Шунгиты в металлургии

Шунгиты в металлургии
Шунгит – комплексное углерод содержащее сырье, состоящее из особой
разновидности аморфного углерода и силикатных минералов, среди которых преобладает
кварц. Единственное месторождение, промышленная разработка которого ведется в
настоящее время – Зажогинское, республика Карелия.
Химический состав:
SiO2
57,0
TiO2
0,2
Al2O3
4,0
FeO
2,5
MgO
1,2
CaO
0,3
Na2O
0,2
K2O
1,5
S
1,2
C
29,0
H2Oкрис.
4,2
Свойства шунгита:
 плотность 2,1 –2,4 г/см3
 пористость до 5%
 прочность на сжатие 1000 – 1200 ктс/см2
 электропроводность 1500 сим/м
 развитая внутренняя поверхность до 20 м2/г
Шунгитовые
породы
Зажогинского
месторождения
являются
весьма
перспективным сырьем для металлургии. Это обусловлено несколькими факторами.
Шунгитовый углерод обладает аморфной структурой, устойчивой
против
графитации и сохраняет высокую реакционную способность во всем интервале
температур реальных металлургических процессов.
Исключительно
благотворное
влияние
на
кинетику
и
энергетику
восстановительных реакций
в системе Si-C-O оказывает специфичная структура
шунгитовых пород. Структура зажогинского шунгита представляет собой равномерное
распределение силикатных минералов с размерностью частиц менее 10 мкм в углеродной
матрице. Таким образом, создается тесный и развитый (до 20 м2/г) контакт между
силикатами и углеродом. Это обстоятельство в свою очередь повышает роль
твердофазных реакций в восстановительном процессе и создает ряд технологических
преимуществ при использовании шунгитов для замены металлургического кокса и
кремнеземистого сырья в процессе получения карбида кремния, выплавки кремнистых
чугунов и ферросплавов.
Шунгитовая порода обладает высокой механической прочностью (800-1200
2
кг/см ), малой истираемостью. Высокая плотность шунгитовой породы (2,2-2,4 т/см3)
создает предпосылки для более экономичного использования объема печного агрегата при
замене ею традиционной углерод-кремнеземной шихты.
Эти свойства определяют сферы применения шунгита в процессах металлургии.
1. В доменной плавке литейного чугуна;
2. В доменной плавке передельного чугуна;
3. В
электрометаллургии
ферросплавов
(ферросилиция,
силикомарганца,
силикокальция, ферросиликофрома и др.);
4. В электрометаллургии цветных металлов;
5. Для производства SiC с целью последующей переработки последнего в
огнеупорные и химстойкие конструкционные материалы, а также
для
использования в качестве наполнителя в огнеупорных массах и в качестве
восстановителя;
6. В желобных и леточных массах в качестве упрочняющей добавки вместо
металлургического кокса.
Промышленное использование шунгита в выплавке
литейного чугуна
осуществляется на АК «Тулачермет», ОАО Косогорский металлургический завод,
Липецком заводе «Свободный Сокол». Установлено, что коэффициент замены кокса
шунгитом составляет в среднем 1т/т. Доля кремния шунгита, переходящего в чугун
составляет 88,5%. С ростом содержания кремния в чугуне коэффициент замены кокса
повышается.
При выплавке литейного чугуна 1 тонна шунгита заменяет 0,9-1,2 тонны кокса или
1 кг шунгитового углерода заменяет до 3 кг коксового углерода.
При доменной плавке передельного чугуна коэффициент замены кокса шунгитом
значительно ниже и составляет в среднем 0,5. Однако при использовании шунгита при
выплавке передельного чугуна проявляется еще один эффект воздействия шунгита на
технологический процесс – способность синтезировать в температурных условиях
доменной печи карбид кремния и осаждать его на стенки печи в нижней части горна,
создавая гарнисаж и увеличивая срок службы печи. Этот эффект экономически еще не
оценен. Ведутся его расчеты на Череповецком и Новокузнецком металлургических
комбинатах.
При использовании шунгита в производстве ферросплавов выявлен эффект
увеличения электросопротивления шихты вплоть до 14000С. Из этого эффекта следуют
ложные технологические выводы:
общее количество углерода в шихтах с шунгитовой породой может быть
увеличено по сравнению с составом обычной шихты без нарушения
температурного поля в ванне электропечи. Это
имеет особое
практическое значение при выплавке сложных кремнистых сплавов, т.к.
способствует более полному восстановлению оксидов:
процесс выплавки ферросплавов на шихтах с шунгитом при содержании
углерода, равном его количеству
в обычной шихте может быть
осуществлен на более высоком вторичном напряжении трансформатора,
что обеспечивает более высокий электрический коэффициент мощности и
суточную производительность печей.
В промышленных плавках с использованием шунгита 45% ферросилиция на
Запорожском заводе получено снижение кокса на 14% и снижение расхода
электроэнергии на 2,07%, а при выплавке силикомарганца на Никопольском заводе
достигнуто снижение кокса на 14,7%, повышение производительности печи на 3%,
извлечение марганца на 2,4% и снижение расхода электроэнергии на 2,66%.
Коэффициент замены кокса шунгитом при доменной выплавке ферросплавов
оценен в среднем 0,5т/т. При выплавке силикомарганца в электропечах расход шунгита
составил 200 кг на 1 тонну сплава.
В пирометаллургии цветных металлов положительную оценку получают
следующие свойства шунгита:
высокое электросопротивление, что позволяет вести плавку с
повышенным углеродом;
высокая плотность (2,3-2,4 г/см3) благодаря чему шунгит глубже
погружается в расплав и меньше окисляется кислородом печных газов;
шунгите содержит заметного количества примесей, ухудшающих качество
товарного никеля (цинк, свинец, теллур и др.).
В 2004 году проводились промышленные испытания на ГМК «Норильский никель»
по применению шунгита в качестве восстановителя при обеднении шлаков ПВП-1 и
конверторных шлаков ОЭП-1.
Отмечены следующие положительные эффекты:
снизилось содержание никеля, меди и кобальта в отвальном шлаке;
снизилось содержание никеля, меди и кобальта в штейнах ОЭП-1;
снизились потери цветных металлов на 1 тонну выводимого железа;
вырос показатель эффективности обеднения – коэффициент разделения
цветных металлов от железа на входе (никелевые концентраты) и выходе
(отвальный шлак) по никелю с 59,44 до 95,6; по кобальту с 2,29 до 3,50 по
меди с 16,95 до 17,73 относительных единиц;
применение шунгита позволило сократить расход песчаника на 30% и
коксика на 69%;
удельный расход энергии на 1 тонну перерабатываемых материалов
снизился на 9,7% отн. Энергетические ресурсы расходовались более
эффективно, чем в базовом периоде.