Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Термодинамическое моделирование восстановления железа и никеля из оксидных расплавов

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-3-205-210

Полный текст:

Аннотация

Значимость исследований по восстановлению металлов из оксидных расплавов связана, в первую очередь, с пирометаллургической переработкой руд черных и цветных металлов. Так основной задачей в ходе переработки окисленных никелевых руд является повышение извлечения ценных металлов при требуемом (10 – 20 %) содержании никеля в ферроникеле и минимальном количестве примесей. С помощью методов термодинамического моделирования дана оценка показателям, достигаемым при восстановлении железа и никеля из оксидного расплава. Проведено две серии расчетов. В первой серии состав рабочего тела меняли по количеству оксидов железа и никеля при соотношении СFeО /СNiО, равном 10. Во второй серии при содержании СNiО , равном 1,8 %, варьировали СFeО для соотношений СFeО СNiО от 10 до 20. Дозированное повышение количества СО в рабочем теле позволило проследить изменение составов оксидного (СМеО ) и металлического (СМе ) расплавов, а также степеней перехода никеля (φNi ) и железа (φFe ) в металлическое состояние. Корреляционные зависимости СNiO , φNi (C0 VCO ) представлены в виде полиномов второй степени. Показатели φNi и φFe меняются с количеством введенного восстановителя, но мало зависят от состава исходной конденсированной фазы. На состав формируемого сплава Fe – Ni влияют содержания элементов в исходном расплаве и количество введенного восстановителя. Для сплавов характерно высокое (65 – 90 %) содержание никеля. Значение φNi около 98 % достигнуто при количестве введенного СО около 80 м3 на 1 т расплава. При этом степень восстановления железа не превышает 5 %. При соотношении СFeО СNiО , равном 10, содержание никеля в сплаве практически не зависит от содержания его оксида в исходном рудном расплаве и близко к 65 %. Увеличение СFeО СNiО с 10 до 20 приводит к изменению СNi соответственно от 68,5 до 52,9 %. Полученные данные значимы для обоснования технологии переработки низкокачественных окисленных никелевых руд с выделением ферроникеля требуемого состава.

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



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

Леопольд Игоревич Леонтьев, академик, советник; д.т.н., профессор; главный научный сотрудник

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

119049, Москва, Ленинский пр., 4

119991, Москва, Ленинский пр., 32а



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



С. Н. Тюшняков
Институт металлургии УрО РАН
Россия

Станислав Николаевич Тюшняков, к.т.н., старший научный
сотрудник лаборатории пирометаллургии цветных металлов

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



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. Бугельский Ю.Ю., Витовская И.В., Никитина А.П. Экзогенные рудообразующие системы коры выветривания. М.: Наука, 1990. 244 c.

3. Булах А.Г., Кривовичев В.Г., Золотарев А.А. Общая минералогия. М.: Академия, 2008. 416 с.

4. Селиванов Е.Н., Сергеева С.В., Удоева Л.Ю., Панкратов А.А. Распределение никеля по фазовым составляющим окисленной никелевой руды Серовского месторождения // Обогащение руд. 2011. № 5. С. 46–50.

5. Сорокин Е.М., Астахова Ю.М., Быстров И.Г., Иванова М.В. и др. Минералого-технологические особенности железных руд Серовского месторождения // Вестник Института геологии Коми научного центра Уральского отделения РАН. 2015. № 1. С. 18–23.

6. Пахомов Р.А., Старых Р.В. Предварительное восстановление окисленных никелевых руд // Металлы. 2014. № 6. С. 3–11.

