Термодинамическое моделирование восстановления никеля и железа из многокомпонентного силикатного расплава в процессе барботажа. Сообщение 2. Восстановитель - смесь Н2-Н2О

Abstract

В черной и цветной металлургии разработан ряд технологий, в основе которых лежат барботажные процессы. Для прогнозирования параметров плавки, включающей восстановление металлов из оксидного расплава газом-восстановителем в барботируемом слое в промышленных агрегатах предложена методика термодинамического моделирования, в основе которой лежит расчет равновесия в системе «оксидный расплав-металл-газ». Оригинальность методики состоит в том, что равновесие определяют для каждой единичной порции газа, вводимой в рабочее тело, при содержаниях оксидов восстанавливаемых металлов  в каждом последующем расчетном цикле, равных равновесным в предыдущем. 

Для анализа взята оксидная система  NiO (1,8  %) – FeO (17,4) – CaO (13,5) – MgO (1,9) – SiO₂ (58,0) – Al₂O₃ (7,4%) по содержанию компонентов близко отвечала составу окисленной никелевой руды. Соотношение H₂O/H₂ в газовой смеси варьировали в пределах 0÷1.0. В зависимости от количества и состава газа, введенного в рабочее тело, оценивали содержание оксидов никеля и железа в расплаве (1823 К), определяли количество и состав образующегося металла (ферроникеля), а также показатели (кратность шлака, степени восстановления металлов) важные при реализации процесса в промышленных условиях.

Увеличение расхода водорода монотонно снижает содержание оксида никеля в расплаве, в то время как содержание оксида железа первоначально возрастает, а затем – снижается.

 При введении H₂ в количестве около 50 м³ на тонну расплава, содержание оксида никеля в нем снижается до 0,017%, а оксида железа -  16,7 %. Образующийся ферроникель содержит  61% Ni, кратность шлака составляет 42 единицы. Дальнейшее увеличение расхода H₂ ведет к предпочтительному восстановлению железа.

Повышение соотношения H₂O/H₂  ухудшает показатели восстановления металлов из расплава: уменьшается степень восстановления никеля и железа, увеличивается содержание Ni в сплаве и кратность шлака. Однако, даже при соотношении H₂/H₂O равном 1,0, что соответствует 50,0% H₂O в смеси газов, процесс восстановления не прекращается.

Для сравнения в работе приведены данные по изменению содержания оксидов никеля и железа, при восстановлении металлов из аналогичных расплавов монооксидом углерода. При степени восстановления никеля 98%, показатели близки в случае использования как Н₂, так и СО. Однако для их достижения водорода требуется в 2,5 раза, а смеси, в которой  Н₂О/Н₂ =0,11 (Н₂-90%), – в 1,36 раз меньше, чем монооксида углерода.