Селективное восстановление железа и фосфора из оолитовой руды

Экспериментально подтверждена возможность селективного твердофазного восстановления железа из оолитовой руды. Твердофазное восстановление проводили при температурах 850 и 1000 °С в атмосфере оксида углерода СО и в смеси с твердым углеродом. Распределение железа и фосфора исследовано с помощью электронного сканирующего микроскопа. Установлено, что при температуре 1000 °С минимальное количество фосфора (до 0,3 %) переходит в металлическую фазу при восстановлении оксидом углерода СО. При восстановлении в смеси руды с углеродом содержание фосфора в металлической фазе достигает 1,0 – 1,3 % даже при 850 °С. Проведено термодинамическое моделирование процессов при восстановительном обжиге оолитовой руды в зависимости от температуры (1000 – 1400 К) и количества углерода в системе. Показано, что температура восстановления и степень восстановления фосфора меняются в зависимости от соотношения CO и CO2 в газовой фазе. При температуре меньше 892 °С фосфор не восстанавливается, а все железо находится в металлической фазе. С увеличением количества углерода в системе в металлической фазе появляется фосфор. При избытке углерода в системе весь фосфор находится в металлической фазе уже при 892 °С. Таким образом, при определенном количестве углерода в системе и, соответственно, при определенном соотношении CO и CO2 в составе газовой фазы возможно селективное восстановление железа без восстановления фосфора даже при температуре 1100 °С. Сравнение экспериментальных результатов с результатами термодинамического расчета подтверждает возможность селективного восстановления железа без восстановления фосфора только оксидом углерода СО.

1. Металлургия чугуна / Е.Ф. Вегман, Б.Н. Жеребин, А.Н. Похвиснев и др.; под ред Ю.С. Юсфина. – М.: Металлургия, 1978. – 480 с.

2. Мирко В.А., Кабанов Ю., Найденов В. Современное состояние развития месторождений бурых железняков Казахстана // Промышленность Казахстана. 2002. № 1. С. 79 – 82.

3. Смирнов Л.А., Бабенко А.А. Вовлечение в производство Лисаковского концентрата – одно из направлений расширения железорудной базы Урала и Сибири. – В кн.: Матер. Междунар. конгр. «300 лет Уральской металлургии». – Екатеринбург: изд. Уральского университета, 2001. С. 48 – 49.

4. Cao Y.Y., Zhang Y.R., Sun T.C. Dephosphorization behavior of high-phosphorus oolitic hematite-solid waste containing carbon briquettes during the process of direct reduction-magnetic separation // Metals. 2018. Vol. 11. No. 8. Article 897.

5. Тигунов 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. С. 37 – 43.

6. Li 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 Int. 2011. Vol. 18. No. 8. P. 9 − 13.

7. Yu Y.F., Qi C.Y. Magnetizing roasting mechanism and effective ore dressing process for oolitic hematite ore // Journal of Wuhan University of Technology: Material Science. 2011. Vol. 26. No. 2. P. 177 − 182.

8. Sun 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 // Int. Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2013. Vol. 20. No. 5. P. 411 – 419.

9. Xu C.Y., Sun T.C., Kou J., Li Y.L., Mo X.L., Tang L.G. Mechanism of phosphorus removal in beneficiation of high phosphorous oolitic hematite by direct reduction roasting with dephosphorization agent // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012. Vol. 22. No. 11. P. 2806 – 2812.

10. Li G.H., Zhang S.H., Rao M.J., Zhang Y.B., Jiang T. Effects of sodium salts on reduction roasting and Fe–P separation of highphosphorus oolitic hematite ore // Int. Journal of Mineral Processing. 2013. Vol. 124. P. 26 – 34.

11. Карелин В.Г., Зайнуллин Л.А., Епишин А.Ю., Артов Д.А. Особенности пиро-, гидрометаллургической технологии обесфосфоривания бурого железняка Лисаковского месторождения // Сталь. 2015. № 3. С. 8 – 11.

12. Wang H.H., Li G.Q., Zhao D., Ma J.H., Yang J. Dephosphorization of high phosphorus oolitic hematite by acid leaching and the leaching kinetics // Hydrometallurgy. 2017. Vol. 171. P. 61 – 68.

13. Jin Y., Jiang T., Yang Y., Li Q., Li G., Guo Y. Removal of phosphorus from iron ores by chemical leaching // Journal of Central South University of Technology. 2006. Vol. 13. No. 6. P. 673 – 677.

14. Wang J., Shen S., Kang J., Li H., Guo Z. Effect of ore solid concentration on the bioleaching of phosphorus from high-phosphorus iron ores using indigenous sulfur-oxidizing bacteria from municipal wastewater // Process Biochemistry. 2010. Vol. 45. No. 10. P. 1624 – 1631.

15. Tang H., Guo Z., Zhao Z. Phosphorus removal of high phosphorus iron ore by gas-based reduction and melt separation // Journal of Iron and Steel Research, Int. 2010. Vol. 17. No. 9. P. 1 – 6.

16. Yu W., Tang Q., Chen J., Sun T. Thermodynamic analysis of the carbothermic reduction of a high-phosphorus oolitic iron ore by FactSage // Int. Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2016. Vol. 23. No. 10. P. 1126 – 1132.

17. Ватолин Н.А., Моисеев Г.К., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. – М.: Металлургия, 1994. – 352 с.

18. Гамов П.А., Мальков Н.В., Рощин В.Е. Термодинамическое моделирование процесса восстановления металлов из титаномагнетитовых концентратов Суроямского месторождения // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2018. Т. 18. № 2. С. 21 – 28.

19. Okamoto H. The Fe-P (iron-phosphorus) system // Bulletin of Alloy Phase Diagrams. 1990. Vol. 11. No. 4. P. 404 – 412.

20. Кубашевский О., Олкокк С.Б. Металлургическая термохимия / Пер с англ. – М: Металлургия, 1982. – 392 с.