blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2017-8-656-661blackmet-1188Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВPHYSICO-CHEMICAL BASICS OF METALLURGICAL PROCESSESКИНЕТИКА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕГИДРАТАЦИИ ЛИСАКОВСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО КОНЦЕНТРАТАKINETICS OF HIGH-TEMPERATURE DEHYDRATION OF LISAKOVSK IRON ORE CONCENTRATEКарелинВ. Г.KarelinV. G.

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории грануляции металлургических расплавов. 

620137, Россия, Екатеринбург, ул. Студенческая, 16

 Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher of the Laboratory of Granulation of Metallurgical Melts. 

 Ekaterinburg.

karelin@lab62.vniimt.ruЗайнуллинЛ. А.ZainullinL. A.

доктор технических наук,  профессор, генеральный директор.

 620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19.

Dr. Sci. (Eng.), Professor, General Director. 

 Ekaterinburg.

aup@vniimt.ruЕпишинА. Ю.EpishinA. Yu.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории грануляции металлургических расплавов. 

620137, Россия, Екатеринбург, ул. Студенческая, 16

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Laboratory of Granulation of Metallurgical Melts.

 Ekaterinburg.

epishin.artem@yandex.ruОАО «Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники» («ВНИИМТ»).РоссияOJSC “Scientific Research Institute of Metallurgical Heat Engineering” (“VNIIMT”).Russian FederationОАО «Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники» («ВНИИМТ»); Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина.РоссияOJSC “Scientific Research Institute of Metallurgical Heat Engineering” (“VNIIMT”); Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin.Russian Federation201702122017608656661Copyright © Карелин В.Г., Зайнуллин Л.А., Епишин А.Ю., 20172017Карелин В.Г., Зайнуллин Л.А., Епишин А.Ю.Karelin V.G., Zainullin L.A., Epishin A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1188

Лисаковское месторождение бурого железняка (Кустанайская область, Казахстан) разрабатывается открытым способом, что обеспечивает более дешевую добычу руды. На фабрике ЛФ ТОО «Оркен» гравитационно-магнитным способом производят обогащение руды с  получением гравитационно-магнитного концентрата, содержащего 48 – 49 % Fe, 10 – 12 % SiO2 , 4,5 – 5,5 % Al2O3 , 0,7 – 0,9 % Р. Полученный продукт поступает на агломерацию в АО «АрселорМиттал Темиртау» (г. Темиртау, Казахстан). Из-за повышенного содержания фосфора в гравитационно-магнитном концентрате спрос на него ограничен. В лисаковском концентрате содержится значительное количество  гидратной влаги (до 12 %). Большая часть влаги находится в виде гидратов железа и разлагается при умеренной температуре 320  –  350  °С.  Другая часть, судя по всему, связана с фосфорсодержащим компонентом, разлагающимся при повышенной температуре. При этом в процессе окислительного обжига происходит образование свободного оксида фосфора. Проведены исследования разложения гидратного фосфорсодержащего компонента в лисаковском железорудном концентрате с целью определения кинетики процесса. Удаление фосфора из  железорудного концентрата на стадии подготовки к металлургическому переделу возможно после высокотемпературного окислительного  обжига материала и последующего сернокислотного выщелачивания. Из исходного концентрата гидрометаллургическим способом фосфор не выщелачивается. Необходимо при помощи высокой температуры разрушить химическую связь и перевести фосфор в свободный  оксид. От полноты разложения гидратного фосфорсодержащего компонента при обжиге зависит качество последующей сернокислотной  обработки обожженного продукта. Выделение высокотемпературной гидратной влаги из лисаковского концентрата происходит ступенчато. С ростом температуры прокаливания скорость высокотемпературной дегидратации уменьшается, что объясняется замедлением диффузии водяных паров при дегидратации через слой материала, который уплотняется при увеличении температуры.

