WEB-ресурс научно-практических конференций

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ПРОДУКТОВ ОБЖИГА ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНКРЕЦИЙ

Крюков Е.В.

Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск

Истощение наземных запасов полиметаллических руд обуславливает необходимость активного поиска альтернативных источников минерального сырья. Неограниченные возможности расширения рудной базы цветных, благородных и редких металлов открываются при использовании ресурсов Мирового океана и, в частности, полиметаллических конкреций (ПМК).

Прогнозная потребность меди и никеля в экономике Украины к 2010 году возрастет до 171,6 и 6,6 тыс.тонн соответственно, но уже в настоящее время дефицит меди, никеля и кобальта в отечественной экономике достигает 80-90%. Поэтому проблема вовлечения в промышленное производство этих важных для Украины металлов дополнительных источников остродефицитного марганец-, медь-, никель- и кобальтсодержащего сырья, каким являются океанические полиметаллические конкреции, актуальна и имеет стратегическое значение.

В настоящем докладе приведены результаты исследований физико-химических свойств, вещественного и фазового состава опытной партии тихоокеанских полиметаллических конкреций и продуктов их сушки (160 ° С) и обжига (400 и 900 ° С) в атмосферных условиях.

Вещественный и фазовый состав исходных ПМК и продуктов их обжига изучали химическим, атомно-адсорбционным, рентгено-флуоресцентным, кристаллооптическим, петрографическим и рентгеноструктурным методами анализа. Установлено, что содержание ведущих элементов в конкрециях находится на уровне, %: 25,60 Mn ; 4,50 Fe ; 1,30 Cu ; 1,45 Ni ; 0,21 Co . Кроме этого в ПМК обнаружены редкие и рассеянные элементы ( Zr , Mo , Sr , Sc и др).

Минеральный состав рудной части конкреций представлен хорошо откристаллизованным манганитом MnOOH ( d ₁₀₀ =3,34?; d ₈₀ =2,59?) в виде прожилок с высокой отражательной способностью натёчной формы, слабо раскристаллизованными тонкозернистыми вернадитом ? - MnO ₂ ( d ₁₀₀ =2,39?; d ₉₀ =2,17?), псиломеланом MnO · MnO ₂ · nH ₂ O ( d ₁₀₀ =2,43?), криптомеланом ( d ₁₀₀ =2,41?), а также мелкокристаллическим и в фоме бобовин гидрогетитом FeOOH · nH ₂ O ( d ₁₀₀ =4,15?). Нерудная часть конкреций сложена железистыми глинами ( d ₁₀₀ =10,51 и 9,94?), монтмориллонитом, полевым шпатом и обломочной формы кристаллами кварца ( d ₁₀₀ =3,34?). Медь, никель и кобальт присутствуют в конкрециях преимущественно в ассоциированном виде в марганцевых и железистых фазах.

Отличительной особенностью полиметаллических конкреций от известных видов марганцевого сырья является высокое содержание цветных металлов ( ?Cu + Ni + Co до 2,5–3,0 %), щелочей ( ?N ₂ O +К ₂ О до 4,0%), а также адсорбированной и кристаллизационной влаги (до 26–30%), при этом количество адсорбированной воды в ПМК изменяется от 6 до 17 %. Кроме того, конкреции характеризуются высокой пористостью (40–60 %) и удельной поверхностью (170–280м ² /г), достаточно низкой механической прочностью (30–60 кг/конкреция) и исключительной мелкодисперсностью слагающих ПМК минералов (<10мкм).

Сушку и окислительный обжиг проводили при температурах соответственно 160 ° С, 400 и 900 ° С. Продолжительность выдержки ПМК при указанных температурах определялась из расчета достижения равновесия реакций дегидратации основных составляющих конкреций и диссоциации продуктов обезвоживания и составляла соответственно 150, 40 и 15 мин. [1]. Механическая прочность воздушно-сухих, упрочненных при 160 ° С и обожженных при 400 и 900 ° С составляла соответственно: 25,0; 35,0; 5,0 и 80,0 кг/конкреция.

Фазовый состав высушенных ПМК Представлен манганитом, небольшим количеством пиролюзита MnO ₂ , вернадитом, криптомеланом, зернами кварца и железистыми глинами после удаления межслоевой воды ( d ₁₀₀ =7,31?).

В процессе укрепляющей сушки воздушно-сухих ПМК при 160 ° С активно удаляется адсорбированная влага с потерей массы до 12%. При этом бентонитовые мостики, склеивающие частицы ПМК, затвердевают в результате чего при практически нулевой усадке (0,7%) происходит упрочнение ПМК.

В интервале 400-900 ° С, наряду с дегидратацией основных составляющих ПМК развиваются реакции термической диссоциации, марганцевых, железосодержащих и других фаз с повышением потери массы до 24% и образованием твердых растворов на основе Mn ₂ O ₃ , Mn ₃ O ₄ , Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄ . При температурах, близких к 900 ° С, на границах раздела фаз протекают твердофазовые реакции образования тефроита, 2 MnO · SiO ₂ и фаялита 2 FeO · SiO ₂ , а в микрообъемах ПМК происходит размягчение конкреций с выделением небольшого количества щелочесодержащего силикатного расплава [2], что приводит к уменьшению пористости, увеличению линейной усадки до 22% и значительному повышению прочности ПМК.

Список использованных источников:

1. Ермолов В.М., Миракова М.Г., Шушлебин Б.А. Исследование свойств железомарганцевых конкреции //Известия вузов "Черная металлургия". - 1984. - №9. - С.22-26.

2. Кучер А.Г., Ильченко К.Д. Исследования теплофизических свойств марганцевых минералов, шихтовых материалов и шихт для выплавки марганцевых ферросплавов// Известия вузов "Черная металлургия". - 1984. - №10. - С.39-44.