blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-1-8-14blackmet-1558Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESИССЛЕДОВАНИЕ ШЛАКОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ АРМЕНИИ ПРИ ТОНКОМ ИЗМЕЛЬЧЕНИИSLAGS OF THE METALLURGICAL PLANTS OF ARMENIA AT FINE GRINDINGМартиросянВ. А.MartirosyanV. A.

д.т.н., профессор 

0009, Ереван, ул. Теряна, 105

Dr. Sci. (Eng.), Professor

v.a.martirosyan@mail.ruСасунцянМ. Э.SasuntsyanM. E.

к.т.н., доцент 

0009, Ереван, ул. Теряна, 105

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor

msasuntsyan@mail.ruНациональный политехнический университет АрменииАрменияNational Polytechnic University of Armenia (NPUA)Armenia201922022019621814Copyright © Мартиросян В.А., Сасунцян М.Э., 20192019Мартиросян В.А., Сасунцян М.Э.Martirosyan V.A., Sasuntsyan M.E.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/1558

В связи с развитием в Армении производства меди и молибдена возникает необхօдимость создания технологий переработки полученных шлаков действующих металлургических заводов с извлечением из них ценных металлов. Это касается медных шлаков Алавердийского медеплавильного завода с содержанием FeO ~ 50 % и молибденовых шлаков Ереванского завода «Чистое железо» с содержанием SiO2 ~80 %. Эти шлаки получаются при высоких температурах (с получением FeO·SiO2 , CaO·SiO2 , Fe3 O4 ) и, следовательно, они малоактивны для дальнейшего их использования. Между тем указанные шлаки богаты оксидами железа и кремния и могут служить дешевым сырьем для получения силицидов железа. Силициды железа могут использоваться в микро- и наноэлектронике, а также в металлургии в  качестве легирующей добавки в производстве сталей со специальными физико-химическими свойствами. Получение столь ценных силицидов из дешевого сырья актуально для Армении и имеет не только экономическое, но и экологическое значение. Для получения силицидов железа предлагается метод совместного алюминотермического восстановления предварительно механоактивированных медных и молибденовых шлаков. Предварительная механоактивация позволяет целенаправленно влиять на структуру реакционной смеси и  параметры самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, обеспечивая тем самым возможность регулирования структуры и  фазового состава синтезируемых силицидов. В работе обсуждаются вопросы влияния превращения и фазообразования на морфологию шлаков медного и молибденового производств действующих металлургических заводов Армении при механохимической активации методом тонкого измельчения в вибромельнице. Показано, что при тонком измельчении (до −10 мкм) шлаки, содержащие сложные малореакционноспособные соединения железа и кремния (фаялит, магнетит и кварцит), подвергаются глубоким химическим изменениям, превращаясь в  аморфные оксиды. Полученные активированные оксиды могут служить сырьем для получения железо- и кремнийсодержащих сплавов – силицидов железа.

In connection with the development of copper and molybdenum production in Armenia, it becomes necessary to develop a technology for processing the slags of the functioning metallurgical plants to extract valuable metals from these slags. It concerns the copper slags of Alaverdi Copper-Smelting Plant with a content of FeO ~50  % and the molybdenum slags of Yerevan “Pure Iron” Plant with a content of SiO2 ~80  %. These slags are obtained at high temperatures (with FeO·SiO2 , CaO·SiO2 , Fe3 O4 ) and, therefore, they are less active to be used later. Meanwhile, the mentioned slags are rich in iron and silicon oxides and can serve as a cheap raw material for producing iron silicides. The iron silicides can be used in micro- and nanoelectronics, as well as in metallurgy as an alloying additive in the production of steels of special physical and chemical properties. The production of such valuable silicides from an inexpensive raw material is important for Republic of Armenia and is of not only economic, but also ecological significance. To obtain iron silicides, a method of combined aluminothermal reduction of primarily mechanoactivated copper and molybdenum slags is proposed. The preliminary mechanoactivation allows to purposefully affect the structure of the reaction mixture and parameters of the self-propagating high-temperature synthesis (SHS), thus ensuring the possibility of regulating the structure and phase composition of the synthesized silicides. This work considers issues on the impact of transformation and phase formation on the morphology of slags of copper and molybdenum production in the functioning Armenian metallurgical plants at mechanochemical activation by the method of fine grinding in a vibromill. It is shown that at fine grinding (up to 10  mcm), the slags, containing small-reactivity complex compounds of iron and silicon (fayalite, magnetite, quarzite) undergo profound chemical changes, transforming into amorphous oxides. The obtained activated oxides can serve as a raw material for producing iron- and silicon-containing alloys – iron silicides.

