Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

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

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-10-794-799

Полный текст:

Аннотация

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 1,8 % NiO – 17,4 % FeO – 13,5 % CaO –1,9 % MgO – 58,0 % SiO2  –  7,4  % Al2O3, по содержанию компонентов близкая к 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/т расплава содержание оксида никеля в нем снижается до 0,017  %, а оксида железа до 16,7 %.  Образующийся ферроникель содержит 61 % никеля, 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 никеля в сплаве и кратность шлака. Однако даже при  соотношении H2 /H2O равном 1,0, что соответствует содержанию 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 (90 % Н2 ), – в 1,36 раз меньше, чем монооксида  углерода.

Об авторах

А. С. Вусихис
Институт металлургии, УрО РАН
Россия

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник.

620016,  Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



Л. И. Леонтьев
Президиум РАН; Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова, РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Доктор технических наук, академик, главный научный сотрудник.

119991,  Москва, Ленинский проспект, 32а; 119334,  Москва, Ленинский проспект, 49; 119049,  Москва, Ленинский проспект, 4



Д. З. Кудинов
Институт металлургии, УрО РАН
Россия

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник.

620016,  Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



Е. Н. Селиванов
Институт металлургии, УрО РАН
Россия

Доктор технических наук, заведующий лабораторией пирометалургии цветных металлов.

620016,  Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



Список литературы

1. Роменец В.А., Валавин В.С., Усачев А.Б. Процесс Ромелт / Под общ. ред. В.А. Роменца. – М.: Руда и металлы, 2005. – 399 с.

2. Ванюков А.В., Быстров В.П., Васкевич А.Д. Плавка в жидкой ванне / Под ред. А.В. Ванюкова. – М.: Металлургия, 1986. – 259 с.

3. Автогенные процессы в цветной металлургии / В.В. Мечев, В.П. Быстров, А.В. Тарасов и др. –М.: Металлургия, 1991. – 413 с.

4. Extractive Metallurgy of Copper / Mark E. Schlesinger, Matthew J. King, Kathryn C. Sole, William G. Davenport. – Elsevier, Fifth Edition, 2011. – 481 p.

5. Vignes A. Extractive Metallurgy 3: Processing Operations and Routes ISTE Ltd. –John Wiley & Sons, Inc., 2011. – 352 p.

6. Bakker M.L., Nikolic S., Mackey P.J. ISASMELTTM TSL – Applications for nickel // Mineral Eng. (An International Journal Devoted to Innovation and Developments in Mineral Processing and Extractive Metallurgy). 2011. Vol. 24. No. 7. Р. 610 – 619.

7. Bakker M.L., Nikolic S., Burrows A.S. ISACONVERT TM – continuous converting of nickel/PGM mattes // Alvear G.R.F.J.S.Afr. Inst. Mining and Met. 2011. Vol. 111. No. 10. Р. 285 – 294.

8. Ковган П.А., Волков В.А., Козырев В.В. и др. Экологически чистая технология бескоксовой плавки окисленных никелевых руд // Цветная металлургия. 1994. № 11-12. С. 16 – 17.

9. Лазарев В.И., Лазарев В.И., Спесивцев А.В., Быстров В.П. Развитие плавки Ванюкова с обеднением шлаков // Цветные металлы. 2000. № 6. С. 33 – 36.

10. Ковган П.А., Абуов М.Г., Едильбаев А.И. Перспективные технологии переработки бедных окисленных никелевых руд // Цветные металлы. 2008. № 2. С. 43 – 45.

11. Цымбулов Л.Б., Князев М.В., Цемехман Л.Ш., Кудабаев Е.А., Головлев Ю.И. Анализ различных вариантов технологической схемы переработки окисленных никелевых руд на ферроникель с применением двухзонной печи Ванюкова // Цветные металлы. 2010. № 10. С. 15 – 21.

12. Быстров В.П., Федоров А.Н., Щелкунов В.В., Быстров С.В. Использование процесса Ванюкова для переработки окисленных никелевых руд // Цветные металлы. 2011. № 8-9. С. 155 – 158.