7. Selivanov E.N., Sergeeva S.V. Prospects for the ferronickel production development from the Urals oxidized nickel ores // KnE Materials Science. 2019. Vol. 5. No. 1. Р. 77–91. http://doi.org/10.18502/kms.v5i1.3954

8. Chen J., Hayes P.C. Mechanisms and kinetics of reduction of solid NiO in CO/CO<sub>2</sub> and CO/Ar gas mixtures // Metallurgical and Materials Transactions B. 2019. Vol. 50B. P. 2623–2635. http://doi.org/10.1007/s11663-019-01662-5

9. Antola O., Holappa L., Paschen P. Nickel ore reduction by hydrogen and carbon monoxide containing gases // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 1995. Vol. 15. No. 1–4. P. 169–179. http://doi.org/10.1080/08827509508914195

10. Liu M., Liu X., Guo E., Chen P., Yuan Q. Novel process of ferronickel nugget production from nickel laterite by semi-molten state reduction // ISIJ International. 2014. Vol. 54. No. 8. P. 1749–1754. http://doi.org/10.2355/isijinternational.54.1749

11. Wang X., Sun T., Chen C., Hu T. Current studies of treating processes for nickel laterite ores // 2<sup>nd</sup> International Conference on Mechatronics Engineering and Information Technology (ICMEIT 2017). P. 139–152.

12. Elliott R., Pickles C.A., Forster J. Thermodynamic of the reduction roasting of nickeliferous laterite ore // Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering. 2016. Vol. 4. P. 320–346. http://doi.org/10.4236/jmmce.2016.46028

13. Pickles C.A., Forster J., Elliott R. Thermodynamic analysis of the carbothermic reduction roasting of a nickeliferous limonitic laterite ore // Minerals Engineering. 2014. Vol. 65. P. 33–40. http://doi.org/10.1016/j.mineng.2014.05.006

14. Rhamdhani M., Hayes P., Jak E. Nickel laterite. Part 2 – Thermodynamic analysis of phase transformations occurring during reduction roasting // Transactions of the Institutions of Mining and Metallurgy, Section C: Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2009. Vol. 118. P. 146–155. http://doi.org/10.1179/174328509X431409

15. Luoma R. A thermodynamic analysis of the system Fe–Ni–O // CALPHAD. 1995. Vol. 19. No. 3. P. 279–295. http://doi.org/10.1016/0364-5916(95)00026-B

16. Chen S., Guo S., Jiang L., Xu Y., Ding W. Thermodynamic of selective reduction of laterite ore by reducing gases // Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition). 2015. Vol. 25. No. 9. P. 3133−3138. http://doi.org/10.1016/S1003-6326(15)63943-7

17. Prostakova V., Chen J., Jak E., Decterov S.A. Experimental study and thermodynamic modeling of the MgO–NiO–SiO2 system // Journal of Chemical Thermodynamics. 2013. Vol. 62. P. 43–55. http://doi.org/10.1016/j.jct.2013.02.019

18. Prostakova V., Chen J., Jak E., Decterov S.A. Experimental study and thermodynamic optimization of the CaO–NiO, MgO–NiO and NiO–SiO<sub>2</sub> systems // CALPHAD. 2012. Vol. 37. P. 1–10. http://doi.org/10.1016/j.calphad.2011.12.009

19. 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 // Third Int. Conf. on Mathematical Modeling and Computer Simulation of Materials Technologies (MMT-2004), Ariel, Israel, 2004. Р. 1_72–77.

20. Dmitriev A., Leontiev L., Vusikhis A., Kudinov D. Liquid and gas interactio during reduction in bubbled layer // Proc. of European Metallurgical Conf. Emc2005, 18-21 September, 2005, Dresden, Germany. Vol. 3. P. 1349–1358.


Для цитирования:


Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Селиванов Е.Н., Сергеева С.В., Тюшняков С.Н. Термодинамическое моделирование восстановления железа и никеля из оксидных расплавов. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2021;64(3):205-210. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-3-205-210

For citation:


Vusikhis A.S., Leont’ev L.I., Selivanov E.N., Sergeeva S.V., Tyushnyakov S.N. Thermodynamic simulation of iron and nickel reduction from oxide melts. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2021;64(3):205-210. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-3-205-210

Просмотров: 100


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


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