)

Железная руда является сырьем для производства черных металлов. Извлеченную из недр, железную руду,  в горном деле принято называть «сырой рудой». Железными рудами называют горные породы, переработка которых экономически выгодна на данной стадии развития техники. Железные руды не являются мономинеральными образованиями, они состоят из устойчивых сочетаний минералов и относятся поэтому к группе горных пород. Слагающие железную руду минералы делятся на две группы. К первой группе относят так называемые рудные минералы, содержащие главную массу всего железа руды. Остальные минералогические составляющие, совсем не содержащие железа или содержащие его в незначительном количестве, называются пустой породой.

Железорудное  сырье (ЖРС) – вид металлургического сырья, которое используется в черной металлургии для производства чугуна и металлизированного продукта (DRI и HBI), а также в незначительном количестве в выплавке стали. Железорудное сырье подразделяется на два вида – подготовленное (агломерированное) и неподготовленное (неагломерированное) сырье.

Подготовленное  ЖРС – это сырье готовое для использования в доменных печах для производства чугуна. Неподготовленное ЖРС является сырьем для производства агломерированного сырья.

Неподготовленное  ЖРС – это концентрат, доменная и аглоруда.

• Концентрат производится, в основном, в результате магнитной сепарации измельченной железной руды с низким содержанием железа. Извлечение железа в концентрат составляет в среднем около 80%, содержание железа в концентрате 60-65%.
• Аглоруда (железорудная мелочь) вырабатывается из богатой руды с высоким содержанием железа в результате дробления, грохочения, дешламации, крупность -10 мм.
• Доменная (крупнокусковая руда) также вырабатывается из богатой руды, крупность куска -70+10 мм.

Железорудное сырье для  доменного процесса подвергается агломерации и окускованию.

 Агломерат получают из аглоруды и концентрата, а для производства окатышей применяются только концентраты.

Окатыши производятся из железорудного  концентрата с добавлением известняка в результате окомкования смеси (гранулы диаметром 1 см) и последующего обжига. В качестве сырья для производства агломерата используются смесь из аглоруды, сидерита, известняка и железосодержащих отходов производства с высоким содержанием железа (окалина и др.). Смесь также подвергается окомкованию и спеканию.

Горячебрикетированное железо не является ЖРС, т.к. фактически это уже продукты металлургического передела.

По запасам месторождения  железных руд классифицируются(в млн. тонн) как:

• уникальные - более 1000;
• крупные - до 100;
• средние - до 50;
• мелкие - до 10.

 

3. Обогащение руды. Металлургическая и экономическая ценность железных руд и концентратов.

Обогащением руды называется операция, увеличивающая содержание железа или снижающая содержание вредных примесей в руде. Обогащение позволяет существенно повысить содержание железа в шихте доменных печей, улучшить условия восстановления железа, уменьшить выход шлака, улучшая  тем самым ход печи и снижая расход кокса при возрастающей производительности. Установлено, что в средних условиях плавки повышение содержания железа в шихте на 1% позволяет увеличить  производительность печи на 2—2,5% при  снижении удельного расхода кокса  на 2—2,5%.

Получаемые на обогатительных фабриках концентраты содержат до 65—68% Fe. Эффективность обогащения оценивается по величине показателей обогащения. На обогатительных фабриках ежесменно определяют содержание железа в исходной руде, в концентрате и в отходах обогащения - хвостах. Чем выше содержание железа в концентрате и чем ниже оно в хвостах, тем эффективнее считается обогащение.

Эффективность обогащения необходимо оценивать по всем показателям обогащения одновременно. Так, высокое содержание железа в концентрате может сопровождаться низким выходом концентрата и  низким извлечением железа в концентрат. Наоборот, высокий выход концентрата  связан с пониженным содержанием  железа в нем и т. д.

Металлургическая ценность железных руд и концентратов определяется содержанием в них полезного  компонента (Fe), а также полезных примесей (Mn, Ni, Cr, V, Ti), вредных (S, P, As, Zn, Pb, Cu, K, Na) и шлакообразующих (Si, Ca, Mg, Al) примесей.

Полезные примеси являются естественными легирующими элементами стали, улучшающими ее свойства. Вредные примеси или ухудшают свойства металла (сера и медь придают металлу красноломкость, фосфор хладоломкость, мышьяк и медь понижают свариваемость), или усложняют процесс выплавки чугуна (цинк разрушает огнеупорную кладку печи, свинец – лещадь, калий и натрий вызывают образование настылей в газоходах).

Содержание серы в товарной руде не должно превышать 0,15%. В рудах  и концентратах, используемых для  производства агломерата и окатышей, допустимое содержание серы может быть до 0,6%, так как при агломерации  и обжиге окатышей степень удаления серы достигает 60-90%.

Предельное содержание фосфора  в руде, агломерате и окатышах 0,07-0,15%. При выплавке обычных передельных  чугунов допускается наличие  в железорудной части доменной шихты (не более) As 0,05-0,1%, Zn 0,1-0,2%, Cu до 0,2%.

Шлакообразующие примеси  разделяются на основные (Ca, Mg) и кислые (Si, Al). Предпочтительны руды и концентраты с более высоким отношением основных окислов к кислым, так как сокращается ввод сырых флюсов при последующем металлургическом переделе.

Основными физическими свойствами железорудных материалов (руды, концентрата, агломерата и окатышей) являются: гранулометрический состав, удельная поверхность (для концентратов), влажность (для руд и концентратов), механическая прочность, истираемость и пористость (для руд, агломератов и окатышей).

Гранулометрический состав железорудных материалов определяется путем сухого и мокрого рассева  на ситах. Непосредственно в доменной печи используются руды крупностью 5-10 мм (магнетитовые), 5-80 мм (гематитовые) и 5-100 мм (бурожелезняковые).

 Перед загрузкой в  доменную печь во всех железорудных  материалах содержание фракции  менее 5 мм должно быть минимальным.  Концентрат, используемый для получения  окатышей, должен содержать 85-95% фракции  -50 микрон. Концентрат для производства агломерата может быть крупнее. Крупность аглоруды 0-10 мм.

Важнейшими рудными минералами являются:

 магнетит, магномагнетит, титаномагнетит, гематит, гидрогематит, гётит, гидрогётит, сидерит (карбонат железа), железистые хлориты (шамозит, тюрингит и др.).

Содержание железа в промышленных рудах изменяется в широких пределах - от 16 до 70%. Различают богатые руды (более 50% Fe), рядовые (50-25% Fe) и бедные (менее 25% Fe).

При определении промышленной ценности железорудных месторождений, кроме металлургических свойств  руды учитывают многие географические, геологические и экономические  факторы. Так, близость месторождения  к железным и шоссейным дорогам, речным, озерным или морским портам значительно облегчает строительство  рудника, транспортировку добытой  руды на металлургические заводы.