 Lisakovsk deposit of brown iron ore (Kostanay region, Kazakhstan) is developed by the open method, which provides cheaper  ore mining. At the LF LLP “Orken”, the ore is enriched in a gravitymagnetic process to produce a gravitational-magnetic concentrate containing 48 to 49 % of Fe, 10 to 12 % of SiO2 , 4.5 to 5.5 % of Al2O3  and 0.7–0.9 % of P. The product is supplied to the agglomeration in  JSC  “Arcelor Mittal Temirtau” (Temirtau, Kazakhstan). Because of  the increased content of phosphorus in the gravitational-magnetic concentrate, the demand for it is limited. Lysakovsk concentrate contains  a significant amount of hydrated moisture (up to 12 %). Most of the  moisture is in the form of iron hydrates and decomposes at a moderate  temperature of 320–350 °C. The other part, apparently, is associated  with a phosphorus-containing component decomposing at elevated  temperature. In this process, oxidative firing results in the formation  of free phosphorus oxide. Studies on decompounding a hydrated phosphorous-containing component in Lisakovsk iron ore concentrate were  undertaken to determine kinetics of the process. Removal of phosphorus from the iron ore concentrate during preparation for metallurgical  processing is possible after high-temperature oxidizing roasting of the  material and subsequent sulphuric acid leaching. Phosphorus is not  leached from the original concentrate by hydrometallurgical method.  Using high temperature, it is necessary to break the chemical bond  and transfer phosphorous to a free oxide. Complete decompounding  of the hydrated phosphorous-containing component at roasting affects the quality of subsequent sulphuric acid treatment of the roasted  product. High-temperature hydrate moisture is exuded from Lisakovsk  concentrate step-by-step. The rate of high-temperature dehydration de creases with the rise of calcination temperature, which is explained by  slow water vapour diffusion through the layer of material that becomes  packed at the temperature rise.

