Николай Филиппович Якушевич, д.т.н., профессор-консультант кафедры металлургии цветных металлов и химической технологии
Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42
Nikolai F. Yakushevich, Dr. Sci. (Eng.), Prof.-Consultant of the Chair of Non-Ferrous Metals and Chemical Engineering
42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation
Евгений Валентинович Протопопов, д.т.н., профессор кафедры металлургии черных металлов
Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42
Evgenii V. Protopopov, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Ferrous Metallurgy
42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation
Михаил Викторович Темлянцев, д.т.н., профессор, проректор по учебной и воспитательной работе
Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42
Mikhail V. Temlyantsev, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Vice-Rector for Educational and Tutorial Work
42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation
Ирина Владимировна Строкина, к.т.н., старший преподаватель кафедры металлургии цветных металлов и химической технологии
Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42
Irina V. Strokina, Cand. Sci. (Eng.), Senior Lecturer of the Chair of Non-Ferrous Metals and Chemical Engineering
42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation
Рассматриваются теоретические вопросы восстановления цинка и железа углеродом из оксидов концентратов и цинксодержащих металлургических отходов (пыли и шламы металлургических печей). Показана возможность параллельного восстановления цинка и железа углеродом из оксидов с образованием твердых металлических растворов Fe – Zn, содержащих до 46 % цинка (по массе), расплавов и парогазовой фазы CO – CO2 – Zn, равновесный состав которой определяется температурой и содержанием цинка в твердых растворах и расплавах. Определены активности и упругости пара цинка в твердых растворах и расплавах системы Fe – Zn и активности компонентов в шлаковых расплавах системы ZnO – SiO2 . Термодинамическая оценка показывает, что при отсутствии твердого углерода восстановление цинка из оксида оксидом углерода CO возможно при температурах выше 1320 °С, а восстановление железом возможно в интервале температур 1320 – 1500 °С. При восстановлении из шлаковых расплавов при пониженных значениях активностей оксидов цинка и железа и повышенных температурах восстановление цинка осуществляется более эффективно, чем восстановление железа. В присутствии твердого углерода во всех диапазонах температур (выше 620 °С) и концентраций оксидов цинка ZnO и железа FeO при значениях aZnO > 0, aFeO > 0,4 восстановление железа проходит более эффективно ( \(\Delta G_{\rm{FeO}}^{\rm{o}} \) < \(\Delta G_{\rm{ZnO}}^{\rm{o}} \)). При совместном восстановлении железа и цинка первичным продуктом восстановления является твердое железо. Термодинамически возможное внедрение атомов цинка в твердый раствор α-железа практически не реализуется из-за высокой упругости пара цинка уже при небольших его концентрациях в наружных слоях на поверхностях кристаллических зародышей α-железа, что обуславливает возможность достаточно глубокой степени восстановления и возгонки цинка при углеродотермическом восстановлении его из концентратов и отходов металлургических производств.
The paper considers theoretical issues of reduction of zinc and iron by carbon from oxides of concentrates and zinc-containing metallurgical waste (dust and sludge of metallurgical furnaces). The described parallel reduction of zinc and iron by carbon from oxides undergoes with the formation of solid metal solution of Fe – Zn containing up to 46 wt. % of zinc, melts and the vapor–gas phase of CO – CO2 – Zn, the equilibrium composition of which is determined by the temperature and zinc content in solid solutions and melts. The authors determined the activity and elasticity of zinc vapor in solid solutions and melts of the Fe – Zn system and the activity of components in slag melts of the ZnO – SiO2 system. Thermodynamic assessment showed that in the absence of solid carbon, the reduction of zinc from oxide by carbon monoxide is possible at temperatures above 1320 °C, and reduction by iron is possible in the temperature range of 1320 – 1500 °C. During reduction from slag melts at reduced activity values of zinc and iron oxides and elevated temperatures, reduction of zinc is carried out more efficiently than reduction of iron. In the presence of solid carbon in all temperature ranges (above 620 °C) and concentrations of zinc and iron monoxides at values aZnO > 0, aFeO > 0.4, reduction of iron undergoes more efficiently (\(\Delta G_{\rm{FeO}}^{\rm{o}} \) < \(\Delta G_{\rm{ZnO}}^{\rm{o}} \)). In the case of co-reduction of iron and zinc, the primary reduction product is solid iron. Thermodynamically, the possible introduction of zinc atoms into a solid solution of α-Fe is practically not realized due to the high elasticity of zinc vapor even at low concentrations in the outer layers on the surfaces of crystalline nuclei of α-Fe, which causes the possibility of a sufficiently deep degree of reduction and sublimation of zinc during its carbon-thermal reduction from concentrates and waste from metallurgical enterprises.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.