Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Термодинамическое моделирование восстановления металлов из расплавов высокожелезистой окисленной никелевой руды

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-1-46-51

Полный текст:

Аннотация

Ферроникель, получаемый в настоящее время из окисленных никелевых руд в различных агрегатах, содержит 5 – 20 % Ni. Экспериментально показана возможность получения богатого (около 70 % Ni) ферроникеля из расплава силикатной никелевой руды в ходе ее обработки газом-восстановителем. Используя методику термодинамического моделирования металлургических процессов, адаптированную к открытым системам, рассмотрены особенности восстановления высокожелезистой разновидности никелевой руды Серовского месторождения монооксидом углерода. Для расчетов принят следующий состав оксидного расплава, % (по массе): 60,4 Fe2O3; 1,4 NiO; 0,14 СоО; 5,8 Аl2O3 ; 17,0 SiO2; 4,2 MgO; 11,1 CaO. Моделирование вели при давлении 0,1 МПа, количестве монооксида углерода в единичной порции 10,6 дм3/кг и температурах 1673, 1723, 1773 К. В ходе расчетов выявлены зависимости, связывающие содержания оксидов никеля (CNiO), железа (СFe2O3 , CFe3O4 , CFeO) и кобальта (CСоО) в оксидном расплаве и металлов в сплаве (СNi, СFe, СCo), а также степени их перехода в металлическое состояние (φNi , φFe, φCo) с количеством введенного газа. Определены содержания металлов в единичной порции восстановленного металла. В интервале температур 1673 – 1773 К и количестве введенного СО, равном 190 дм3/кг, содержание Fe2O в оксидном расплаве составляет 0,17 – 0,12 % , Fe3O4 – 1,77 – 1,05 %, FeO – 55,6 – 56,5 %, NiO – 0,026 – 0,037 %, СоО3 – 0,061 – 0,068 %. При степени восстановления никеля 98 % степень восстановления железа составляет 5 %, а кобальта – 56 – 61 %. В сплаве, сформированном из восстановленных металлов, содержится около 30 % никеля, 63 – 65 % железа и 2 % кобальта. Таким образом, показана возможность при определенных условиях селективного восстановления никеля и кобальта. Полученные данные значимы для обоснования параметров технологических процессов производства ферроникеля из высокожелезистых окисленных никелевых руд.

Об авторах

А. С. Вусихис
Институт металлургии УрО РАН
Россия

Александр Семенович Вусихис, к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории пирометаллургии цветных металлов

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



Е. Н. Селиванов
Институт металлургии УрО РАН
Россия

Евгений Николаевич Селиванов, д.т.н., заведующий лабораторией пирометаллургии цветных металлов

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



С. В. Сергеева
Институт металлургии УрО РАН
Россия

Светлана Владимировна Сергеева, к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории пирометаллургии цветных металлов

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



Л. И. Леонтьев
Институт металлургии УрО РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Президиум РАН
Россия

Леопольд Игоревич Леонтьев, академик РАН, советник, Президиум РАН, д.т.н., профессор, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», главный научный сотрудник, Институт металлургии УрО РАН

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
119049, Москва, Ленинский проспект, 4
119991, Москва, Ленинский проспект, 32а 



Список литературы

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

2. Yucel O., Turan A., Yildirim H. Investigation of pyrometallurgical nickel pig iron (NPI) production process from lateritic ores // 3 rd Int. Symposium on High Temperature Processing, TMS (The Minerals, Metals & Material Society). 2012. P. 17–23.

3. Yildirim H., Morcali M.H., Turan A., Yucel O. Nickel pig iron production from lateritic nickel ores // 13 th Int. Ferroalloys Congress, June 2013, Almaty, Kazakhstan. P. 237–244.

4. Kruger P., Silva C.A., Vieira C.B., Araujo F.G.S., Seshadri V. Relevant aspects related to production of iron nickel alloys (pig iron containing nickel) in mini blast furnaces // 12 th Int. Ferroalloys Congress, Sustainable Future, June 6–9, 2010, Helsinki, Finland. P. 671–681.

