Ферросферы

Высокожелезистые микросферы до сих пор не имеют устоявшегося общепринятого названия. Их именуют магнетитом, магнетитовыми шариками, магнитными шариками, магнитными микросферами, магнетитовыми микросферами (сокращенно ММ), «оплавленными шариками», «оплавленным магнетитовым гранулятом», а также ферросферами (рис. 4.3.5.1). Последний термин представляется наиболее точным. Ферросферы встречаются в составе зол-уноса практически повсеместно, их суммарное содержание намного превосходит концентрацию силикатных микросфср и может достигать 10 мае. %.

Появление капель высокожелезистых жидкостей и эволюция их фазового состава - процессы более сложные, чем те, в ходе которых возникают силикатные микросфсры. Плавление железосодержащих минеральных примесей в углях (прежде всего карбонатов, в меньшей мерс гидрослюд, хлоритов, пирита, марказита), а также гуматных соединений - только первый шаг в цепи термических преобразований. Вещество будущей микросферы, находясь в расплавленном состоянии, мгновенно реагирует на смену температуры и окислительно-восстановительных параметров среды. Отражением этого является широкая изменчивость морфологии, фазового и химического состава ММ.

В отличие от полых силикатных микросфер, основной объем ферросфер раскристаллизован. В их составе преобладают ферришпинели- ды, ферриты Mg, Са и Мп, реже присутствуют гематит, маггемит, вюс- тит и пирротин. Особенность минеральных индивидов фсрросфер - закономерный характер их срастаний, представляющих собой агрегаты дендритных или скелетных кристаллов. Остаточные расплавы закаливаются в разнообразные стекла.

Магнетитовые микрошарики под микроскопом (отражённый свет) (Кизильштейн и др., 1995)

Рис. 4.3.5.1. Магнетитовые микрошарики под микроскопом (отражённый свет) (Кизильштейн и др., 1995)

О фазовом составе и внутреннем строении фсрросфер на сегодняшний день известно немного, отсутствует и согласованная концепция их формирования. Практическую ценность данного продукта определяет сферическая форма глобул, присутствие ферришпинелидов и морфологические особенности дендритных и скелетных сростков. Однако материалы на основе ферросфер прошли пока только опытное тестирование.

Потенциальные направления промышленного использования маг- нетитовых микросфер определяют их фазовый состав, сферическая форма и особенности внутренней морфологии. В общем случае они могут быть утилизированы как специфический железорудный концентрат, причем природно-легированный. Сферическая форма позволяет использовать магнитные шарики в качестве наполнителей разнообразных композиционных материалов. Фракция ММ потенциально может служить заменителем железных агломерационных руд в металлургических процессах получения чугуна и ферросплавов (Кизильштейн и др., 1995; Природа..., 2001).

Топкие исследования состава и морфологии индивидуальных фаз выполнены для ферросфер из зол-уноса канско-ачинских, кузнецких (Фоменко, 1998; Аншиц и др., 1999) и челябинских углей (Природа..., 2001). При написании обзора использована также информация (Кизильштейн и др., 1995; Ram et al., 1995; Vassilev, Vassileva, 1996).

Абсолютное большинство ММ имеют форму, близкую к идеальной сфере. Отклонение от этой формы, а также образование агрегатов, подобных силикатным сфероидам, наблюдается лишь в тех случаях, когда в составе глобул доминирует стекло, а магнитная фаза представляет собой лишь тонкую вкрапленность рудных минералов. Характер поверхности микросфер обусловливает морфология рудных минералов и их агрегатов, поскольку кристаллиты всегда возвышаются над стеклом. В случае присутствия крупных (10...25 мкм) индивидов ферришпине- лидов поверхность микросфер приобретает отчетливый блочный характер (рис. 4.3.5.2). Очертания блоков определяют габитусные грани шпи- нелидов: для октаэдрических кристаллов - это треугольники, для кубических - квадраты, для кубооктаэдров - разнообразные правильные многоугольники. Скульптура граней дополнительно усложняет рельеф поверхности микросферы. Тонкие дендритные сростки шпинелидов формируют совершенно иной рисунок поверхности, где отдельные грани практически неразличимы (рис. 4.3.5.3). А.Г. Аншиц с соавторами (1999) на основании изучения нескольких серий ферросфер, извлеченных из зол ТЭЦ с различными режимами сжигания топлива, пришли к заключению, что рельеф поверхности микросфер и размер кристаллитов зависят от температуры обжига и длительности термического воздействия.

Механизм образования ферросфер. Л.Я. Кизильштейн с соавторами (1991; 1995) полагают, что на образование ММ мобилизуется практически все железо, находящееся в виде различных минеральных и ор- ганоминсральных соединений в составе углей. Взяв за основу реакции окисления пирита, они приходят к заключению, что при температуре выше 1000 °С в зольном материале возникают «магнетит-силикатные эвтектики сложного фазового состава». Продуктом обжига сидерита при Т = 700...900 °С назван вюстит, который при дальнейшем нагревании окисляется до магнетита и даже гематита. При этом допускается восстановление железа до самородного в случае прохождения частиц через ядсрную зону факела. Образование ферросфср рассматривается как следствие дробления расплава на мельчайшие капли, приобретающие в газовом потоке сферическую форму под действием сил поверхностного натяжения. Снижение температуры при перемещении магнети- товых микрошариков золы-уноса по газовому тракту ТЭС приводит к кристаллизации микросфер и образованию разнообразных твердых эвтектических композиций в соответствии с фазовым составом каждой капли (Кизильштсйн и др., 1995).

Ферросфера из золы-уноса Южно-Уральской ГРЭС (Природа..., 2001)

Рис. 4.3.5.2. Ферросфера из золы-уноса Южно-Уральской ГРЭС (Природа..., 2001)

Тонко кристаллический дендрит железистых шпинелидов, выполняющий основной объем ферросферы. Зола-уноса Аргаяшской ТЭЦ (Природа..., 2001)

Рис. 4.3.5.3. Тонко кристаллический дендрит железистых шпинелидов, выполняющий основной объем ферросферы. Зола-уноса Аргаяшской ТЭЦ (Природа..., 2001)

По мнению Э.В. Сокол с соавторами (2001), для зольного материала, перемещающегося в горячем газовом потоке, характерны значительные химические и фазовые неоднородности.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >