ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ВОДОРОДОМ ИЗ ИЛЬМЕНИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2024-01-29-37Ключевые слова:
ильменит, термодинамическое моделирование, восстановление водородом, твердофазное восстановление, железо, диоксид титана, рутил, аносовитАннотация
Показано, что существующие способы гидро- и пирометаллургической переработки ильменитовых концентратов не отвечают требованиям рационального природопользования. Пирометаллургические способы переработки ильменитовых концентратов предполагают использование углерода в качестве восстановителя, что усложняет процесс их переработки ввиду возможности образования карбидов титана. Как альтернатива углероду в качестве восстановителя металлов в работе предложено использовать газообразный водород. Представлены результаты термодинамического расчета и экспериментального исследования и их сравнение при восстановлении металлов водородом из ильменитового концентрата. Полученные результаты имеют расхождения, связанные с кинетикой протекания процессов, которые не учитываются при термодинамическом расчете. По результатам термодинамического расчета часть железа связывается в комплексные оксиды CaFeSiO4 и FeAl2O4, образование которых препятствует полному восстановлению железа, однако в эксперименте удалось получить более высокую степень металлизации железа по сравнению с расчетной. Невозможность образования комплексных оксидов CaFeSiO4 и FeAl2O4 в эксперименте можно объяснить месторасположением Ca, Si и Al, которые содержатся в концентрате в виде отдельных примесных частиц пустой породы. Восстановление титана до металла невозможно по результатам термодинамического расчета, однако возможно его частичное восстановление c образованием оксида до TiO. По результатам эксперимента частичное восстановление титана приводит к образованию новой фазы — аносовита (Ti3O5). Примесные Si и Mn, которые находятся в частицах пустой породы, не восстанавливаются, так как для их восстановления по результатам термодинамического расчета требуется наличие раствора на основе железа.
Библиографические ссылки
Леонтьев Л. И., Волков А. И. Состояние и развитие минерально-сырьевой базы и продукции металлургии
для обеспечения импортонезависимости России // Физико-химические основы металлургических процессов (ФХОМП 2022). 2022. С. 18‒36.
Гудима Н. В., Шейн Я. П. Краткий справочник по металлургии цветных металлов. — М.: Металлургия,
— 536 с.
Уткин Н. И. Производство цветных металлов. — М.: Интермет Инжиниринг, 2004. — 442 с.
Леонтьев Л. И., Ватолин Н. А., Шаврин С. В., Шумаков Н. С. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. — М.: Металлургия, 1997. — 432 с.
Панишев Н. В., Бигеев В. А. Переработка комплексных руд Южного Урала глубокой металлизацией //
Теория и технология металлургического производства. 2016. Т. 19. № 2. C. 68‒70.
Рощин А. В., Грибанов В. П., Асанов А. В. Селективное восстановление и пирометаллургическое разделение металлов титаномагнетитовых руд // Вестник Южно-Уральского государственного университета.
Серия «Металлургия». 2006. Т. 65. № 10. С. 49–55.
Akhmetov K. T., Roshchin V. E. Solid phase reduction of iron and chromium in the crystal lattice of ferrihrompikotit
// The thirteenth International Ferroalloys Congress. Kazakhstan, Almaty. 2013. С. 527‒534.
Косдаулетов Н., Мухамбетгалиев Е. К., Рощин В. Е. Разделение компонентов железомарганцевой руды
бесконтактным и контактным карботермическим восстановлением // Известия вузов. Черная металлургия. 2021. Т. 64. № 10. С. 761‒767.
Сулеймен Б., Салихов С. П., Шарипов Ф. Ш., Рощин В. Е. Селективное твердофазное восстановление железа
в фосфористых оолитовых рудах // Известия вузов. Черная металлургия. 2023. Т. 66. № 4. С. 479‒484.
Салихов С. П., Рощин А. В., Рощин В. Е. Теоретические основы пирометаллургической переработки сидероплезитовой руды // Черные металлы. 2018. № 8. С. 13‒18.
Садыхов Г. Б. Фундаментальные проблемы и перспективы использования титанового сырья в России //
Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 3‒4. С. 178‒194.
Рощин В. Е., Рощин А. В., Кузнецов Ю. С., Гойхенберг Ю. Н. Технологические и материаловедческие
аспекты перехода в черной металлургии на безуглеродные процессы // Черные металлы. 2021. № 11.
С. 10‒16. DOI: 10.17580/chm.2021.11.02.
Рощин В. Е., Гамов П. А., Рощин А. В., Салихов С. П. Перспективы освоения водородных технологий в
отечественной металлургии // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2023. Т. 79. № 2. C. 144‒153.
Seftejani N. M., Schenk J. Thermodynamic of liquid iron ore reduction by hydrogen thermal plasma // Metals.
V. 8. № 12. 1051.
Spreitzer D., Schenk J. Reduction of iron oxides with hydrogen—a review // Steel Research International. 2019.
V. 90. № 10. 1900108.
John D. H. S., Hayes P. C. Microstructural features produced by the reduction of wustite in H2/H2O gas mixtures
// Metallurgical Transactions B. 1982. V. 13. P. 117‒124.
Matthew S. P., Cho T. R., Hayes P. C. Mechanisms of porous iron growth on wustite and magnetite during gaseous
reduction // Metallurgical Transactions B. 1990. V. 21. P. 733‒741.
Matthew S. P., Hayes P. C. Microstructural changes occurring during the gaseous reduction of magnetite //
Metallurgical Transactions B. 1990. V. 21. P. 153‒172.
Matthew S. P., Hayes P. C. In situ observations of the gaseous reduction of magnetite // Metallurgical Transactions B. 1990. V. 21. P. 141‒151.
Farren M., Matthew S. P., Hayes P. C. Reduction of solid wustite in H2/H2O/CO/CO2 gas mixtures // Metallurgical
Transactions B. 1990. V. 21. P. 135‒139.
Кубашевский О., Олкокк К. Б. Металлургическая термохимия. — М.: Металлургия, 1982. — 392 с.
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