шлаки металлургических заводовпревращениемеханохимическая активацияфазообразованиеизмельчениежелезокремнийферросилицийslags of metallurgical plantstransformationsmechanochemical activationphase formationgrindingironsiliconferrosiliconИсследование выполнено при финансовой поддержке ГКН МОН РА в рамках Армяно-Белօрусского совместного научного проекта № 13 РБ - 049. Экспериментальные данные получены в Белорусском государственном научно-производственном объединении порошковой металлургии.The study was financially supported by the State Committee on Science and Education of the Ministry of Education and Science of the Republic of Armenia in the framework of the ArmenianBelօrusian joint scientific project No. 13 RB – 049. Experimental data were obtained in the Belarusian State Research and Production Association of Powder Metallurgy.ReferencesКомплексное использование сырья и отходов / Б.М. Равич, В.П. Окладников, В.Н. Лыгач и др. – М.: Химия, 1988. – 288 с.Ravich B.M., Okladnikov V.P., Lygach V.N. etc. Kompleksnoe ispol’zovanie syr’ya i otkhodov [Complex use of raw materials and wastes]. Moscow: Khimiya, 1988, 288 p. (In Russ.).Купряков Ю.П. Шлаки медеплавильного производства и их переработка. – М.: Металлургия, 1987. – 200 с.Kupryakov Yu.P. Shlaki medeplavil’nogo proizvodstva i ikh pererabotka [Slags of copper-smelting production and their processing]. Moscow: Metallurgiya, 1987, 200 p. (In Russ.).Диаграмма состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3-х томах. Т. 2 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1997. – 1024 с.Diagramma sostoyaniya dvoinykh metallicheskikh sistem: Spravochnik: V 3-kh tomakh. T. 2 [State diagram of double metal systems: Handbook: In 3 vols., vol. 2]. Lyakishev N.P. ed. Moscow: Mashinostroenie, 1997, 1024 p. (In Russ.).Herfort J. Magnetic and structural properties of ultrathin epitaxial Fe3 Si films on GaAs(001) // J. Appl. Phys. 2008. Vol. 103. P. 07B506-07B508.Herfort J. Magnetic and structural properties of ultrathin epitaxial Fe3 Si films on GaAs(001). J. Appl. Phys. 2008, vol. 103, pp.  07B506–07B508.Sawatzky E. Magnetic and magnetooptical properties of sputtered Fe5 Si3 films // IEEE Trans. Magn. 1971. Vol. 7. P. 374 – 376.Sawatzky E. Magnetic and magnetooptical properties of sputtered Fe5 Si3 films. IEEE Trans. Magn. 1971, vol. 7, pp. 374–376.Dimitriadis C.A., Werner J.H., Logothetides S. etc. Electronic properties of semiconducting FeSi2 Films // J. Appl. Phys. 1990. Vol. 68(4). P. 1726 – 1734.Dimitriadis C.A., Werner J.H., Logothetides S., Stutzmann M., et al. Electronic properties of semiconducting FeSi2 Films. J. Appl. Phys. 1990, vol. 68(4), pp. 1726–1734.Fath M., Aarts J., Menovsky A.A. etc.Tunneling spectroscopy on the correlation effects in FeSi // Phys. Rev. B. 1998. Vol. 58. P. 15483 – 15491.Fath M., Aarts J., Menovsky A.A. etc.Tunneling spectroscopy on the correlation effects in FeSi. Phys. Rev. B. 1998, vol. 58, pp.  15483–15491.Kolel-Vectil M.K. Organometallic routes into the nanorealmsof binary Fe-Si phases(Review)// Materials. 2010.Vol. 3. P. 1049 – 1088.Kolel-Vectil M.K. Organometallic routes into the nanorealms of binari Fe-Si phases (Review). Materials. 