Распространение твердофазного восстановления железа в слое ильменитового концентрата

Переработка титансодержащих руд с извлечением всех основных полезных элементов является актуальной задачей с точки зрения рационального использования полезных ископаемых. Показано, что ни одна из существующих схем переработки не позволяет извлекать из титансодержащих железных руд одновременно все основные полезные элементы – железо, титан и ванадий. Эту задачу можно решить с использованием селективного извлечения этих элементов на основе новых представлений об электронном механизме восстановления. Экспериментально исследовано распространение процесса твердофазного селективного восстановления железа в глубь слоя зерен ильменитового концентрата от поверхности его контакта с порошком углеродсодержащего материала. Представлены результаты определения количества выделившейся металлической фазы по мере отдаления от границы контакта концентрат – восстановитель. На основе представленных результатов о количестве выделившейся металлической фазы сделан вывод о диффузионных процессах в слое контактирующих только между собой зерен концентрата, лимитирующих процесс восстановления железа. Вблизи плоскости контакта твердого восстановителя со слоем зерен концентрата скорость процессов восстановления железа преобладает над скоростью выделения из ильменита фаз с повышенным содержанием железа. В глубине слоя ильменитового концентрата процессу восстановления железа предшествует выделение из зерен концентрата железосодержащей силикатной фазы, в которой железо восстанавливается раньше, чем в зернах ильменита. Выделение железосодержащей силикатной фазы способствует спеканию зерен ильменита. Сделано заключение, что в слое концентрата, контактирующем со слоем твердого восстановителя, при отсутствии контакта каждого зерна ильменита с твердым восстановителем точечный контакт зерен и наличие в слое пустот между зернами не препятствуют распространению процесса восстановления в слое контактирующих только между собой зерен.

ильменит, титаномагнетит, предварительное восстановление, карботермическое восстановление, распространение процесса восстановления, металлическая фаза, комплексный оксид

1. Li K.Q., Ni W., Zhu M., Zheng M.J., Li Y. Iron extraction from oolitic iron ore by a deep reduction process // Journal of Iron and Steel Research International. 2011. Vol. 18. No. 8. P. 9 – 13.

2. Kapelyushin Y., Xing X., Zhang J., Jeong S., Sasaki Y., Ostrovski O. Effect of alumina on the gaseous reduction of magnetite in CO/CO 2 gas mixtures // Metallurgical and Materials Transactions B. 2015. Vol. 46. No. 3. P. 1175 – 1185.

3. Anacleto N.M., Solheim I., Sorensen B., Ringdalen E., Ostrovski O. Reduction of chromium oxide and ore by methane-containing gas mixtures. – In book: INFACON XV: Int. Ferro-Alloys Congress, Southern African Institute of Mining and Metallurgy, Cape Town. 2018. – Cape Town. 2018. P. 71 – 78.

4. Leikola M., Taskinen P., Eric R.H. Reduction of Kemi chromite with methane // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2018. Vol. 118. No. 6. P. 575 – 580.

5. Jung W.G., Hossain S.T., Johra F.T., Kim J.H., Chang, Y.C. Reduction of chromium ore by recycled silicon cutting sludge waste with carbon addition // Journal of Iron and Steel Research International. 2019. Vol. 26. No. 8. P. 806 – 817.

6. Bhalla A., Eric R.H. Mechanism and kinetic modelling of methane-based reduction of Mamatwan manganese ore. – In book: INFACON XV: Int. Ferro-Alloys Congress, Southern African Institute of Mining and Metallurgy, Cape Town. 2018. – Cape Town, 2018. P. 143 – 156.

7. Cheraghi A., Yoozbashizadeh H., Safarian J. Chemical, microstructural, and phase changes of manganese ores in calcination and pre-reduction by natural gas. – In book: INFACON XV: Int. Ferro-Alloys Congress, Southern African Institute of Mining and Metallurgy, Cape Town. 2018. – Cape Town, 2018. P. 157 – 167.

8. Huang R., Lv X.W., Bai C.G., Deng Q.Y., Ma S.W. Solid state and smelting reduction of Panzhihua ilmenite concentrate with coke // Canadian Metallurgical Quarterly. 2012. Vol. 51. No. 4. P. 434 – 439.

9. Gou H.P., Zhang G.H., Hu X.J., Chou K.C. Kinetic study on carbothermic reduction of ilmenite with activated carbon // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017. Vol. 27. No. 8. P. 1856 – 1861.

10. Sarkar B.K., Dastidar M.G., Dey R., Das G.C., Chowdhury S., Mahata D.K. Optimization of reduction parameters of quenched titaniferous magnetite ore by boiler grade coal using box–behnken design // Journal of The Institution of Engineers (India): Series D. 2019. P. 1 – 8.

11. Wang S., Chen M., Guo Y., Jiang T., Zhao B. Reduction and smelting of vanadium titanomagnetite metallized pellets // JOM. 2018. Vol. 71. No. 3. P. 1144 – 1149.

12. Гудима Н.В., Шейн Я.П. Краткий справочник по металлургии цветных металлов. – М.: Металлургия, 1975. – 536 с.

13. Уткин Н.И. Производство цветных металлов. – М.: Интермет Инжиниринг, 2004. – 442 с.

14. Fu W., Wen Y., Xie H. Development of intensified technologies of vanadium-bearing titanomagnetite smelting // Journal of Iron and Steel Research, International. 2011. Vol. 18. No. 4. P. 7 – 18.

15. Панишев Н.В., Бигеев В.А. Переработка комплексных руд Южного Урала глубокой металлизацией // Теория и технология металлургического производства. 2016. №. 2 (19). C. 68 – 70.

16. Wang S., Guo Y., Jiang T., Chen F., Zheng F., Yang L., Tang M. Behavior of titanium during the smelting of vanadium titanomagnetite metallized pellets in an electric furnace // JOM. 2019. Vol. 71. No. 1. P. 323 – 328.

17. Леонтьев Л.И., Ватолин Н.А., Шаврин С.В., Шумаков Н.С. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. – М.: Металлургия, 1997. – 432 с.

18. Рощин В.Е., Асанов А.В., Рощин А.В. Возможности двухстадийной переработки концентратов титаномагнетитовых руд // Электрометаллургия. 2010. № 6. С. 15 – 25.

19. Рощин В.Е., Гамов П.А., Рощин А.В., Салихов С.П. Электронная теория восстановления: следствия для теории и практики извлечения металлов из руд // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 5. С. 407 – 417.

20. Roshchin V.E., Roshchin A.V. Electron mechanism of reduction processes in blast and ferroalloy furnaces // CIS Iron and Steel Review. 2019. Vol. 17. P. 14 – 24.

21. Рощин В.Е., Рощин А.В., Гамов П.А., Бильгенов А.С. Электро- и массообмен при восстановлении металлов твердым углеродом в твердых комплексных оксидах // Металлы. 2020. № 1. С. 59 – 71.

22. Рощин В.Е., Рощин А.В. Электронные процессы при в новлении и извлечении металлов из руд // Электрометаллургия. 2020. № 1. С. 14 – 24.