Пористость хромовых руд после нагрева в восстановительных условиях

В работе исследовано изменение открытой пористости кусковых образцов хромовых руд после нагрева в восстановительных условиях в интервале температур 500-1500 °C. Исследованы руды (табл. 1) с различном типом вмещающей породы. Хромовые руды массива Рай-Из (шифр образцов РИ-2) содержат серпентин; в хромовых рудах Уфалейского массива Волчьегорского рудо-проявления (шифр образцов ВЧ-3) вмещающей породой является хлорит.

Ранее было показано [1-3], что заметная пористость возникает в рудах после их нагрева до температур 700-1000 °C. Причиной увеличения пористости является термический распад компонентов вмещающей породы (серпентина и хлорита), сопровождающийся удалением конституционной воды в количестве 13,0-13,6 % от массы серпентина или хлорита, а также растрескивание образцов в результате термических напряжений.

Методика экспериментов состояла в следующем. Образцы для исследований вырезали из одного куска руды в виде кубиков со стороной примерно 20 мм. Каждый образец размещали в графитовом тигле и засыпали графитовой крошкой. Тигель с образцом помещали в изотермическую зону вертикальной печи с угольным нагре вателем (печь Таммана), нагрев проводили вместе с печью до заданной температуры, выдерживали образец не менее 1 часа, охлаждали вместе печью. Температуру контролировали с помощью термопар - хромель-алюмелевой (до 1200 °C) и вольфрам-рениевой (более 1200 °C). Термопару в корундовом чехле размещали внутри тигля возле поверхности образца.

Перед измерением пористости поверхность образцов зачищали. Открытую пористость 77_откр, объем V и кажущуюся плотность /?_каж образцов определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 2409-95 (ИСО 5017-88) «Огнеупоры. Метод определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглощения». В качестве пропитывающей жидкости использовали этиловый спирт с удельной массой 0,803 г/см³. Результаты измерений приведены в табл. 2 и на рис. 1.

Видно, что пористость образцов РИ-2 заметно возрастает с 9 до 23 об.% в интервале температур 500 - 900 °C, что совпадает с температурным интервалом дегидратации брусита и серпентина. При более высоких температурах среднее значение пористости не меняется и составляет примерно 20 об.%. Характерно, что по внешнему виду образцы с различными типами вмещающей породы

Таблица 1

Химический состав образцов хромовых руд

Результаты исследований

Таблица 2

400    600    800    1000   1200   1400   1600

Рис. 1. Открытая пористость кусковых образцов хромовых руд в зависимости от температуры восстановительного нагрева: О - образцы руды РИ-2; А - образцы руды ВЧ-3

Рис. 2. Образцы руд после нагрева в восстановительных условиях при 1520 °C: а) образец РИ-2; б) образец ВЧ-3

резко отличаются друг от друга, особенно после нагрева до максимальных температур, рис. 2. Продукты термического распада серпентина не плавятся при 1520 °C, поэтому образцы с серпентином (РИ-2) сохраняют свою форму и объем, восстановленный металл выделяется в виде мелких корольков. Продукты термического распада хлорита расплавляются при 1410-1430 °C, в результате образцы с хлоритом (ВЧ-3) испытали некоторую усадку, сформировались крупные пустоты в образцах, в «жидкой» шлаковой фазе восстановленный металл скоагулировался до крупных капель. Однако значения открытой пористости для обоих типов образцов оказались примерно одинаковыми и значительными по величине - пятая часть объема образцов приходится на пустоты.

Таким образом, при нагреве в восстановительных условиях открытая пористость в хромо вых рудах сохраняется, даже при расплавлении нерудной составляющей.