2010, vol. 3, pp. 1049–1088.Ершов Н.В., Черненков Ю.П., Лукшина В.А., Феодоров В.И. Структура сплавов α-FeSi с 8...10 ат. % кремния // Физика твердого тела. 2012. Т. 54. Вып. 9. С. 1813 – 1819.Ershov N.V., Chernenkov Yu.P., Lukshina V.A., Feodorov V.I. Structure of α-FeSi alloys with 8 and 10 at % silicon. Physics of the Solid State. 2012, vol. 54, no. 9, pp. 1935–1942.Герасименко Н.Н., Пархоменко Ю.Н. Кремний – материал наноэлектроники. – М.: Техносфера, 2007. – 352 с.Gerasimenko N.N., Parkhomenko Yu.N. Kremnii – material nanoelektroniki [Silicon is a material of nanoelectronics]. Moscow: Tekhnosfera, 2007, 352 p. (In Russ.).Зубов В.Л., Гасик М.И. Электрометаллургия ферросилиция. – М.: Металлургия, 2002. – 239 с.Zubov V.L., Gasik M.I. Elektrometallurgiya ferrosilitsiya [Electrometallurgy of ferrosilicon]. Moscow: Metallurgiya, 2002, 239 p. (In Russ.).Переработка шлаков цветной металлургии / М.М. Лакерник, Э.Н. Мазурчак, С.Я. Петкер, Р.И. Шабалина. – М.: Металлургия, 1977. – 159 с.Lakernik M.M., Mazurchak E.N., Petker S.Ya., Shabalina R.I. Pererabotka shlakov tsvetnoi metallurgii [Processing of slags of nonferrous metallurgy]. Moscow: Metallurgiya, 1977, 159 p. (In Russ.).Плинер Ю.Л., Игнатенко Г.Ф. Восстановление окислов металлов алюминием. – М.: Металлургия, 1967. – 173 с.Pliner Yu.L., Ignatenko G.F. Vosstanovlenie okislov metallov alyuminiem [Reduction of metal oxides by aluminum]. Moscow: Metallurgiya, 1967, 173 p.Дубровин А.С. Перспективы развития алюминотермического производства ферросплавов. – М.: Металлургия, 1993. – 715 с.Dubrovin A.S. Perspektivy razvitiya alyuminotermicheskogo proizvodstva ferrosplavov [Prospects of ferroalloys aluminothermic production]. Moscow: Metallurgiya, 1993, 715 p. (In Russ.).Болдырев В.В. Механохимия и механическая активация твердых веществ // Успехи химии. РАН. 2006. Т. 75. Вып. 3. С. 203 – 216.Boldyrev V.V. Mechanochemistry and mechanical activation of solids. Russian Chemical Reviews. 2006, vol. 75, no. 3, pp. 177–189.Талако Т.Л. Исследование механизма влияния механоактивации на самораспространяющийся высокотемпературный синтез материалов // Весцi НАН Беларуси. Сер. фiз.-тэхн. навук. 2014. № 1. С. 25 – 32.Talako T.L. Investigation of the influence of mechanoactivation on self-propagating high-temperature synthesis of materials. Vestsi NAN Belarusi. Ser. fiz.-tekhn. navuk. 2014, no. 1, pp. 25–32. (In Russ.).Витязь П.А., Талако Т.Л., Беляев А.В. и др. К вопросу о влиянии механоактивации реакционной шихты на процессы фазои структурообразования при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе гексаферрита бария // Весцi НАН Беларуси. Сер. фiз-тэхн. навук. 2003. № 1. С. 21 – 26.Vityaz’ P.A., Talako T.L., Belyaev A.V. etc. On the influence of reaction charge mechanoactivation on the processes of phase and structure formation in self-propagating high-temperature synthesis of barium hexaferrite. Vestsi NAN Belarusi. Ser. fiz-tekhn. navuk. 2003, no. 1, pp. 21–26. (In Russ.).Хина Б.Б., Лецко А.И., Талако Т.Л. и др.