Александр Семенович Вусихис, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории пирометаллургии цветных металлов
620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
Aleksandr S. Vusikhis, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Laboratory of Pyrometallurgy of Non-Ferrous Metals
101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016
Леопольд Игоревич Леонтьев, академик, советник, Президиум РАН, доктор технических наук, профессор, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», главный научный сотрудник, Институт металлургии УрО РАН
620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101; 119049, Москва, Ленинский пр., 4; #|XN119991, Москва, Ленинский пр., 32а
Leopol’d I. Leont’ev, Academician, Adviser, Russian Academy of Sciences, Dr. Sci. (Eng.), Prof., National University of Science and Technology “MISIS”, Chief Researcher, Institute of Metallurgy, Ural Branch of the Russian Academy of Science
101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016; 4 Leninskii Ave., Moscow 119049; 32a Leninskii Ave., Moscow 119991
Евгений Николаевич Селиванов, доктор технических наук, заведующий лабораторией пирометаллургии цветных металлов
620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
Evgenii N. Selivanov, Dr. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory of Pyrometallurgy of Non-Ferrous Metals
101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016
В представленной статье приведены результаты термодинамического моделирования процессов восстановления цинка и железа из расплавов B2O3 ‒ CaO ‒ Fe2O3 ‒ ZnО смесями СО ‒ СО2 и Н2 ‒ Н2О, содержащими 0 ‒ 60 % СО2 (Н2О) в интервале температур 1273 ‒ 1673 К. В работе использована методика, описывающая восстановление металлов из оксидного расплава газом в барботажных процессах в условиях, обеспечивающих приближение к реальным системам. Ее оригинальность состоит в том, что равновесие определяют для каждой единичной порции газа, вводимой в рабочее тело, а содержание оксидов восстанавливаемых металлов в каждом расчетном цикле принимают из предшествующих данных. В ходе расчетов проведена оценка изменения содержания оксидов цинка (СZnO ) и железа (СFe2O3 , СFe3O4 и СFeO ) в расплаве и степени их восстановления. Показано, что при восстановлении CО или Н2 этот процесс протекает в три этапа. На первом этапе происходит восстановление Fe2O3 до Fe3O4 и FeO. Значения СFe2O3 уменьшаются почти до нуля, одновременно увеличиваются СFe3O4 и СFeO . К концу этапа СFe3O4 достигает максимального значения. На втором этапе имеет место переход Fe3O4 → FeO, когда значения СFeO достигают максимума. На этих этапах возникает небольшое увеличение СZnO . На третьем этапе значения СFeO и СZnO уменьшаются, происходит восстановление железа и цинка. Рост температуры резко снижает расход газа на восстановление цинка в 2 ‒ 3 раза, а замена СО на Н2 уменьшает его менее, чем на 20 %. В присутствии окислителей (СО2 или Н2О) восстанавливается только цинк. Процесс завершается, когда конечное содержание оксида цинка в расплаве соответствует равновесному с исходным составом газа. Чем выше температура, тем меньше СZnO . Полученные данные полезны для создания технологий селективного восстановления металлов
The paper presents the thermodynamic modeling results of zinc and iron reduction from B2O3 ‒ CaO ‒ Fe2O3 ‒ ZnО melts by CO ‒ CO2 and H2 ‒ H2O mixtures containing 0 – 60 % CO2 (H2O) at 1273 – 1673 K using a technique describing the reduction of metals from an oxide melt by gas in bubbling processes, under conditions that provide an approximation to real systems. Its originality is equilibrium determination for each individual portion of gas supplied into the working fluid. The reducible metals oxides content in each calculation cycle is taken from the previous data. During the calculations, changes in the content of zinc (СZnO ) and iron (СFe2O3 , СFe3O4 and СFeO ) oxides in the melt and the degree of their reduction were estimated. When using CO or H2 as a reducing agent, this process proceeds in three stages. In the first stage, Fe2O3 is reduced to Fe3O4 and FeO. CFe2O3 values decrease to almost zero, while CFe3O4 and CFeO increase simultaneously. By the end of the stage, СFe3O4 reaches its maximum value. At the second stage, the Fe3O4 → FeO transition occurs, when СFeO values reach its maximum. At these stages, there is a slight increase in the CZnO . At the third stage, the values CFeO and CZnO decrease, and iron and zinc are reduced. An increase in temperature dramatically reduces the gas consumption for zinc reduction by 2 – 3 times, and the replacement of CO with H2 reduces it by less than 20 %. In the presence of oxidizing agents (CO or H2O), only zinc is reduced. The process ends when the final content of zinc oxide in the melt corresponds to the equilibrium with the initial gas composition. The higher the temperature, the less CZnO is. The obtained data are useful for the development of technologies for the selective recovery of metals.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.