5. Turan A., Yucel O., Yildirim H. Nickel pig iron (NPI) production from domestic lateritic nickel ores using induction furnace // Int. Iron & Steel Symposium, Karabuk, Turkey, April 2012. Р. 337–344.

6. Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. Т. 2. М.: Наука и техника, 2001. 468 с.

7. Kotze I.J. Pilot plant production of ferronickel from nickel oxide ores and dusts in a DC arc furnace // Minerals Engineering. 2002. Vol. 15. No. 11. Р. 1017–1022. https://doi.org/10.1016/S0892-6875(02)00127-9

8. Тарасов А.В., Парецкий В.М. Современный взгляд на роль электроплавки в производстве тяжелых цветных металлов // Электрометаллургия. 2003. № 5. С. 12–23.

9. Reynolds Q.G., Jones R.T. Semi-empirical modelling of the electrical behavior of DC-arc smelting furnaces // Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy. 2004. No. 6. Р. 1–7.

10. Keskinkilic E. Nickel laterite smelting processes and some examples of recent possible modifications to the conventional route // Metals. 2019. Vol. 9. No. 9. P. 974–990. https://doi.org/10.3390/met9090974

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

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

13. 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.

14. Bakker M.L., Nikolic S., Mackey P.J. ISASMELT™ TSL applications for nickel // Minerals Engineering. 2011. Vol. 24. No. 7. P. 610–619. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2010.09.016

15. Крашенинников М.В., Маршук Л.А., Леонтьев Л.И. Селективное восстановление никеля из оксидного расплава // Расплавы. 1998. № 4. С. 45–48.

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

17. Белов Г.В., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем. М.: МГТУ, 2013. 96 с.

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 // Mineral Engineering. 2013. Vol. 54. Р. 52–62. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2013.03.029

19. Sohn H.Y. Process modeling in non-ferrous metallurgy // Treatise on Process Metallurgy: Industrial Processes. Oxford: Elsevier Ltd., 2014. Chapter 2.4. P. 701–838.

20. Elliott R., Pickles C.A., Forster J. Thermodynamics of the reduction roasting of nickeliferous laterite ores // Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering. 2016. No. 4. P. 320–346. https://doi.org/10.4236/jmmce.2016.46028

21. Vusikhis A.S., Dmitriev A.N., Kudinov D.Z., Leontiev L.I. The study of liquid and gas phases interaction during the reduction of metal oxides from the melts by gas reductant in bubbled layer // 3rd Int. Conf. on Mathematical Modeling and Computer Simulation of Materials Technologies (MMT-2004), Ariel, Israel. 2004. Р. 1_72–77.

22. Dmitriev A., Leontiev L., Vusikhis A., Kudinov D. Liquid and gas interactio during reduction in bubbled layer // European Metallurgical Conf. EMC’2005, Dresden, Germany, September 18–21, 2005. Vol. 3. P. 1349–1358.

23. Slag Atlas. 2nd ed. Düsseldorf: Verlag Stahleisen GmdH, 1995. 616 p.

24. Raynor G.V., Rivlin V.G. Co–Fe–Ni in Phase Equilibria in Iron Ternary Alloys. London: Inst. Metals, 1988. P. 247–255.


Для цитирования:


Вусихис А.С., Селиванов Е.Н., Сергеева С.В., Леонтьев Л.И. Термодинамическое моделирование восстановления металлов из расплавов высокожелезистой окисленной никелевой руды. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2021;64(1):46-51. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-1-46-51

For citation:


Vusikhis A.S., Selivanov E.N., Sergeeva S.V., Leont’ev L.I. Thermodynamic modeling of metal reduction from melts of high-iron oxidized nickel ore. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2021;64(1):46-51. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-1-46-51

Просмотров: 106


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


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