О физическом механизме влияния механоактивации шихты на CВC // Порошковая металлургия: Респ. межвед. сб. науч. тр. Вып. 28. – Минск, 2005. С. 94 – 98.Khina B.B., Letsko A.I., Talako T.L. etc. On the physical mechanism of charge mechanoactivation influence on SHS. In: Poroshkovaya metallurgiya: Resp. mezhved. sb. nauch. trudov [Powder metallurgy: Republican Interdepartmental Coll. of Sci. Papers]. Issue  28. Minsk, 2005, pp. 94–98. (In Russ.).TalakоT.,IlyuschenkoA., LetskoA., HasakT. Structure and properties of MASHS titanium aluminide-based powder alloyed with chromium // Materials Science Forum. 2007. Vol. 534 – 536. P. 1589 – 1592.Talako T., Ilyuschenko A., Letsko A., Hasak T. Structure and properties of MASHS titanium aluminide-based powder alloyed with chromium. Materials Science Forum. 2007, vol. 534-536, pp.  1589–1592.Юхвид В.И. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: Теория и практика / Под ред. А.Е. Сычева. – Черноголовка: Территория, 2001. – 252 с.Yukhvid V.I. Samorasprostranyayushchiisya vysokotemperaturnyi sintez: Teoriya i praktika [Self-propagating high-temperature synthesis. Theory and practice]. Sychev A.E. ed. Chernogolovka: Territoriya, 2001, 252 p. (In Russ.).Martirosyan V. Chemical-Metallurgical Processes of Reprocessing the ores of Armenia: Monograph.- Lap Lamber Academic Publishing, Germany. 2015. – 154 p.Martirosyan V. Chemical-Metallurgical Processes of Reprocessing the ores of Armenia: Monograph. Lap Lamber Academic Publishing, Germany, 2015, 154 p.Мартиросян В.А., Айвазян А.А., Сасунцян М.Э. Обогащение хромитов механохимическим и термическим методами в присутствии хлоридов и получение металлического хрома // II Науч. конф. Армянского химического общества «Новые материалы и процессы», 9 – 12 октября 2012. – Ереван, С. 84 – 86.Martirosyan V.A., Aivazyan A.A., Sasuntsyan M.E. Enrichment of chromites by mechanochemical and thermal methodsin the presence of chlorides and production of metallic chromium. In: II  nauchnaya konferentsiya Armyanskogo khimicheskogo obshchestva “Novye materialy i protsessy”, 9-12 oktyabrya 2012, Yerevan [II Sci. Conf. of the Armenian Chemical Society “New Materials and Processes” on October 9-12, 2012, Yerevan]. Yerevan, 2012, pp.  84–86. (In Russ.).Мартиросян В.А., Айвазян А.А., Хачатрян А.Р., Талако Т.Л. Исследование процессов механохимического и термического обогащения хромитов в присутствии хлоридов и получение порошкообразного хрома // Десятая Междунар. науч.-технич. конф. «Новые материалы и технологии: Порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка». 12 – 14 сентября. – Минск, Беларусь. 2012.С. 50 – 52.Martirosyan V.A., Aivazyan A.A., Khachatryan A.R., Talako T.L. Investigation of processes of mechanochemical and thermal enrichment of chromites in the presence of chlorides and production of powdered chromium. In: Desyataya Mezhdunarodnaya nauchnotekhnicheskaya konferentsiya: “Novye materialy i tekhnologii: Poroshkovaya metallurgiya, kompozitsionnye materialy, zashchitnye pokrytiya, svarka’’, 12-14 sentyabrya 2012, Minsk, Belarus’ [10-th Int. Sci. and Tech. Conf.: “New Materials and Technologies: Powder Metallurgy, Composite Materials, Protective Coatings, Welding”, on September 12-14, 2012, Minsk, Belarus]. Minsk, 2012, pp.  50–52. (In Russ.).Martirosyan V., Sasuntsyan M. The role of preliminary mechanical activation in the process of obtaining powder-like ferrosilicium from metallurgical slags // Journal of surface engineered materials and advanced technology. 