blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-11-891-897blackmet-1504Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВPHYSICO-CHEMICAL BASICS OF METALLURGICAL PROCESSESИзменение фазового состава сидеритов Бакальского месторождения при нагревеChanges in phase composition of soderites of the bakal deposit at heatingШешуковО. Ю.SheshukovO. Yu.

Доктор технических наук, главный научный сотрудник лаборатории пирометаллургии черных металлов.

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, д. 101; 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Dr. Sci. (Eng.), Chief Researcher of the Laboratory “Pyrometallurgy of Ferrous Metals".

Ekaterinburg

МихеенковМ. А.MikheenkovM. A.

Старший научный сотрудник лаборатории пирометаллургии черных металлов.

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, д. 101

Senior Researcher of the Laboratory “Pyrometallurgy of Ferrous Metals".

Ekaterinburg

ВязниковаЕ. А.VyaznikovaE. A.

Ведущий инженер лаборатории пирометаллургии черных металлов.

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, д. 101

Senior Engineer of the Laboratory “Pyrometallurgy of Ferrous Metals".

Ekaterinburg

vjaznikova@mail.ruБыковА. С.BykovA. S.

Кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории физической химии металлургических расплавов.

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, д. 101

Cand Sci. (Chem.), Senior Researcher of the Laboratory of Physical Chemistry of Metallurgical Melts.

Ekaterinburg

ВедмидьЛ. Б.Vedmid’L. B.

Кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории статики и кинетики процессов.

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, д. 101

Cand. Sci. (Chem.), Senior Researcher of the Laboratory of Statics and Process Kinetics.

Ekaterinburg

Институт металлургии, УрО РАН; Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияInstitute of Metallurgy, UB RAS; Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian FederationИнститут металлургии УрО РАНРоссияInstitute of Metallurgy, UB RASRussian FederationИнститут металлургии, УрО РАНРоссияInstitute of Metallurgy, UB RASRussian Federation2018241220186111891897Copyright © Шешуков О.Ю., Михеенков М.А., Вязникова Е.А., Быков А.С., Ведмидь Л.Б., 20182018Шешуков О.Ю., Михеенков М.А., Вязникова Е.А., Быков А.С., Ведмидь Л.Б.Sheshukov O.Y., Mikheenkov M.A., Vyaznikova E.A., Bykov A.S., Vedmid’ L.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1504

Приведены результаты исследования механизма образования магнезиоферрита при нагревании сидеритов Бакальского месторождения с различным содержанием оксидов железа в инертной и окислительной атмосфере. Установлено, что при обжиге в инертной атмосфере разложение сидерита с высоким содержанием железа начинается при более низкой температуре и энтальпия такого разложения меньше. Данный эффект объясняется различным фазовым составом образцов. Основными фазами, образующимися в условиях окислительного обжига, являются гематит и магнезиоферрит. Количество образующихся гематита и магнезиоферрита у образцов с различным содержанием оксидов железа при обжиге в окислительной атмосфере различно. У сидеритов с высоким содержанием оксидов железа в продуктах обжига содержится гематита больше, чем магнезиоферита, а у сидеритов с низким содержанием оксидов железа наоборот, в продуктах обжига содержится магнезиоферита больше, чем гематита. Образовавшийся в условиях окислительного обжига магнезиофер-рит является твердым раствором и различается степенью замещения ионов железа ионами магния. У сидеритов с высоким содержанием оксидов железа степень замещения ионами железа ионов магния больше, чем у образцов с низким содержанием оксидов железа. Поскольку сидериты Бакальского месторождения относятся к бедным рудным образованиям, то образующееся в них при обжиге значительное количество магнезиоферрита затрудняет разделение силикатных и железо-оксидных продуктов обжига традиционными методами обогащения. Вюстит в продуктах окислительного обжига не обнаружен, поскольку в данных условиях он находится в метастабильном состоянии и при наличии слабо окислительной атмосферы преобразуется в магнетит. Научной новизной является объяснение механизма разложения сидеритов и описание продуктов такого разложения. Понимание механизма разложения сидеритов Бакальского месторождения позволило разработать технологию их восстановительного обжига, облегчающую разделение полученных продуктов и заключающуюся в регулировании фазового состава силикатных составляющих восстановительного обжига, обеспечивающих распад магнезиоферрита и выход оксидов железа в самостоятельную фазу. Разработанная технология может быть использована для обеспечения качественного обогащения сидеритов Бакальского месторождения.

