Підвищення ефективності хімічного збагачення марганцевмісної сировини на основі встановлення термодинамічних та кінетичних закономірностей процесу - Автореферат

Нині в шламосховищах двох діючих гірничозбагачувальних комбінатів (Марганецького та Орджоникідзевського) накопичено вже близько 250 млн. т марганцевих шламів з масовим вмістом 12-18 % Mn, що в перерахунку на чистий марганець складає ~37,5 млн. т. Основна ідея роботи полягає у використанні відмінностей у термодинамічних властивостях мінералів і особливостей їх поведінки за наявності в мінеральній сировині супутніх домішкових елементів для підвищення ефективності хімічного збагачення марганцевих шламів і залізомарганцевих руд. При виконанні роботи використовувався комплекс методів досліджень, який включав фазовий, мінералогічний і хімічний аналізи вихідної сировини і продуктів збагачення; термодинамічний аналіз процесів хімічного збагачення марганцевмісної сировини; метод термогравіметричного аналізу для дослідження кінетичних характеристик хімічних процесів; математичну обробку експериментальних даних з використанням прикладних компютерних програм; експериментальні дослідження в лабораторних та напівпромислових умовах для перевірки розроблених технологічних рішень. Селективність термохімічного збагачення марганцевих шламів піролюзит-псиломеланового складу і залізомарганцевих руд піролюзит-гетитового складу визначається дією відновних агентів на багатокомпонентну марганцевмісну систему, що залежить від одночасного впливу температури, тиску та складу атмосфери проведення процесу термічної обробки сировини, тривалості процесу й термодинамічних характеристик реагуючих речовин. Кінетичні закономірності хімічного збагачення марганцевих шламів піролюзит-псиломеланового складу і тонкодисперсних залізомарганцевих руд визначаються температурою процесу, нижче граничного значення якої процеси лімітуються хімічними реакціями на границях розділу фаз “реагент - реактант”, а вище - тривимірною дифузією зі сферичною симетрією реагентів і продуктів реакції.Крім того, як реальний резерв для розширення сировинної бази марганцевих руд можна розглядати марганцеві шлами, утворення яких відбувається внаслідок недосконалості технологічних схем механічного збагачення марганцевих руд, і залізомарганцеві руди. Актуальне завдання хімічного збагачення марганцевих шламів і залізомарганцевих руд полягає в установленні термодинамічних та кінетичних закономірностей селективного розділення мінералів шляхом вивчення особливостей поведінки марганцевих сполук за наявності в мінеральній сировині супутніх домішкових елементів при вуглецевотермічному відновленні марганцевих шламів і сульфатизуючому випаленні залізомарганцевих руд та наступному вилуговуванні випалених марганцевмісних продуктів. У другому розділі розглянуто особливості речовинного складу марганцевих шламів і залізомарганцевих руд Середнього Побужжя та Керченського залізорудного басейну, вивчені можливості попереднього збагачення марганцевмісної сировини механічними способами. Аналіз літературних джерел показав, що на сьогодні немає ефективних технологічних схем механічного збагачення залізомарганцевих руд, які б дозволяли достатньо повно розділити мінерали заліза та марганцю. При цьому відновлення оксидів марганцю до цільового продукту - MNO - є термодинамічно можливим будь-яким газовим відновником в температурному інтервалі 400-1700 К, а температуру відновного процесу марганцевих шламів визначають стадії послідовного перетворення вищих оксидів заліза в сполуки з меншим ступенем окиснення, що при температурі понад 845 К здійснюється за схемою Fe2O3 > Fe3O4 > FEO > Fe.У дисертації, що є закінченою науково-дослідною роботою, вирішено актуальне науково-практичне завдання, яке полягає в розробленні безвідходних технологій хімічного збагачення марганцевих шламів і залізомарганцевих руд і підвищенні ефективності використання сировинних ресурсів на основі встановлення термодинамічних і кінетичних закономірностей процесу. На підставі аналізу сучасного стану і напрямів розвитку технологічних схем збагачення марганцевмісної сировини показано, що для низькосортних продуктів, якими є марганцеві шлами піролюзит-псиломеланового складу, і для біметалічної сировини - залізомарганцевих руд піролюзит-гетитового складу - необхідно застосовувати хімічні методи збагачення. Проаналізована термодинамічна можливість переходу діоксиду марганцю в сульфат при термічній обробці залізомарганцевої руди в присутності сульфату заліза, що дозволило визначити оптимальні умови проведення процесу: температура - 800-900 К при тиску 0,1 МПА. Установлено, що математична модель, яка повязує кінетичні характеристики процесів вилуговування випалених марганцевмісних продуктів, при температурі вище за 335 К описується рівняннями дифузійної області, а нижче за 325 К процес переходить в кінетичну область і лімітується реакціями на межі розділу фаз випалений продукт - вилуговуючий агент. Визначено, що термін окупності цеху продуктивністю 10 тис. т/рік за розчином сульфату марганцю при умові реалізації вітчизняної товарної продукції на світовому ринку складе 4,1 і 4,6 років відповідно для марганцевих шламів і залізомарган

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