2016. No. 6. P. 11 – 17.Martirosyan V., Sasuntsyan M. The role of preliminary mechanical activation in the process of obtaining powder-like ferrosilicium from metallurgical slags. Journal of Surface Engineered Materials and Advanced Technology. 2016, no. 6, pp. 11–17.Martirosyan V.,Agamyan T., Sasuntsyan M. etс. Sulfur dioxside utilization by the treatment of pyrite chalcopyrite sulfide consentrates, combining mechanica land metalotermic processes // Food and Enviroment Safety. 2011. Vol. X. Issue 4. P. 24 – 29.Martirosyan V., Agamyan T., Sasuntsyan M. et al. Sulfur dioxside utilization by the treatment of pyrite chalcopyrite sulfide concentrates, combining mechanical and metalotermic processes. Food and Environment Safety. 2011, vol. X, no. 4, pp. 24–29.Martirosyan V., Sasuntsyan M. Study of the mechanism of iron mono silicide obtained from industrial wastes // International scientific review. 2016. April. No. 4(14). P. 40 – 42.Martirosyan V., Sasuntsyan M. Study of the mechanism of iron mono silicide obtained from industrial wastes. International Scientific Review. 2016. April, no. 4(14), pp. 40–42.Martirosyan V., Sasuntsyan M. A morphological investigation of formation of iron monosilicide and slags produced at high – temperature sinthesis of preliminarily mechano-activated burden // Austrian Journal of Tecnical and Natural Sciences. 2016. No. 3 – 4. March-April. P. 22 – 27.Martirosyan V., Sasuntsyan M. A morphological investigation of formation of iron monosilicide and slags produced at high-temperature synthesis of preliminarily mechano-activated burden. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. 2016, no. 3-4, MarchApril, pp. 22–27.Ревенко А.Г. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ природных материалов. – Новосибирск: Наука, 1994. – 264 с.Revenko A.G. Rentgenospektral’nyi fluorestsentnyi analiz prirodnykh materialov [X-ray spectral fluorescence analysis of natural materials]. Novosibirsk: Nauka, 1994, 264 p. (In Russ.).PichuginV.F., Yanovskiy V.P., Morosova N.S. etc. Deposition of oxides and oxinitride thin films for medical grafts by method of pulsed magnetron sputtering // 10th Int. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings. – Tomsk, 2010. P. 672 – 675 .Pichugin V.F., Yanovskiy V.P., Morosova N.S., Yermolovich I.M. Deposition of oxides and oxinitride thin films for medical grafts by method of pulsed magnetron sputtering. In: 10th Int. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings. Tomsk, 2010, pp. 672–675.Филиппова Н.А. Фазовый анализ руд и продуктов их переработки. – М.: Химия, 1975. – 280 с.Filippova N.A. Fazovyi analiz rud i produktov ikh pererabotki [Phase analysis of ores and products of their processing]. Moscow: Khimiya, 1975, 280 p. (In Russ.).

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