THERMODYNAMIC MODELING REDUCTION OF METALS BY HYDROGENFROM ILMENIITE CONCENTRATE AND EXPERIMENTAL VERIFICATION THE RESULTS
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2024-01-29-37Keywords:
ilmenite, thermodynamic modeling, hydrogen reduction, solid-phase reduction, iron, titanium dioxide, rutile, anosoviteAbstract
It is shown that existing methods of hydrometallurgical and pyrometallurgical processing of ilmenite
concentrates do not meet the requirements of rational environmental management. Pyrometallurgical methods for processing ilmenite concentrates involve the use of carbon as a reducing agent, which complicates the process of their processing due to the possibility of the formation of titanium carbides. As an alternative to carbon as a metal reducing agent, the work proposes the use of hydrogen gas. The results of thermodynamic calculations and experimental studies
and their comparison in the reduction of metals by hydrogen from ilmenite concentrate are presented. The results have discrepancies associated with the kinetics of the processes that are not taken into account in the thermodynamic calculation. According to the results of thermodynamic calculations, part of the iron is bound in complex oxides CaFeSiO4 and FeAl2O4, the formation of which prevents the complete reduction of iron, however, in the experiment it is possible to obtain a higher degree of iron metallization compared to the calculated one. The impossibility of the formation of complex oxides CaFeSiO4 and FeAl2O4 in the experiment can be explained by the location of Ca, Si and Al, which are contained in the concentrate in the form of individual impurity particles of waste rock. Reduction of titanium to metal is impossible according to the results of thermodynamic calculation, but its partial reduction with the formation of oxide to TiO is possible. According to the experimental results, partial reduction of titanium leads to the formation of a new anosovite phase (Ti3O5). Impurity Si and Mn that are found in waste rock particles are not reduced, because their reduction requires the presence of iron-based solution according to the results of thermodynamic calculation.
References
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.
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2024 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
