blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2023-4-479-484blackmet-2586Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВPHYSICO-CHEMICAL BASICS OF METALLURGICAL PROCESSESСелективное твердофазное восстановление железа в фосфорис­тых оолитовых рудахSelective solid-phase reduction of iron in phosphorous oolite oreshttps://orcid.org/0000-0001-9306-1045СулейменБ.SuleimenB.

Бакыт Сулеймен, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Водородные технологии в металлургии»

Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76

Bakyt Suleimen, Research Associate of the Research Laboratory “Hydrogen Technologies in Metallurgy”

76 Lenina Ave., Chelyabinsk 454080, Russian Federation

bakytsuleimen@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8818-0450СалиховС. П.SalikhovS. P.

Семен Павлович Салихов, к.т.н., доцент кафедры пирометаллургических и литейных технологий

Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76

Semen P. Salikhov, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair of Pyrometallurgical and Foundry Technologies

76 Lenina Ave., Chelyabinsk 454080, Russian Federation

salikhovsp@susu.ruШариповФ. Ш.SharipovF. Sh.

Фарход Шукурович Шарипов, магистрант кафедры пирометаллургических и литейных технологий

Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76

Farkhod Sh. Sharipov, MA Student of the Chair of Pyrometallurgical and Foundry Technologies

76 Lenina Ave., Chelyabinsk 454080, Russian Federation

saripovf17@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3648-8821РощинВ. Е.RoshchinV. E.

Василий Ефимович Рощин, д.т.н., профессор кафедры пиро­металлургических и литейных технологий

Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76

Vasilii E. Roshchin, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Pyrometallurgical and Foundry Technologies

76 Lenina Ave., Chelyabinsk 454080, Russian Federation

roshchinve@susu.ruЮжно-Уральский государственный университетРоссияSouth Ural State UniversityRussian Federation202319082023664479484Copyright © Сулеймен Б., Салихов С.П., Шарипов Ф.Ш., Рощин В.Е., 20232023Сулеймен Б., Салихов С.П., Шарипов Ф.Ш., Рощин В.Е.Suleimen B., Salikhov S.P., Sharipov F.S., Roshchin V.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/2586

Представлены результаты экспериментальных исследований по селективному твердофазному восстановлению железа и фосфора в оолитовых рудах Лисаковского и Аятского месторождений. С использованием рентгенофазового анализа определен фазовый состав исходных руд и образцов после восстановительного обжига. В рудах обоих месторождений обнаруживаются гетит, магнетит и кварц. Фосфор в руде Аятского месторождения находится в виде фосфата алюминия и гидрофосфата железа, а в образцах Лисаковской руды – в составе гидрофосфата кальция. Эксперименты по восстановительному обжигу проводились в печи сопротивления при температуре 1000 °C и времени выдержки 5 ч. После обжига в атмосфере СО в образцах появляется α-железо, в то время как фосфор остается в составе фосфатов железа, кальция и алюминия. После обжига в смеси с графитом фосфор восстанавливается твердым углеродом из фосфатов железа и кальция и переходит в металл, однако остается в составе фосфата алюминия. Исследования с использованием микрорентгеноспектрального анализа показывают, что содержание фосфора в металлической фазе после восстановления твердым углеродом составляет 2,0 – 3,5 % (ат.). При восстановлении в атмосфере CO фосфора в металлической фазе практически не обнару­живается. При этом количество остаточного железа в оксидной фазе после восстановления угарным газом значительно превышает количество железа после восстановления в смеси с углеродом. Результаты экспериментов подтверждают возможность селективного восстановления железа оксидом углерода CO без восстановления фосфора.

Selective solid-phase reduction of iron and phosphorus in oolite ores of the Lisakovsky and Ayat deposits was experimentally studied. Using X-ray phase analysis, the phase composition of the initial ores and samples after reduction roasting was determined. Goethite, magnetite and quartz were found in the ores of both deposits. Phosphorus in the ore of the Ayat deposit is in the form of aluminum phosphate and iron hydrophosphate, and in the samples of the Lisakovsky ore – as a component of calcium hydrophosphate. Experiments on reduction roasting were carried out in a resistance furnace at 1000 °C with holding time of 5 h. After roasting in CO atmosphere, α-Fe appears in the samples, while phosphorus remains as a component of iron, calcium and aluminum phosphates. After roasting in a mixture with graphite, phosphorus is reduced by solid carbon from iron and calcium phosphates and passes into metal, but remains as a component of aluminum phosphate. Studies using microroentgenospectral analysis show that phosphorus content in the metal phase after reduction with solid carbon is 2.0 – 3.5 at. %. When CO is reduced in the atmosphere, phosphorus in the metallic phase is practically not detected. At the same time, the amount of residual iron in the oxide phase after carbon monoxide reduction significantly exceeds the amount of iron after reduction in a mixture with carbon. The experimental results confirm the possibility of selec­tive reduction of iron by carbon oxide CO without phosphorus reduction.

