Шихтовые материалы выплавки ферробора

Ферробор марок ФБ-2 и ФБ-3 получают с использованием боратовой руды, вторичных сортов алюминия и железной окалины. Химический состав боратовой руды следующий: 8—20% B2O3; 1,5—10% SiO2; 15—25% CaO; 10—30% MgO; 2—5% FeO; 2—6% Na2O; 2—4% С; 5—10% S; 13—20% H2O.

Из приведенных данных следует, что боратовая руда содержит большое количество не только кристаллизационной воды, но и большое количество углерода и серы. Изучение минералогического состава руды показало, что эти примеси входят в рудные (гидроборацит CaMgB6O11*6H2O, ашарит Mg2B2O5*H2O и углексит NaCaB2О9*8Н2О) и нерудные (двух- и полуводный сульфат кальция CaSO4*2Н2О и CaSO4*0,5Н2О, доломит CaMgCO3 и гидросиликат магния 2MgО*3SiО2*2H2О) минералы.

Боратовую руду перед плавкой подвергают высокотемпературному обжигу с целью удаления кристаллизационной воды. Выход металла и технико-экономические показатели процесса в значительной степени определяются качеством обжига боратовой руды. Например, если при 19% влаги в руде извлечение бора не превышает 30% при расходе алюминия 1500 кг/т сплава, то снижение содержания влаги до 0,45% повышает извлечение бора до 69% и уменьшает расход алюминия почти в три раза (рис. 163).

Вследствие испарения окиси бора и механических потерь в процессе обжига боратовой руды теряется до 17% бора. При обжиге наряду с удалением влаги несколько снижается содержание углерода, содержание серы в руде практически не меняется.

Анализ расхода алюминия на восстановление отдельных составляющих боратовой руды показывает, что значительная часть его идет на связывание кислорода сульфатов кальция. В процессе плавкипримерно 30% сульфатов диссоциирует, а остальные

взаимодействуют с алюминием. Полное разложение сульфатов руды перед плавкой является одним из путей снижения расхода алюминия при производстве ферробора из боратовой руды и повышения качества металла. Для этого требуется нагревать руду до высокой температуры, вплоть до ее расплавления.

Опыты по десульфурации боратовой руды путем расплавления проводили в промышленной печи с трансформатором мощностью 1000кВА.

Химический состав сырой (А) и обожженной (Б) боратовой руды при проплавлении в электропечи изменился следующим образом, % (числитель — до проплавления, знаменатель — после):

Минералогический анализ плавленой боратовой руды показал, что она состоит на 50% (объемн.) из стекла, а также из двухкальциевого (2СаО*В2О3) и трехмагниевого (3MgO*B2O3) диборатов. Сульфаты кальция в ней не обнаружены.

Потери бора при проплавлении сырой и обожженной руды были практически одинаковыми и по отдельным опытам изменялись в пределах 4,3—6%, что значительно ниже, чем при обжиге руды.

Отработка технологии получения ферробора из плавленой руды показала, что сквозное извлечение бора получается на 15% выше, а расход алюминия на базовую тонну сплава на 150 кг ниже, чем при использовании обожженной руды. Экономия руды и алюминия полностью перекрывает дополнительный расход электроэнергии (400 кВт*ч) на плавление боратовой руды.

С целью уменьшения себестоимости сплава в качестве восстановителя при выплавке ферробора марок ФБ-2 и ФБ-3 используют не алюминиевый порошок, а вторичную алюминиевую стружку, являющуюся отходом при резании металла (5% Si; 0,1% С; 0,01% S; 7% Cu; следы Р). Железная окалина, используемая для получения этих марок ферробора, содержит до 1,2% Si; 0,2% С; 0,02% S; 0,03% P и 0,12% Cu.

В качестве шихтовых материалов выплавки ферробора высших марок (ФБ-0 и ФБ-1) используют борную кислоту или борный ангидрид (95% B2O3; 0,2% SiO2; 0,1% С; следы P и Cu), порошок первичного алюминия (0,4% Fe; 0,4% Si; 0,01% Cu), свежеобожженную молотую известь (1,8% SiO2; 1,0% С; 0,015% P и 0,003% Cu) и железную руду класса 10 (4,2% SiO2; 0,1% С; 0,012% Р; 0,004% Cu).

С целью расширения сырьевой базы, а также снижений себестоимости производства ферробора исследовалась возможность применения в качестве основного материала боратов кальция и натрия, а также буры.