Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Термодинамическое моделирование восстановления железа и никеля из расплава B2O3 – CaO – Fe2O3 – NiO смесями СО – СО2 и Н2 – Н2О

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-5-353-359

Полный текст:

Аннотация

Для прогнозирования условий восстановления металлов из оксидного расплава газом в барботажных процессах разработана методика термодинамического моделирования, обеспечивающая приближение к реальным системам. Основное отличие принятой методики от известных заключается в проведении последовательных расчетных циклов с выводом из состава рабочего тела образовавшихся газов и металлической фазы. В представленной работе приведены результаты термодинамического моделирования процессов восстановления никеля и железа из расплавов B2O3 – CaO – Fe2O3 – NiO смесями СО – СО2 и Н2 – Н2О, содержащими 0 – 60 % СО2 (Н2О) в интервале температур 1273 – 1673 К. В ходе расчетов оценивали содержание оксидов никеля и железа в расплаве и степень их восстановления. Показано, что независимо от состава газа этот процесс протекает в несколько этапов. На первом этапе происходит восстановление Fe2O3 до Fe3O4 и FeO. Значения СFe2O3 уменьшаются почти до нуля, одновременно увеличиваются СFe3O4 и СFeO . К концу этапа СFe3O4  достигает максимального значения. На втором этапе происходит переход Fe3O4 → FeO, когда значения СFeO достигают максимума, никель и железо начинают восстанавливаться до металла. При восстановлении смесью СО – СО2 повышение температуры уменьшает металлизацию как никеля, так и железа. Аналогично влияет увеличение содержания СО2 во вводимом газе. В процессе взаимодействия оксидного расплава с газом, содержащим 60 % СО2 , третий этап отсутствует. При восстановлении смесью Н2 – Н2О повышение температуры уменьшает металлизацию никеля, но увеличивает железа. С ростом содержания во вводимом газе паров воды снижается степень металлизации как никеля, так и железа. Полученные данные полезны для создания технологий селективного восстановления металлов и формирования ферроникеля требуемого состава.

Об авторах

А. С. Вусихис
Институт металлургии УрО РАН
Россия

Александр Семенович Вусихис, кандидат технических наук, 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, советник, Президиум РАН; доктор технических наук, профессор, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; главный научный сотрудник, Институт металлургии УрО РАН

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, доктор технических наук, заведующий лабораторией пирометаллургии цветных металлов

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



Список литературы

1. Явойский А.В., Харлашин П.С., Чаудри Т.М. Научные основы современных сталеплавильных процессов. Мариуполь: ПГТУ, 2003. 276 с.

2. Морозов А.П., Агапитов Е.Б. Интенсификация комплексной обработки стали при циркуляционном вакуумировании с плазменным нагревом. Магнитогорск: МГТУ, 2003. 139 с.

3. Romenets V.A. Romelt Process // I&SM (Iron & Steelmaker). 1995. Vol. 22. No. 1. P. 37–41.

4. Дорофеев Г.А., Янтовский П.Р., Смирнов К.Г., Степанов Я.М. Процесс ORIEN для выплавки высококачественных сталей из рудного и энергетического сырья на приципе самоэнергообеспечения // Черные металлы. 2017. № 5. С. 17–23.

5. Плавка в жидкой ванне / А.В. Ванюков, В.П. Быстров, А.Д. Васкевич и др. М.: Металлургия, 1986. 259 с.

6. Schlesinger M.E., King M.J., Sole K.C., Davenport W.G. Extractive Metallurgy of Copper. 5th Edition. Elsevier, 2011. 481 p.

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

8. Bakker M.L., Nikolic S., Burrows A.S., Alvear G.R.F. ISACONVERTTM – continuous converting of nickel/PGM mattes // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2011. Vol. 111. No. 10. Р. 285–294.

9. Hughes S., Reuter M.A., Baxter R., Kaye A. AUMELT technology for lead and zinc processing // Proceedings of Lead and Zinc 2008, 25-29 February 2008, South African Institute of Mining and Metallurgy (SAIMM), South Africa. P. 147–162.

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

11. Русаков М.Р. Обеднение шлаковых расплавов продувкой восстановительными газами // Цветные металлы. 1985. № 3. С. 40–42.

12. Комков А.А., Баранова Н.В., Быстров В.П. Исследование восстановительного обеднения высокоокисленных шлаков в условиях барботажа // Цветные металлы. 1994. № 12. С. 26–30.

13. Фомичев В.Б., Князев М.В., Рюмин А.А. и др. Исследование процесса обеднения шлаков продувкой их газовыми смесями с различным парциальным давлением кислорода // Цветные металлы. 2002. № 9. С. 32–36.

14. Комков А.А., Камкин Р.Н. О механизме восстановления оксидов при продувке медеплавильных шлаков газовыми смесями СО – СО2 // Известия вузов. Цветная металлургия. 2019. № 6. С. 13–22.

15. Вусихис А.С., Ченцов В.П., Кудинов Д.З., Леонтьев Л.И., Селиванов Е.Н. Формирование металлической фазы при барботаже газом-восстановителем многокомпонентного оксидного расплава. Сообщение 1. Теоретические основы процесса // Известия вузов. Черная металлургия. 2016. № 9. С. 639–644. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-9-639-643

16. Вусихис А.С., Дмитриев А.Н., Леонтьев Л.И., Шаврин С.В. Кинетика восстановления оксидов металлов из расплава газомвосстановителем в барботируемом слое // Материаловедение. 2002. № 10. С. 30–34.

17. 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 // The 3rd Int. Conf. on Mathematical Modeling and Computer Simulation of Materials Technologies (MMT-2004), Ariel, Israel. 2004. Р. 1_72–77.

18. Dmitriev A., Leontiev L., Vusikhis A., Kudinov D. Liquid and gas interaction during reduction in bubbled layer // Proceedings – European Metallurgical Conference. EMC 2005, Dresden, Germany, 2005. Vol. 3. P. 1349–1358.

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

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

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

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

23. 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.


Для цитирования:


Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Селиванов Е.Н. Термодинамическое моделирование восстановления железа и никеля из расплава B2O3 – CaO – Fe2O3 – NiO смесями СО – СО2 и Н2 – Н2О. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2021;64(5):353-359. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-5-353-359

For citation:


Vusikhis A.S., Leont’ev L.I., Selivanov E.N. Thermodynamic modeling of nickel and iron reduction from B2O3 – CaO – Fe2O3 – NiO melt by СО – СО2 and Н2 – Н2О mixtures. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2021;64(5):353-359. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-5-353-359

Просмотров: 53


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


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