The article presents the results of a study of formation mechanism of magnesia-ferrite when heated siderites of the Bakal deposit with different iron oxide content in an inert and oxidizing atmosphere. It was established that in the case of firing in an inert atmosphere, the decomposition of siderite with high iron content begins at a lower temperature and the enthalpy of such decomposition is less. This effect can be explained by the different phase composition of the samples. The main phases formed under conditions of oxidative firing are hematite and magnesia-ferrite. The amount of hematite and magnesia-ferrite produced in the samples with different iron oxide content during firing in an oxidizing atmosphere is different. Siderite with high content of iron oxides contains more hematite in the firing products than magnesia-ferrite, and siderite with a low content of iron oxides contains more magnesia-ferrite in the firing products than hematite. Formed under conditions of oxidative firing magnesia-ferrites are solid solutions and differ in the degree of substitution of iron and magnesium ions. In siderites with high content of iron oxides, the degree of substitution of magnesium ions with iron ions is greater than in samples with a low content of iron oxides. Since the siderites of the Bakal deposit are poor ore formations, the considerable amount of magnesia-ferrite formed in them during firing makes it difficult to separate silicate and iron-oxide firing products by traditional enrichment methods. Wustite in the products of oxidative firing is not detected, because under these conditions it is in a metastable state and in the presence of a weakly oxidizing atmosphere is converted into magnetite. The scientific novelty is the explanation of the mechanism of siderite decomposition and the description of products of such decomposition. Understanding of the mechanism of decomposition of siderite from the Bakal deposit made it possible to develop the technology of reductive firing of siderite to facilitate separation of its products, and which consists in the regulation of the phase composition of silicate products of reductive firing, ensuring the collapse of magnesia-ferrite and output of iron oxide in a separate phase. The developed technology can be used to provide high-quality enrichment of siderite from the Bakal deposit.

