Файл: Вегман, Е. Ф. Теория и технология агломерации.pdf

1. РАЗЛОЖЕНИЕ ГИДРАТОВ

Агломерационная шихта содержит обычно некоторое количество гидратной воды, входящей в состав рудного вещества или пустой породы. В зоне подогрева шихты, а затем и в зоне горения твердого топлива идет разло­ жение гидратов. В табл. 2 приведены эксперименталь­ ные данные о температурах начала разложения гидра­ тов и продуктах их дегидратации.

Исследования тонкой структуры гидроокислов желе­ за позволили установить, что единственным истинным минералом в них является только гётит (Fe20 3-H20 ) с характерной ромбической кристаллической решеткой, в то время как все остальные члены ряда бурых железня­ ков представляют собой лишь твердые растворы воды в гематите и гётите.

Так, гидрогематит (Fe2O3-0,l Н20 ) представляет собой твердый раствор воды в гематите; гидрогётит

твердыми растворами воды в гётите. Что касается турьита, то он представляет собой весьма тонкую механичес­ кую смесь гидрогематита и гётита. Вода входит в кри­ сталлическую решетку твердых растворов в гематите и гётите в виде нейтральных молекул (кристаллизацион­ ная вода), удаление которых возможно уже при относи­ тельно слабом нагреве (120—200° С) без изменения ти­ па решетки и скачкообразных изменений ее параметров. В кристаллической решетке гётита гидратная конститу­ ционная вода присутствует в виде ионов гидроксилов (ОН)~. При этом каждый атом водорода располагается приблизительно симметрично между атомами кислоро­ да, образуя водородную связь. Кроме a-FeO-ОН (гётит), в природе существует еще и y-FeO-OH (лепидокрокит, рубиновая слюдка) с ромбической кристаллической ре-

15

16

Продолжение табл. 2

шеткой, параметры которой значительно отличаются от параметров решетки гётита. В структуре лепидокрокита также присутствуют группы (ОН) - и существуют парал­ лельные зоны водородной связи. Продуктами дегидра­ тации гётита и лепидокрокита являются соответственно тригональный a-Fe203 (гематит) и кубический или те­

трагональный -у-Ре20 3 (маггемит). Таким образом, де­ гидратация связана в этом случае с полным разрушени­ ем первоначальной решетки гидроокисла, что предопре­ деляет и более высокий температурный уровень начала этого процесса (260—328°С). И. Барсад [6] и Г. Сабатье [7] определили теплоту разложения гётита, используя дифференциальный термический анализ. Она оказалась равной приблизительно 18000 ккал/кмоль Н20 (17900 ккал/кмоль Н20 , по Г. Сабатье, 18 700 ккал/кмоль Н20, по И. Барсаду), т. е. 1000 ккал на 1 кг гидратной воды.

Кристаллическая моноклинная решетка гиббсита, со­ держащегося довольно часто в пустой породе глинозе­ мистых латеритовых руд, включает катионы А1 и анио­ ны (ОН)- . Катионы А1 занимают часть октаэдрических пустот между группами, образующими в структуре это­ го минерала закономерно ориентированные слои. При 285—340° С гиббсит переходит в ромбический бёмит, структура которого аналогична структуре лепидокроки­

у-А120 3 в тригональный а-корунд происходит при значи­ тельно более высоких температурах (900— 1200°С). Ромбическая решетка диаспора (а-АЮОН) сходна с ре­

класса слюд относятся к группе хлоритов, включающей в себя, кроме того, пеннин, клинохлор, амезит, прохло­ рит, корундофиллит и др. Основу тонкой структуры хлоритов составляют листы из тетраэдров (S i04), меж­ ду которыми располагаются гидроксильные группы (ОН)- и катионы Fe, Al, Mg. Удаление воды из тюрингита (рис. 10) начинается лишь при 390—410° С и про­ должается вплоть до 900— 1000° С [8].

В состав пустой породы железных руд иногда входит также каолинит — минерал группы слюд, в кристалли-

18

ческую решетку которого входят гидроксильные группы (ОН)- . Дегидратация каолинита с образованием мета­ каолинита, начинаясь при 400—550° С, заканчивается лишь при 900— 1100° С, на что указывал еще Ле-Ша-

Температура, СС

Температцра, °С

телье. Параллельно с обезвоживанием идет распад ме­ такаолинита (при 800—900° С) и образование муллита

(1050— 1250° С):

А120 з• 2Si02 • 2Н20-^А120 з• 2Si02+ 2Н20.

каолинит метакаолинит

А120 3 • 2Si02—*- А120 з • 2Si02

ЗА120 з -г 6Si02 — ЗА120 з • 2Si02 -Ь 4Si02

муллит кристобаллит

В силикатах (группы слюд) — бейделлите и бенто­ ните— наряду с гидроксильными группами присутству­ ют и нейтральные молекулы воды. В соответствии с этим первые порции воды удаляются легко при 50— 155° С, а дальнейшее обезвоживание требует нагрева минера­

сравнительно низких температурах, так как в кристал­ лических решетках этих веществ вода присутствует в виде нейтральных молекул.

Как видно из приведенных выше данных, все, без ис­ ключения, гидраты, входящие в состав агломерационной шихты, интенсивно диссоциируют в зоне сушки и подо­ грева при температурах ниже 700° С, но некоторая часть

ный момент спекание, с последующей послойной разбор­ кой и химическим анализом пирога агломерата, начиная с верхней его части и кончая слоем сырой неспеченной шихты, Р. Берлингейм, Г. Битсианес и Т. Джозеф [10] впервые количественно оценили степень дегидратации и декарбонизации шихты перед попаданием в зону горе­ ния твердого топлива (рис. 13). Как оказалось, не более 80—90% гидратной влаги может быть в средних услови­ ях спекания удалено из шихты под зоной горения — вся остальная масса гидратов диссоциирует в зоне наивыс­ ших температур. Так как разложение гидратов требу­ ет значительных затрат тепла, то при прочих равных ус­ ловиях спекание бурых железняков и руд с хлоритовой пустой породой (КМА) обычно идет холоднее, чем спека­

20