оолитовая железная рудавосстановительный обжигоксид углерода COселективное восстановлениеметаллизацияметаллическое железофосфорoolitic iron orereduction roastingcarbon monoxideselective reductionmetallizationmetallic ironphosphorusReferencesSmirnov K.I., Gamov P.A. Pyro-metallurgical processing of ilmenite concentrate with production of iron and titanium oxides. Solid State Phenomena. 2021;316:385–389. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.385Smirnov K.I., Gamov P.A. Pyro-metallurgical processing of ilmenite concentrate with production of iron and titanium oxides. Solid State Phenomena. 2021;316:385–389. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.385Smirnov K., Gamov P.A. Specific features of metal reduction from ilmenite concentrate. AIP Conference Proceedings. 2022;2456(1):020052. https://doi.org/10.1063/5.0074718Smirnov K., Gamov P.A. Specific features of metal reduction from ilmenite concentrate. AIP Conference Proceedings. 2022;2456(1):020052. https://doi.org/10.1063/5.0074718Kosdauletov N.K., Roshchin V.R. Solid-phase reduction and separation of iron and phosphorus from manganese oxides in ferromanganese ore. Defect and Diffusion Forum. 2021;410:281–286. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.410.281Kosdauletov N.K., Roshchin V.R. Solid-phase reduction and separation of iron and phosphorus from manganese oxides in ferromanganese ore. Defect and Diffusion Forum. 2021;410:281–286. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.410.281Li K., Ni W., Zhu M., Zheng M., Li Y. Iron extraction from oolitic iron ore by a deep reduction process. Journal of Iron and Steel Research International. 2011;18(8):9–13. http://doi.org/10.1016/S1006-706X(11)60096-4Li K., Ni W., Zhu M., Zheng M., Li Y. Iron extraction from oolitic iron ore by a deep reduction process. Journal of Iron and Steel Research International. 2011;18(8):9–13. http://doi.org/10.1016/S1006-706X(11)60096-4Sun Y.S., Han Y.X., Gao P., Wang Z.H., Ren D.Z. Reco­very of iron from high phosphorus oolitic iron ore using coal-based reduction followed by magnetic separation. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2013;20(5):411–419. https://doi.org/10.1007/s12613-013-0744-1Sun Y.S., Han Y.X., Gao P., Wang Z.H., Ren D.Z. Reco­very of iron from high phosphorus oolitic iron ore using coal-based reduction followed by magnetic separation. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2013;20(5):411–419. https://doi.org/10.1007/s12613-013-0744-1Zhou W., Han Y., Sun Y., Gao P., Li Y. Review of research on iron extraction and phosphorus reduction of high phosphorus oolitic hematite. Metal Mines. 2019;(2):10–11. https://doi.org/10.19614/j.cnki.jsks.201902002Zhou W., Han Y., Sun Y., Gao P., Li Y. Review of research on iron extraction and phosphorus reduction of high phosphorus oolitic hematite. Metal Mines. 2019;(2):10–11. https://doi.org/10.19614/j.cnki.jsks.201902002Zhou W., Han Y., Sun Y., Gao P., Li Y. Recycling iron from oolitic hematite via microwave fluidization roasting and magnetic separation. Minerals Engineering. 2021;164:106851. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.106851Zhou W., Han Y., Sun Y., Gao P., Li Y. Recycling iron from oolitic hematite via microwave fluidization roasting and magnetic separation. Minerals Engineering. 2021;164:106851. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.106851Chandio A.D., Channa I.A., Shaik A.A., Madad S., Rizvi S.B.H., Shah A.A., Alhazaa A. Beneficiation of low-grade Dilband iron ore by reduction roasting. Metals. 2023;13(2):296. https://doi.org/10.3390/met13020296Chandio A.D., Channa I.A., Shaik A.A., Madad S., Rizvi S.B.H., Shah A.A., Alhazaa A. Beneficiation of low-grade Dilband iron ore by reduction roasting. Metals. 2023;13(2):296. https://doi.org/10.3390/met13020296Wu S., Sun T., Kou J., Xu H. A new iron recovery and dephosphorization approach from highphosphorus oolitic iron ore via oxidation roasting-gas-based reduction and magnetic separation process. Powder Technology. 2023;413:118043. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2022.118043Wu S., Sun T., Kou J., Xu H. A new iron recovery and dephosphorization approach from highphosphorus oolitic iron ore via oxidation roasting-gas-based reduction and magnetic separation process. Powder Technology. 2023;413:118043. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2022.118043Manieh A.A. Oolite liberation of oolitic iron ore, Wadi Fatima, Saudi Arabia. International Journal of Mineral Processing. 1984;13(3):187–192. https://doi.org/10.1016/0301-7516(84)90002-4Manieh A.A. Oolite liberation of oolitic iron ore, Wadi Fatima, Saudi Arabia. International Journal of Mineral Processing. 