руда концентрат обжиг кислота выщелачивание фосфор компонент гидратная влага кинетика разложение температураore concentrate roasting acid leaching phosphorus component hydrate moisture kinetics decompounding temperatureReferencesАкатов А.И., Герасимов А.Г., Тациенко П.А. Обогащение бурых железняков Лисаковского месторождения на опытной обогатительной фабрике Сибэлектросталь // Обогащение руд. 1957. № 6. С. 3 – 8.Akatov A.I., Gerasimov A.G., Tatsienko P.A. Enrichment of hematites of Lisakovsky field at Sibelektrostal experimental concentrating factory. Obogashchenie rud. 1957, no. 6, pp. 3–8. (In Russ.).Тациенко П.А., Долгих М.А. Обжигмагнитное обогащение руд Лисаковского месторождения // Обогащение полезных ископаемых. 1977. № 21. С. 44 – 48.Tatsienko P.A., Dolgikh M.A. Magnetic roasting enrichment of ores  of the Lisakovsky field. Obogashchenie poleznykh iskopaemykh.  1977, no. 21, pp. 44–48. (In Russ.).Епишин А.Ю., Карелин В.Г., Зайнуллин Л.А. Поведение фосфорсодержащего компонента при высокотемпературном обжиге лисаковского железорудного концентрата // Изв. вуз. Черная металлургия. 2012. № 12. С. 59 – 60.Epishin A.Yu., Karelin V.G., Zainullin L.A. The behavior of a  phosphorus-containing component by a high-temperature roasting  of Lisakovsk iron ore concentrate. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2012, no. 12, pp. 59–60.Карелин В.Г., Зайнуллин Л.А., Епишин А.Ю., Артов Д.А. Комбинированная пиро-гидрометаллургическая технология обесфосфоривания бурого железняка лисаковского месторождения // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2015. № 2. С. 10 – 15.Karelin V.G., Zainullin L.A., Epishin A.Yu., Artov D.A. Combined  pyro-hydrometallurgical technology of dephosphorization of hematites of Lisakovsky field. Chernaya metallurgiya. Byul. in­ta “Chermetinformatsiya”. 2015, no. 2, pp. 10–15. (In Russ.).Карелин В.Г., Зайнуллин Л.А., Епишин А.Ю., Артов Д.А. Особенности пиро-гидрометаллургической технологии обесфосфоривания бурого железняка лисаковского месторождения // Сталь. 2015. № 3. С. 8 – 11.Karelin V.G., Zainullin L.A., Epishin A.Yu., Artov D.A. Features  of pyro-hydrometallurgical technology of dephosphorization of hematite of Lisakovsky field. Stal’. 2015, no. 3, pp. 8–11. (In Russ.).Епишин А.Ю., Зайнуллин Л.А., Карелин В.Г. Исследование обжига лисаковского железорудного концентрата для определения температуры разложения гидратного фосфорсодержащего минерала // Матер. X Всеросс. науч.-практич. конф. студентов, аспирантов и специалистов. – Магнитогорск, 2009. С. 144 – 147.Epishin A.Yu., Zainullin L.A., Karelin V.G. Study of firing of Lisakovsk iron ore concentrate to determine the decomposition temperature of hydrated phosphate mineral. In: Materialy Desyatoi Vserossiiskoi nauchno­prakticheskoi konferentsii studentov, aspirantov i spetsialistov [Materials of 10th All-Russian Sci.-Pract. Conf. of  Students,  Postgraduates  and  Specialists].  Magnitogorsk:  2009,  pp.  144–147. (In Russ.).Епишин А.Ю., Зайнуллин Л.А., Карелин В.Г. О дефосфорации бурого железняка методом выщелачивания с предварительным обжигом // Сб. матер. VIII конгресса обогатителей стран СНГ. – М., 2011. С. 83 – 86.Epishin A.Yu., Zainullin L.A., Karelin V.G. Dephosphorization of  hematites by leaching with preliminary firing. In: Sbornik materialov Vos’mogo kongressa obogatitelei stran SNG [Coll. of materials of 8th Congress of Dressers of CIS Countries]. Moscow: 2011,  pp.  83–86. (In Russ.).Левинтов Б.Л., Мирко В.А., Пчелинцева О.А. Состояние и перспективы решения проблемы обесфосфоривания трудновскрываемого железорудного сырья Казахстана. – В кн.: Создание научных основ принципиально новых химических и металлургических технологий, адаптированных к сырьевой базе Казахстана. – Алматы: Комплекс, 2003. С. 137 – 142.Levintov B.L., Mirko V.A., Pchelintseva O.A. Status and prospects of solving the problem of dephosphoration of refractory iron  ore raw materials of Kazakhstan. In: Sozdanie nauchnykh osnov printsipial’no novykh khimicheskikh i metallurgicheskikh tekhnologii, adaptirovannykh k syr’evoi baze Kazakhstana [Creation  of scien tific bases of essentially new chemical and metallurgical  technologies adapted to a source of raw materials of Kazakhstan].  Almaty: Kompleks, 2003, pp. 137–142. (In Russ.).Пчелинцева О.А., Мажренова Н.Р., Левинтов Б.Л. О возможности радиационного стимулирования процесса обесфосфоривания лисаковских концентратов // Комплексное использование минерального сырья. 2003. № 3. С. 57.Pchelintseva O.A., Mazhrenova N.R., Levintov B.L. On the possibility of radiation stimulation of dephosphorization process of  Lisakovsky concentrates. Kompleksnoe ispol’zovanie mineral’nogo syr’ya. 2003, no. 3, pp. 57. (In Russ.).Левинтов Б.Л., Мирко В.А., Кантемиров М.Д. и др. Особенности строения бурожелезняковых руд и их влияние на эффективность термохимического обогащения лисаковских концентратов // Сталь. 2007. № 8. С. 8 – 11.Levintov B.L., Mirko V.A., Kantemirov M.D., Klimushkin A.N.,  Naidenov V.A., Bobir A.V . Structure of oolitic brown iron ores and  their influence on the thermochemical enrichment of Lisakovsk concentrates. Steel in Translation. 2007, vol. 37, no. 8, pp. 681–685.Пат. 2413012 РФ. Способ очистки железосодержащего материала от мышьяка и фосфора / И.Г. Ковзун, З.Р. Ульберг, И.Т. Проценко и др.; заявл. 16.11.2009., опубл. 27.02.2011. Бюл. изобретений. 2009. № 6.Kovzun I.G., Ul’berg Z.R., Protsenko I.T. etc. Sposob ochistki zhelezosoderzhashchego materiala ot mysh’yaka i fosfora [Way of purification of ferriferous material of arsenic and phosphorus]. Patent  RF no. 2413012. Byulleten’ izobretenii. 2009, no. 6. (In Russ.). Пат. 2184158 РФ. Способ очистки железорудного концентрата от примеси фосфора / В.В. Беликов, В.Б. Огородов, А.О. Ядрышников и др.; заявл. 23.05.2001., опубл. 27.06.2002. Бюл. изобретений. 2002. № 18.Belikov V.V., Ogorodov V.B., Yadryshnikov A.O. etc. Sposob ochistki zhelezorudnogo kontsentrata ot primesi fosfora [Way of cleaning of iron ore concentrate of phosphorus impurity]. Patent RF  no.  2184158. Byulleten’ izobretenii. 2002, no. 18. (In Russ.). Беликов В.В., Огородов В.Б., Ядрышников А.О., Михайловина Н.А. Обесфосфоривание бурожелезняковых руд и концентратов // Обогащение руд. 2003. № 3. С. 8 – 12.Belikov  V.V.,  Ogorodov  V.B.,  Yadryshnikov A.O.,  Mikhailovina  N.A.,  Dephosphorization  of  hematite  ores  and  concentrates.  Obogashchenie rud. 2003, no. 3, pp. 8–12. (In Russ.).Naydyonov V.A. Experience of operation of lisakovsk deposit of brown iron ore // International Seminar on Vision Mineral Deve lopment. Bhubaneswar, India. 2005. P. 83 – 87.Naydyonov V.A. Experience of operation of Lisakovsk deposit of  brown iron ore. In: International Seminar on Vision Mineral Development. Bhubaneswar, India, 2005, pp. 83–87. (In Russ.). Карелин В.Г., Резвов Г.А. Особенности дегидратации лисаковских материалов // Сб. тезисов совещания «Проблемы обогащения и комплексной переработки фосфористых лисаковских руд». Темиртау, 1979. С. 38 – 39.Karelin V.G., Rezvov G.A. Features of dehydration of Lysakovsk  materials.  In:  Sbornik tezisov soveshchaniya “Problemy obogashcheniya i kompleksnoi pererabotki fosforistykh lisakovskikh rud”  [Abstracts of the meeting “Problems of enrichment and complex processing of Lisakovsk phosphorous ore”]. Temirtau: 1979,  pp.  38–39. (In Russ.).Карелин В.Г., Резвов Г.А., Кузовникова Е.А. Кинетические особенности дегидратации лисаковского концентрата в кипящем слое // Металлургическая теплотехника. 1975. № 4. С. 153 – 156.Karelin V.G., Rezvov G.A., Kuzovnikova E.A. Kinetic features  of dehydration of Lisakovsk concentrate in the boiling layer.  Metallurgicheskaya teplotekhnika. 1975, no. 4, pp. 153–156. (In  Russ.).Иванова В.П. Термический анализ минералов и горных пород / В.П. Иванова, Б.К. Касатов, Т.Н. Красавина, Е.Л. Розинова. – Л.: Недра, 1974. – 399 с.Ivanova V.P., Kasatov B.K., Krasavina T.N., Rozinova E.L. Termicheskii analiz mineralov i gornykh porod [Thermal analysis of  mine rals and rocks]. Leningrad: Nedra, 1974, 399 p. (In Russ.).Уэндландт У . Термические методы анализа. – М.: Мир, 1978. – 572 с.Wendlandt Wesley Wm. Thermal methods of analysis. New York:  Interscience Publishers, 1964, 424 p. (Russ.ed.: Wendlandt W. Termicheskie metody analiza. Moscow: Mir, 1978, 526 p.).Шестак Я. Теория термического анализа. – М.: Мир, 1987. – 456 с.Shestak Ya. Teoriya termicheskogo analiza [Theory of thermal analy sis]. Moscow: Mir, 1987, 456 p. (In Russ.).Дельмон Б. Кинетика гетерогенных реакций. – М.: Мир, 1972. – 554 с.Delmon  Bernard.  Introduction à la Cinétique Hétérogène.  Ed.  Technip. Paris 1969. (Russ.ed.: Delmon B. Kinetika geterogennykh reaktsii. Moscow: Mir, 1972, 554 p.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.