Аурика Луковкина - Шунгит

Шунгитовый углерод обладает аморфной структурой, устойчив против графитации и сохраняет высокую реакционную способность во всем интервале температур реальных металлургических процессов.

Исключительно благотворное влияние на кинетику и энергетику восстановительных реакций в системе Si – C—O оказывает специфичная структура шунгитовых пород. Структура зажогинского шунгита представляет собой равномерное распределение силикатных минералов с размерностью частиц менее 10 мкм в углеродной матрице. Таким образом, создается тесный и развитый (до 20 м 2/г) контакт между силикатами и углеродом. Это обстоятельство в свою очередь повышает роль твердофазных реакций в восстановительном процессе и создает ряд технологических преимуществ при использовании шунгитов для замены металлургического кокса и кремнеземистого сырья в процессе получения карбида кремния, выплавки кремнистых чугунов и ферросплавов.

Шунгитовая порода обладает высокой механической прочностью (800—1200 кг/см 2), малой истираемостью. Высокая плотность шунгитовой породы (2,2–2,4 т/ м 3) создает предпосылки для более экономичного использования объема печного агрегата при замене ею традиционной углерод-кремнеземной шихты.

Термические и петрографические исследования показали, что при 1250 °Cв шунгитовых породах начинают осуществляться восстановительные процессы, а в интервале 1500–1700 °C интенсивно синтезируется карбид кремния. При 1800 °C убыль массы составляет 57 %, а доля SiC в составе продуктов превышает 80 %.

Эти результаты определили направление промышленных и полупромышленных экспериментов с шунгитовыми породами:

1) в доменной плавке для повышения содержания кремния в чугуне путем загрузки шунгита в доменную печь вместо ферросилиция;

2) в желобных и леточных массах в качестве упрочняющей добавки вместо металлургического кокса и карбида кремния;

3) для выплавки доменных ферросплавов;

4) для выплавки ферросплавов (ферросилиция, силикомарганца, силикокальция, ферросиликохрома и др.) в электропечах;

5) для производства SiC с целью последующей переработки последнего в огнеупорные и химически стойкие конструкционные материалы, а также для использования в качестве наполнителя в огнеупорных массах и в качестве восстановителя.

Промышленное использование шунгита в выплавке литейного чугуна осуществляется на АК «Тулачермет», ОАО «Косогорский металлургический завод». Установлено, что коэффициент замены кокса шунгитом составляет в среднем 1 т/т. Доля кремния шунгита, переходящего в чугун, составляет 88,5 %. С ростом содержания кремния в чугуне коэффициент замены кокса повышается.

При выплавке передельного чугуна оптимальным является расход шунгита в 20 кг на 1 т чугуна, при выплавке литейного чугуна расход шунгита составил до 100 кг на 1 т чугуна.

Коэффициент замены кокса шунгитом при доменной выплавке ферросплавов оценен в среднем 1 т/т. При выплавке силикомарганца в электропечах расход шунгита составил 200 кг на 1 тонну сплава.

Шунгит Зажогинского месторождения – уникальная по составу, структуре и свойствам порода. На 30 % она состоит из шунгитового углерода, не содержащего летучих, и по реакционной способности не уступает коксу. Зольная (минеральная) часть (70 %) состоит из силикатов, в которой SiO2 составляет 85 %.

В пирометаллургии положительную оценку получают следующие свойства шунгита:

1) высокое электросопротивление, что позволяет вести плавку с повышенным углеродом;

2) высокая плотность (2,3–2,4 г/см 3), благодаря чему шунгит глубже погружается в расплав и меньше окисляется кислородом печных газов;

3) шунгит не содержит заметного количества примесей, ухудшающих качество товарного никеля (цинк, свинец, теллур и др.).

В 1980–1981 гг. в Гипроникеле проведены лабораторные и укрупненнолабораторные технологические опыты по использованию шунгитов в качестве восстановителя и флюса, в том числе на шлаках комбината «Печенганикель» с добавкой 20 % штейна.

Укрупненно-лабораторные плавки проводились на печах двух типов – печах с косвенной дугой и печах со шлаковой проводимостью.

Выводы из опытов

1. Применение шунгитовой породы в качестве комплексного восстановителя флюса взамен коксика и кварцита при обеднении конверторных шлаков позволяет повысить извлечение кобальта в обогащенный штейн на 23,7 %, никеля на 5,2 %, меди на 8 % абс.

2. Коэффициент распределения улучшается для кобальта в 4,8 раза, для никеля в 3,3 раза, меди в 1,5 раза.

3. Потери на 1000 кг железа уменьшаются: кобальта в 3,45 раз никеля в 3,25 раз меди в 2 раза.

Шунгиты в энергосбережении

Шунгитовые породы Карелии – высокоэффективное энергосберегающее сырье. Энергосберегающий потенциал породам сообщает уникальное сочетание состава, структуры и свойств. В 1 т породы около 300 кг шунгитового углерода по активности превосходящего кокс. Этот углерод находится в исключительно развитом (до 20 м 2/г) и тесном контакте с кварцем, содержание которого достигает 55 %. Благодаря такому сочетанию шунгитового углерода с кварцем химическая реакция между ними протекает настолько активно, что в термических процессах производства литейного чугуна, ферросплавов, карбида и нитрида кремния, металлургии кобальта и никеля 1 т шунгитовой породы заменяет до 1 т кокса.

Шунгитовая порода обладает высокой электропроводностью, характеризуется высокой механической плотностью и прочностью, отличной адгезией ко всем связующим.

На основе шунгитовых пород созданы электропроводные краски, асфальтобетон, широкая гамма электропроводных и радиоэкранирующих строительных материалов.

Электропроводные шунгитовые краски могут быть использованы для создания инфракрасных нагревателей малой удельной мощности (от 1 до 10 вт/дм 2). Такие нагреватели являются безопасными в пожарном и ожоговом отношении. Специалисты считают, что использование инфракрасного отопления дает большой эффект энергосбережения и значительно снижает эксплуатационные расходы. Главное преимущество инфракрасных обогревателей заключается в прямой передаче тепла всем предметам в зоне облучения и в исключении промежуточных теплоносителей. Повышенная поверхностная температура ограждений способствует уменьшению теплопотерь человека, что позволяет снизить на 2–3 °C расчетную температуру воздуха в отапливаемом помещении.

Инфракрасными шунгитовыми нагревателями могут быть поверхности пола, стен, потолка.

Электропроводные краски могут использоваться для создания антистатических поверхностей.

Электропроводные шунгитовые асфальты могут быть использованы как для обогрева производственных (складских) помещений, так и для создания не покрывающихся льдом площадок на улицах.