ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ СЕЛЕКТИВНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВОДОРОДА

Abstract

В настоящее время применение водорода в черной металлургии рассматривается с нескольких позиций. Во-первых, частичная или полная замена углерода на водород снижает выбросы парникового газа СО₂. Во-вторых, из-за разного химического сродства к кислороду появляется возможность селективного (избирательного) извлечения компонентов из сложных комплексных руд и техногенных материалов. В-третьих, отсутствие углерода в реакционной зоне позволит получить металл с низким содержанием карбидов, что во многих случаях увеличивает востребованность продукта. С использованием программного комплекса ТЕРРА поведены термодинамические расчеты многокомпонентной оксидной системы (Ni, Fe, P, Zn, Mn, V, Cr, O) в присутствии разных восстановителей: углерода, водорода, а также рассмотрено их совместное воздействие. Показано, что тип восстановителя оказывает влияние на температуру начала восстановления металлов и на степень их металлизации. Таким образом, подбирая тип восстановителя, его количество и температуру процесса, можно селективно извлекать одни металлы, а другие оставлять в окисленном состоянии. В лабораторных испытаниях использован ильменитовый концентрат в виде брикета. Проведен анализ процесса восстановления железа при использовании углерода либо водорода в качестве восстановителя. В сравнении с результатами, полученными при использовании углерода, кинетика восстановления железа водородом выше. При этом восстановление протекает с образованием металлического железа, рутила (TiO₂) и остаточного ильменита. Тогда как при карботермическом процессе, протекающем при более высоких температурах (1000–1300 ℃), продуктами восстановления являются железо и дититанат железа (FeTi₂O₅). Кроме того, важным преимуществом селективного восстановления газом является возможность последующего разделения металлической и оксидных фаз плавлением без опасения вторичного восстановления за счет остатков твердого углерода.