сидериты Бакальского месторождениядоломитоксид магниямагнезиоферритразложение сидеритакалориметрия и термогравиметриявысокотемпературная рентгенометрияsiderites of the Bakal depositdolomitemagnesium oxidemagnesia-ferritedecomposition of sideritecalorimetry and thermogravimetryhigh-temperature radiometryЦентр  коллективного пользования «Урал-М»Ural-M Collective CenterReferencesПлещенко В.И. Краткий анализ конкурентных сил на рынке металлолома в Российской Федерации // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2015. № 11. С. 64 - 67.Pleshchenko V.I. Short analysis of competitive forces in the Russian market of scrap metal. Chernaya metallurgiya. Byul. in-ta “Chermetinformatsiya”. 2015, no. 11, pp. 64-67. (In Russ.).Юрьев Б.П., Меламуд С.Г., Спирин Н.А., Шацилло В.В. Технологические и теплотехнические основы подготовки сидерито-вых руд к металлургическим переделам. - Екатеринбург: ООО АМК «День РА», 2016. - 428 с.Yur’ev B.P., Melamud S.G., Spirin N.A., Shatsillo V.V. Tekhno-logicheskie i teplotekhnicheskie osnovy podgotovki sideritovykh rud k metallurgicheskim peredelam [Technology and thermotechnical bases of preparation of siderite ores for metallurgical processing]. Ekaterinburg: OOO AMK “Den’ RA”, 2016, 428 p. (In Russ.).Михеенков М.А., Шешуков О.Ю., Вязникова Е.А., Овчинникова Л.А. Новая технология переработки Бакальских сидеритов с получением железосодержащих материалов // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2016. № 6. С. 39 - 42.Mikheenkov M.A., Sheshukov O.Yu., Vyaznikova E.A., Ovchinnikova L.A. New technology of processing of the Bakal siderites with receiving ferrous materials. Chernaya metallurgiya. Byul. in-ta “Chermetinformatsiya”. 2016, no. 6, pp. 39-42. (In Russ.).Жунев А.Г., Юрьев Б.П., Бланк М.Э. Интенсификация процессов обжига и агломерации сидеритовых руд // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 1988. № 3. С. 2 - 13.Zhunev A.G., Yur’ev B.P., Blank M.E. Intensification of processes of firing and agglomeration of siderite ores. Chernaya metallurgiya. Byul. in-ta “Chermetinformatsiya”. 1988, no. 3, pp. 2-13. (In Russ.).Остапенко П.Е. Обогащение железных руд . - М.: Недра, 1977. - 272 с.Ostapenko P.E. Obogashchenie zheleznykh rud [Iron ore enrichment]. Moscow: Nedra, 1977, 272 p. (In Russ.).Тимесков В.А. Минералогия карбонатных руд и вмещающих их карбонатных пород Бакальского железорудного месторождения на Южном Урале. - Казань: Казанский университет, 1963. - 214 с.Timeskov V.A. Mineralogiya karbonatnykh rud i vmeshchayu-shchikh ikh karbonatnykh porod Bakal ’skogo zhelezorudnogo mes-torozhdeniya na Yuzhnom Urale [Mineralogy of carbonate ores and containing them carbonate rocks of the Bakal deposit in South Ural]. Kazan: Kazanskii universitet, 1963, 214 p. (In Russ.).Яницкий Я.Л., Сергеев О.П. Бакальские железорудные месторождения и их генезис. - М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 111 с.Yanitskii Ya.L., Sergeev O.P. Bakal’skie zhelezorudnye mesto-rozhdeniya i ikh genesis [Bakal iron ore deposits and their genesis]. Moscow: izd-vo AN SSSR, 1962, 111 p. (In Russ.).Бигеев В.А., Колесников Ю.А., Сергеев Д.С. Состояние и перспективы использования сидеритовых руд бакальского месторождения в черной металлургии // Теория и технология металлургического производства. 2013. № 1(13). С. 6 - 8.Bigeev V.A., Kolesnikov Yu.A., Sergeev D.S. State and perspectives of the use of siderite ores of the Bakal deposite in ferrous metallurgy. Teoriya i tekhnologiya metallurgicheskogo proizvodstva. 2013, no. 1(13), pp. 6-8. (In Russ.).Вусихис А.С., Гуляков В.С., Кудинов Д.З. Анализ эффективности использования бакальских сидеритов в металлургических процессах // Металлургические процессы и оборудование. 2013. № 2. С. 16 - 24.Vusikhis A.S., Gulyakov V.S., Kudinov D.Z. Analysis of the efficiency of the Bakal siderites in metallurgical processes. Metal-lurgicheskie protsessy i oborudovanie. 2013, no. 2, pp. 16-24. (In Russ.).Крупенин М.Т. Условия формирования сидеритоносной ба-кальской свиты нижнего рифея (Южный Урал). - Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 1999. - 257 с.Krupenin M.T. Usloviya formirovaniya sideritonosnoi bakal’skoi svity nizhnego rifeya (Yuzhnyi Ural) [Conditions for the formation of siderionous Bakal suite of the Lower Riphean (South Urals)]. Ekaterinburg: IGG UrO RAN, 1999, 257 p. (In Russ.).Пирометаллургическая переработка комплексных руд // Л.И. Леонтьев, И.А. Ватолин, С.В. Шаврин, И.С. Шумаков. - М.: Металлургия, 1997. - 432 с.Leont’ev L.I., Vatolin I.A., Shavrin S.V., Shumakov I.S. Piro-metallurgicheskaya pererabotka kompleksnykh rud [Pyrometallur-gical processing of complex ores]. Moscow: Metallurgiya, 1997, 432 p. (In Russ.).Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Кудинов Д.З., Шешуков О.Ю. Анализ современных методов переработки сидеритовых руд // Вестник МГТУ им. Носова. 2011. № 3. С. 49 - 52.Vusikhis A.S., Leont’ev L.I., Kudinov D.Z., Sheshukov O.Yu. Analysis of modern processing methods of siderite ores. Vestnik MGTU im. Nosova. 2011, no. 3, pp. 49-52. (In Russ.).Бессмертных А.