Результат интеллектуальной деятельности: Способ дефосфорации карбонатных марганцевых руд и концентратов

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам дефосфорации марганцевых руд и концентратов, и может быть использовано для снижения содержания фосфора в данных продуктах.

Целью изобретения является дефосфорация карбонатных марганцевых руд и концентратов, используемых для выплавки марганцевых ферросплавов.

На территории России марганцевые руды представлены преимущественно тремя типами: карбонатными, окисными и окисленными. Около 90% запасов представлены труднообогатимыми карбонатными рудами со средним содержанием марганца 20% и повышенным содержанием фосфора (0,2-0,3% и более), запасы оксидных руд, содержащих 23-26% Мn, составляют 6%, остальное смешанные руды. Одним из наиболее важных показателей, характеризующих качество марганцевых руд и концентратов, является модуль фосфора - Р/Mn, отношение содержания фосфора к содержанию марганца в сырье. Для получения стандартных по фосфору марганцевых ферросплавов это отношение в марганцевом сырье должно быть ≤0,003. Отечественные карбонатные марганцевые руды характеризуются высоким значением модуля фосфора: Р/Мn=≥0,01, поэтому карбонатные марганцевые руды и концентраты отечественных месторождений, чтобы выплавить из них стандартные марганцевые ферросплавы с требуемым содержанием фосфора, необходимо подвергать дефосфорации.

В качестве прототипа выбран способ дефосфорации марганцевых руд и концентратов (Патент РФ 2594997. Способ дефосфорации марганцевых руд и концентратов / Дашевский В.Я., Юсфин Ю.С., Полулях Л.А., Петелин А.Л., Макеев Д.Б., Александров А.А., Леонтьев Л.И., Губанов В.И., Подгородецкий Г.С. Бюл. 2016. №23). По этому способу, с целью дефосфорации расплавов марганцевых руд и концентратов, фосфор восстанавливают из расплава газообразным монооксидом углерода (СО), который продувают через оксидный марганецсодержащий расплав. Реакция между оксидом фосфора Р₂О₅, растворенным в расплаве, и монооксидом углерода протекает на стенках пузырьков СО, поднимающихся в расплаве. Полноте протекания этой реакции способствует тот факт, что полости пузырьков СО является химическим вакуумом для продукта реакции - газообразного фосфора (Р₂), поскольку парциальное давление Р₂ в пузырьках изначально равно нулю. Газообразный фосфор удаляется с отходящими газами. Недостатком способа-прототипа является тот факт, что он не рассматривает процесс дефосфорации карбонатных марганцевых руд и концентратов.

Карбонатные марганцевые руды характеризуются повышенной основностью вмещающей породы (CaO/SiO₂>1). Наличие свободного оксида кальция СаО в карбонатных марганцевых рудах и концентратах осложняет протекание реакции дефосфорации, поскольку СаО образует с оксидом фосфора Р₂О₅ прочное соединение - фосфат кальция 3СаО⋅Р₂О₅. Результатом использования описанного выше способа-прототипа дефосфорации марганцевых руд и концентратов для дефосфорации карбонатных марганцевых руд и концентратов будет низкая степень дефосфорации, поскольку фосфор связан в прочное соединение - фосфат кальция 3СаО⋅Р₂О₅.

Техническим результатом, достигаемым в изобретении, является высокая степень дефосфорация карбонатных марганцевых руд и концентратов.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что, с целью нейтрализации вредного влияния оксида кальция на процесс дефосфорации и достижения высокой степени дефосфорация расплавов карбонатных марганцевых руд и концентратов, в расплав добавляют оксида кремния SiO₂, который связывает свободный оксид кальция в силикат кальция CaO⋅SiO₂, соединение более прочное, чем фосфат кальция 3СаО⋅Р₂O₅. В результате разрушается связь оксида фосфора с оксидом кальция и устраняется препятствие, мешающее успешному протеканию процесса дефосфорации.

Процесс дефосфорации расплава карбонатных марганцевых руд и концентратов по предлагаемому способу ведут следующим образом. В марганецсодержащий расплав добавляют кварцит (оксид кремния) из расчета получения в оксидном расплаве основности CaO/SiO₂, равной 0,2-1,0. После этого расплав продувают монооксидом углерода СО с целью дефосфорации. Выбранные пределы по величине основности оксидного расплава обеспечивают устойчивое протекание реакции взаимодействия газообразного моноокида углерода с оксидом фосфора, содержащимся в расплаве. Снижение основности ниже 0,2 приводит к существенному замедлению скорости протекания реакции дефосфорации, а повышение основности выше 1,0 - к прекращению протекания реакции дефосфорации.

Пример. Изучен процесс дефосфорации карбонатного марганцевого концентрата по известному и предлагаемому способам. В экспериментах использовали марганцевый концентрат, содержащий, %: 25,20 Мn; 3,60 Fe; 0,15 Р; 13,87 SiO₂; 15,72 СаО; 1,47 Аl₂O₃; 2,85 MgO; 26,58 ппп; Р/Мn=0,0059; CaO/SiO₂=1,13. После расплавления в связи с улетом потерь при прокаливании концентрат содержал, %: 34,32 Мn; 4,90 Fe; 0,20 Р; 18,89 SiO₂; 21,41 СаО; 2,00 Аl₂O₃; 3,88 MgO; Р/Мn=0,0058; CaO/SiO₂=1,13.

По известному способу концентрат расплавили в электрической печи. После достижения температуры 1400°С расплав продували монооксидом углерода. Масса концентрата в каждом опыте составляла 5 кг. При содержании фосфора в расплавленном концентрате 0,20% в расплаве было 10 г фосфора. Предварительными опытами было установлено, что степень использования монооксида углерода для данной установки составляет 65%. Потребное количество монооксида углерода составляет 27,8 л. Монооксид углерода подавали от газогенератора через фурму с расходом 1 л/мин в течение 30 мин. Результаты экспериментов приведены в таблице.

По предлагаемому способу к концентрату после расплавления в электрической печи добавили кварцит из расчета получения в смеси основности CaO/SiO₂, равной 0,6. В связи с улетом потерь при прокаливании расплав содержал, %: 29,39 Мn; 4,20 Fe; 0,17 Р; 30,55 SiO₂; 18,33 СаО; 1,71 Аl₂O₃; 3,32 MgO; Р/Мn=0,0058; CaO/SiO₂=0,6. После достижения температуры 1400°С расплав продували монооксидом углерода. Масса концентрата в каждом опыте составляла 5 кг. При содержании фосфора в расплавленном концентрате 0,17% в расплаве было 8,5 г фосфора. Предварительными опытами было установлено, что степень использования монооксида углерода для данной установки составляет 65%. Потребное количество монооксида углерода составляет 23,7 л. Монооксид углерода подавали от газогенератора через фурму с расходом 1 л/мин в течение 30 мин. Результаты экспериментов приведены в таблице.

Как видно из приведенных данных, в результате продувки оксидного марганесодержащего расплава основностью CaO/SiO₂=1,13 газообразным монооксидом углерода содержание фосфора в расплаве осталось близким к исходному, т.е. процесс дефосфорации не получил заметного развития. Напротив, снижение основности оксидного марганецсодержащего расплава до СаО/SiO₂=0,6 позволило в результате продувки снизить содержание фосфора в расплаве до <0,03%, степень дефосфорации

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа дефосфорации карбонатных марганцевых руд и концентратов заключается в том, что его использование позволит получать карбонатные марганецсодержащие продукты с требуемым низким содержанием фосфора.