1984;13(3):187–192. https://doi.org/10.1016/0301-7516(84)90002-4Abro M.M., Pathan A.G., Mallah A.H. Liberation of oolitic hematite grains from iron ore. Mehran University Research, Journal of Engineering Technology. 2011;30:329–338.Abro M.M., Pathan A.G., Mallah A.H. Liberation of oolitic hematite grains from iron ore. Mehran University Research, Journal of Engineering Technology. 2011;30:329–338.El Sharkawi M.M., Mesaed A., Mortada M.E. Stratigraphic Setting and Paleoenvironment of the Coniacian-Santonian Ironstones of Aswan, South Egypt. 1996.El Sharkawi M.M., Mesaed A., Mortada M.E. Stratigraphic Setting and Paleoenvironment of the Coniacian-Santonian Ironstones of Aswan, South Egypt. 1996.Champetier Y., Hamdadou E., Hamdadou M. Examples of biogenic support of mineralization in two oolitic iron ores-Lorraine (France) and Gara Djebilet (Algeria). Sedimentary Geology.1987;51(3-4):249–255. https://doi.org/10.1016/0037-0738(87)90050-9Champetier Y., Hamdadou E., Hamdadou M. Examples of biogenic support of mineralization in two oolitic iron ores-Lorraine (France) and Gara Djebilet (Algeria). Sedimentary Geology.1987;51(3-4):249–255. https://doi.org/10.1016/0037-0738(87)90050-9Тигунов Л.П., Ануфриева С.И., Броницкая Е.С., Кривоконева Г.К., Соколова В.Н., Аликберов В.М., Сладкова Г.А., Файнштейн Г.Г., Паровинчак М.С. Современные технологические решения переработки железосодержащих руд Бакчарского месторождения. Разведка и охрана недр. 2010;(2):37–43.Tigunov L.P., Anufrieva S.I., Bronitskaya E.S., Krivokoneva G.K., Sokolova V.N., Alikberov V.M., Sladkova G.A., Fainshtein G.G., Parovinchak M.S. Modern technological decisions of processing ferriferous ores of the Bakcharsky deposit. Razvedka i okhrana nedr. 2010;(2):37–43. (In Russ.).Özdemir Ö., Deutsch E.R. Magnetic properties of oolitic iron ore on Bell Island, Newfoundland. Earth and Planetary Science Letters. 1984;69(2):427–441. https://doi.org/10.1016/0012-821X(84)90201-2Özdemir Ö., Deutsch E.R. Magnetic properties of oolitic iron ore on Bell Island, Newfoundland. Earth and Planetary Science Letters. 1984;69(2):427–441. https://doi.org/10.1016/0012-821X(84)90201-2Сулеймен Б., Салихов С.П., Рощин В.Е. Изучение железных руд Аятского месторождения оолитового типа. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022; (10-1):50–58. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_101_0_50Suleimen B., Salikhov S.P., Roshchin V.E. Study of the iron ores of the Ayat deposit of the oolite-type. Mining Informational and Analytical Bulletin (Scientific and Technical Journal). 2022;(10-1):50–58. (In Russ.). https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_101_0_50Каскатаева К.Б., Кряжева Т.В., Садчиков А.В., Дьяконов В.В. Характеристика руд Лисаковского месторождения с целью их комплексной переработки. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021;332(5):7–16.Kaskataeva K.B., Kryazheva T.V., Sadchikov A.V., D’yakonov V.V. Characteristics of ores of the Lisakovsky deposit for their complex processing. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2021;332(5):7–16. (In Russ.).Салихов С.П., Сулеймен Б., Рощин В.Е. Селективное восстановление железа и фосфора из оолитовой руды. Извес­тия вузов. Черная металлургия. 2020;63(7):560–567. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-7-560-567Salikhov S.P., Suleimen B., Roshchin V.E. Selective reduction of iron and phosphorus from oolite ore. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2020;63(7):560–567. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-7-560-567Suleimen B., Salikhov S.P. Behavior of extrusion briquettes (Brex) and pellets from oolite iron ore in solid-phase metallization. AIP Conference Proceedings. 2022;2456(1):020054. https://doi.org/10.1063/5.0075188Suleimen B., Salikhov S.P. Behavior of extrusion briquettes (Brex) and pellets from oolite iron ore in solid-phase metallization. AIP Conference Proceedings. 2022;2456(1):020054. https://doi.org/10.1063/5.0075188Suleimen B., Salikhov S.P. Metallization of oolitic iron ore after oxidation firing. Solid State Phenomena. 2021;316:390–395. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.390Suleimen B., Salikhov S.P. Metallization of oolitic iron ore after oxidation firing. Solid State Phenomena. 2021;316:390–395. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.390Михайлов Г.Г., Леонович Б.И., Кузнецов Ю.С. Термодинамика металлургических процессов и систем. Москва: ИД МИСиС; 2009:520.Mikhailov G.G., Leonovich B.I., Kuznetsov Yu.S. Thermodynamics of Metallurgical Processes and Systems. Moscow: MISIS; 2009:520. (In Russ.).

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