С., Бигеев В.А., Клочковский С.П. и др. Комплексная переработка сидеритовых руд с высоким содержанием оксида магния // VIII Конгресс обогатителей стран СНГ: Сб. материалов. Т.1. - М.: МИСиС, 2011. С. 70 - 72.Bessmertnykh A.S., Bigeev V.A., Klochkovskii S.P. etc. Complex processing of siderite ores with a high content of magnesium oxide. In: VIII Kongress obogatitelei stran SNG: sb. materialov. T. 1 [8th Congress of Dressers of the CIS Countries: Collection of materials]. Moscow: MISiS, 2011, pp. 70-72. (In Russ.).Шешуков О.Ю., Михеенков М.А., Вязникова Е.А. и др. Изучение механизма образования магнезиоферрита при нагреве сидеритов бакальского месторождения // Тр. Конгресса с ме-ждунар. участием и конф. молодых ученых: Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований. - Екатеринбург: УрО РАН, 2017. С. 88 - 91.Sheshukov O.Yu., Mikheenkov M.A., Vyaznikova E.A., Bykov A.S., Vedmid’ L.B. Study of the formation mechanism of the magnesia-ferrite when heating siderites of the Bakal deposit. In: Trudy Kongressa s mezhdun. uch. i konf molodykh uchenykh: Fundamental’nye issle-dovaniya i prikladnye razrabotki protsessov pererabotki i utilizatsii tekhnogennykh obrazovanii [Works of the Congress with the Int. Participation and Conference of Young Scientists “Basic Researches and Applied Developments of Processing and Utilization of Technogenic Wastes”]. Ekaterinburg: UrO RAN, 2017, pp. 88-91. (In Russ.).Меламуд С.Г., Шацилло В.В., Дудчук И.А. и др. Разработка технологии обогащения металлизованной сидеритовой руды с получением концентрата для выплавки электростали // Сталь. 2011. № 6. С. 9.Melamud S.G., Shatsillo V.V., Dudchuk I.A., Mushketov A.A., Bratygin E.V., Yur’ev B.P. Enrichment of reduced siderite ore to produce concentrate for electrosteel smelting. Steel in Translation. 2011, vol. 41, no. 6, p. 492-498.Меламуд С.Г., Шацилло В.В., Загайнов С.А. Результаты внедрения технологии окислительно- восстановительного обжига бакальских сидеритов для получения новых видов сырья для доменного и сталеплавильного производства // Проблемы и перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаметальных исследований и НИОКР. Т. 1. - Екатеринбург: УрО РАН, 2011. С. 182 - 187.Melamud S.G., Shatsillo V.V., Zagainov S.A. Results of implementation of technology of oxidizing recovery firing of the Bakal siderites for receiving new types of raw materials for blast-furnace and steel-smelting production. In: Problemy i perspektivy razvitiya metallurgii i mashinostroeniya s ispol’zovaniem zavershennykh fundametal’nykh issledovanii iNIOKR. T. 1 [Problems and perspectives of development of metallurgy and mechanical engineering with the use of completed fundamental research works and RTD. Vol. 1]. Ekaterinburg: UrO RAN, 2011, pp. 182-187. (In Russ.).Бигеев В.А., Колесников Ю.А. Прогнозирование технологических параметров выплавки стали в конвертере с использованием сидерита // Теория и технология металлургического производства. 2001. № 11. С. 30 - 36.Bigeev V.A., Kolesnikov Yu.A. Forecasting of technological parameters of converter smelting with siderite use. Teoriya i tekhnolo-giya metallurgicheskogo proizvodstva. 2001, no. 11, pp. 30-36. (In Russ.).Колесников Ю.А., Буданов Б.А., Сергеев Д.С. Анализ технологических параметров выплавки стали в конвертере с использованием сидеритовой железной руды // Теория и технология металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. / Под ред. В.М. Колокольцева. - Магнитогорск: МГТУ им. Носова, 2014. Вып. 12. С. 32 - 37.Kolesnikov Yu.A., Budanov B.A., Sergeev D.S. Analysis of technological parameters of converter smelting with the use of siderite iron ore. In: Teoriya i tekhnologiya metallurgicheskogo proizvod-stva: mezhregion. sb. nauch. tr. [Theory and technology of metallurgical production: the interregional collection of scientific works]. Kolokol’tsev V.M. ed. Magnitogorsk: MGTU im. Nosova. 2014, Issue 12, pp. 32-37. (In Russ.).Клочковский С.П., Смирнов А.Н., Савченко И.А. Разработка физико-химических основ комплексного использования высокомагнезиальных сидеритов // Вестник МГТУ им. Носова. 2015. № 1. С. 26 - 31.Klochkovskii S.P., Smirnov A.N., Savchenko I.A. Development of physical and chemical bases of complex use of high-magnesia side-rites. Vestnik MGTU im. Nosova. 2015, no. 1, pp. 26-31. (In Russ.).Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. К.П. Мищенко, А.А. Равделя. - Л.: Химия, Ленинградское отделение, 1967. - 184 с.Kratkii spravochnik fiziko-khimicheskikh velichin [Short reference book of physical and chemical sizes]. Mishchenko K.P., Rav-del’ A.A. eds. Leningrad: Khimiya, 1967, 184 p. (In Russ.).Luo Y.H., Zhu D.Q., Pan J., Zhou X.L. Thermal decomposition behavior and kinetics of Xinjiang siderite ore // Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2016. Vol. 15. No. 1. P. 17 - 25.Luo Y.H., Zhu D.Q., Pan J., Zhou X.L. Thermal decomposition behavior and kinetics of Xinjiang siderite ore. Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2016, vol. 15, no. 1, pp. 17-25.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.