13. Роменец В.А., Валавин В.С., Похвиснев Ю.В. Технологическая оценка реализации процесса Ромелт в классическом и двухзонном вариантах // Металлург. 2014. № 1. С. 45 – 50.

14. Досмухамедов Н.К., Жолдасбай Е.Е., Нурлан Г.Б.,1 Сейткулова Ж.Б. Исследование поведения цветных металлов, железа и мышьяка при восстановительном обеднении богатых по меди шлаков // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 1 (часть 4). С. 486 – 491.

15. Вусихис А.С., Дмитриев А.Н. Исследование процессов восстановления оксидов металлов из расплава газом-восстановителем в барботируемом слое // Вестник УГТУ-УПИ. 2004. № 15 (45). Ч. 1. С. 93 – 95.

16. Моисеев Г.К., Вяткин Г.П. Термодинамическое моделирование в неорганических системах: Учебное пособие. – Челябинск: изд. ЮУрГУ, 1999. – 256 с.

17. Sohn H.Y. Process Modeling in Non-Ferrous Metallurgy. – In book: Treatise on Process Metallurgy: Industrial Processes. Ed. by S. Seetharaman. Chapter 2.4. – Oxford: Elsevier Ltd., 2014. P. 701 – 838.

18. Pickles C.A., Harris C.T., Peacey J., Forster J. Thermodynamic analysis of the Fe-Ni-Co-Mg-Si-O-H-S-C-Cl system for selective sulphidation of a nickeliferous limonitic laterite ore // Miner. Eng. An International Journal Devoted to Innovation and Developments in Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2013. Vol. 54. P. 52 – 62.

19. Комков А.А., Ладыго Е.А., Быстров В.П. Термодинамический анализ процесса восстановительного обеднения шлаков, богатых по меди и никелю // Изв. вуз. Цветная металлургия. 2002. № 4. С. 7 – 14.

20. Pickles C.A. Thermodynamic analysis of the selective carbothermic reduction of electric arc furnace dust // Journal of Hazardous Materials. 2008. Vol. 150. P. 265 – 278.

21. Вусихис.А.С., Кудинов Д.З., Леонтьев Л.И. Моделирование кинетики восстановления никеля из многокомпонентного оксидного расплава водородом в барботируемом слое // ЖФХ. 2008. Т. 82. № 11. С. 2035 – 2038.

22. Dmitriev A.N., Vusikhis A.S., Sitnikov V.A., etc.Thermodynamic modeling of iron oxide reduction by hydrogen from the B2O3-CaOFeO melt in bubbled layer. // Israel Journal of Chemistry. 2007. Vol. 47. No. 3-4. P. 299 – 302.

23. Вусихис А.С., Кудинов Д.З., Леонтьев Л.И. Моделирование кинетики совместного восстановления железа и никеля из многокомпонентного оксидного расплава водородом в барботируемом слое // ЖФХ. 2008. Т. 82. № 11. С. 2030 – 2034.

24. Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Кудинов Д.З., Селиванов Е.Н. Особенности восстановления никеля и железа из многокомпонентного силикатного расплава в процессе барботажа. Сообщение 1. Восстановитель – смесь СО – СО2 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 9. С. 731 – 736.


Для цитирования:


Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Кудинов Д.З., Селиванов Е.Н. Термодинамическое моделирование восстановления никеля и железа из многокомпонентного силикатного расплава в процессе барботажа. Сообщение 2. Восстановитель – смесь Н2 – Н2О. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2018;61(10):794-799. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-10-794-799

For citation:


Vusikhis A.S., Leont’ev L.I., Kudinov D.Z., Selivanov E.N. Thermodynamic modeling of nickel and iron reduction from multicomponent silicate melt in bubbling process. Report 2. Reducing agent – a mixture OF Н2 – Н2О. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018;61(10):794-799. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-10-794-799

Просмотров: 91


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)