ENERGY CONSUMPTION IN THE SELECTIVE REDUCTION OF IRON FROM ILMENITE CONCENTRATE
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2024-7-54-60Keywords:
ilmenite, carbothermic reduction, hydrogen reduction, solid phase reduction, iron, titanium dioxide, rutile, anosoviteAbstract
The main pyrometallurgical methods are single–stage electric melting and a two-stage method according to the “tubular furnace – melting unit” scheme. Both processing schemes involve the use of carbon as a reducing agent, which in turn leads to the formation of iron metal products and titanium oxide concentrate based on anosovite – Ti3O5. Reducing firing of ilmenite concentrate allows selectively reducing iron from ilmenite concentrate with both carbon and hydrogen to produce soft iron and a concentrate of titanium oxides with a rutile – TiO2 structure. It is shown that the process of carbothermic reduction of iron from ilmenite at a temperature of 1300 ℃ proceeds by the reaction: 3FeTiO3 + + 4C = 3Fe + Ti3O5 + 4CO. At a temperature of 900 ℃, the reduction of iron from ilmenite with carbon and hydrogen proceeds by the reactions: FeTiO3 + C = Fe + TiO2 + CO, FeTiO3 + H2 = Fe + TiO2 + H2O. The results of calculating energy costs for carbothermic reduction reactions at 1300 and 900 ℃ and hydrogen at 900 ℃ are presented. According to the calculation results, the lowest amount of costs is fixed when reducing iron with hydrogen at a temperature of 900 ℃ and amounts to 215.81 kJ. At the same temperature and carbon reduction, the total energy consumption is 341.29 kJ. The total energy consumption for the reaction of ilmenite with carbon at a temperature of 1300 ℃ is 484.51 kJ. When comparing the calculation results, it was found that the reduction of iron with hydrogen at a temperature of 900 ℃ is 1.58 times less expensive than carbothermic reduction at the same temperature, and 2.25 times than carbothermic reduction at a temperature of 1300 ℃. Carbothermic reduction of iron at a temperature of 1300 ℃ requires even greater energy consumption due to heating the charge to a higher temperature and partial reduction of titanium to a lower oxide – Ti3O5 anosovite.
References
Косырев К. Л., Еланский Д. Г., Бараненко М. А. Итоги XVI Международного конгресса сталеплавильщиков // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2021. Т. 77. № 8. С. 869–875. DOI: 10.32339/0135-5910-2021-8-869-875.
Григорович К. В. Металлургия XXI века: вызовы и задачи модернизации отрасли в РФ // Физико-химические основы металлургических процессов (ФХОМП 2022). 2022. С. 37–44.
Seftejani N. M., Schenk J. Thermodynamic of liquid iron ore reduction by hydrogen thermal plasma // Metals. 2018. 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.
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. T. 79. № 2. C. 144–153. DOI: 10.32339/0135-5910-2023-2-144-153.
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, 1975. — 536 с.
Уткин Н. И. Производство цветных металлов. — М.: Интермет Инжиниринг, 2004. — 442 с.
Садыхов Г. Б. Фундаментальные проблемы и перспективы использования титанового сырья в России // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 3-4. С. 178–194. DOI: 10.17073/0368-0797-2020-3-4-178-194.
Стариков А. И., Ведешкин М. В., Монетов Г. В. Мировой и отечественный опыт переработки титансодержащего железорудного сырья // Проблемы комплексной переработки титаномагнетитов Южного Урала. — Магнитогорск: Магнитогорский дом печати. 2001. С. 35–47.
Смирнов К. И., Гамов П. А., Самолин В. С., Рощин В. Е. Селективное восстановление железа из ильменитового концентрата // Черные металлы. 2024. № 6. С. 10–16.
Кубашевский О., Олкокк К. Б. Металлургическая термохимия. — М.: Металлургия, 1982. — 392 с.
Downloads
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.
