Разделение компонентов железомарганцевой руды бесконтактным и контактным карботермическим восстановлением

Экспериментально подтверждена возможность совместного селективного твердофазного восстановления железа и фосфора в железомарганцевой руде. Эксперименты проведены в лабораторной печи Таммана при температуре 1000 °C и выдержке в течение 2 и 5 ч. Приведены результаты исследования фазового состава и соотношения количества фаз продуктов восстановления, а также их химического состава. Установлено, что при восстановительном обжиге в атмосфере СО обеспечивается переход из оксидной фазы в металлическую только железа и фосфора. При этом в оксидной фазе руды повышается концентрация оксида марганца MnO. Использование в качестве восстановителя твердого углерода в этих же условиях приводит к переходу в металлическую фазу вместе с железом и фосфором части марганца. Исходя из полученных данных предлагается селективное восстановление железа и фосфора проводить при температуре 1000 °С восстановительным газом. Газовое восстановление позволит использовать для металлизации железа и фосфора в железомарганцевой руде существующие газовые, в частности, многоподовые печи, а в качестве восстановителя и энергоносителя - природный газ, в том числе обогащенный водородом, и даже чистый водород. Благодаря этому на стадии металлизации руды при производстве марганцевых сплавов могут быть уменьшены выбросы парникового газа СО₂ . Результаты работы могут быть использованы при разработке теоретических и технологических основ переработки железомарганцевых руд с повышенным содержанием фосфора, которые существующими технологиями не перерабатываются.

1. Дашевский В.Я., Александров А.А., Жучков В.И., Леонтьев Л.И. Проблема марганца в российской металлургии // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 8. С. 579-590. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-8-579-590

2. Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Едильбаев А.И., Едильбаев Б.А. Марганцевые руды Кемеровской области - Кузбасса и методы их обогащения // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 5. С. 344-350. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-5-344-350

3. Kononov R., Ostrovski O., Ganguly S. Carbothermal solid state reduction of manganese ores: 3. Phase development // ISIJ International. 2009. Vol. 49. No. 8. P. 1115-1122. https://doi.org/10.2355/isijinternational.49.1115

4. Chen J., Tian P.F., Song X.A., Li N., Zhou J.X. Microstructure of solid phase reduction on manganese oxide ore fines containing coal by microwave heating // Journal of Iron and Steel Research International. 2010. Vol. 17. No. 3. P. 13-20. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(10)60066-0

5. Yuan S., Zhou W., Han Y., Li Y. Separation of manganese and iron for low-grade ferromanganese ore via fluidization magnetization roasting and magnetic separation technology // Minerals Engineering. 2020. Vol. 152. Article 106359. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2020.106359

6. Gao L., Liu Z., Pan Y., Feng C., Ge Y., Chu M. A study on separation of Mn and Fe from high-alumina ferruginous manganese ores by the carbothermal roasting reduction process // Advanced Powder Technology. 2020. Vol. 31. No. 1. P. 51-60. https://doi.org/10.1016/j.apt.2019.09.036

7. Liu B., Zhang Y., Su Z., Lu M., Peng Z., Li G., Jiang T. Formation mechanism of MnxFe3-xO4 by solid-state reaction of MnO2 and Fe2O3 in air atmosphere: morphologies and properties evolution // Powder Technology. 2017. Vol. 313. P. 201-209. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2017.03.012

8. Liu B., Zhang Y., Wang J., Wang J., Su Z., Li G., Jiang T. New understanding on separation of Mn and Fe from ferruginous manganese ores by the magnetic reduction roasting process // Applied Surface Science. 2018. Vol. 444. P. 133-144. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.02.234

9. Gao P., Sun Y.S., Ren D.Z., Han Y.X. Growth of metallic iron particles during coal-based reduction of a rare earths-bearing iron ore // Mining, Metallurgy and Exploration. 2013. Vol. 30. P. 74-78. https://doi.org/10.1007/bf03402343

10. Li Y.J., Sun Y.S., Han Y.X., Gao P. Coal-based reduction mechanism of low-grade laterite ore // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013. Vol. 23. P. 3428-3433. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62884-8

11. Tang H.Q., Guo Z.C., Zhao Z.L. Phosphorus removal of high phosphorus iron ore by gas-based reduction and melt separation // Journal of Iron and Steel Research International. 2010. Vol. 17. No. 9. P. 1-6. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(10)60133-1

12. Kim D.-Y., Kim H.-S., Jung S.-M. Production of (Mn, Fe)-carbide containing low phosphorus by carbothermic reduction of Mn oxide and Fe oxide // ISIJ International. 2015. Vol. 55. No. 3. P. 504-512. https://doi.org/10.2355/isijinternational.55.504

13. Салихов С.П., Сулеймен Б., Рощин В.Е. Селективное восстановление железа и фосфора из оолитовой руды // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 7. С. 560-567. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-7-560-567

14. Грошкова А.Л., Полулях Л.А., Травянов А.Я., Дашевский В.Я., Юсфин Ю.С. Распределение фосфора между фазами при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца в доменной печи // Известия вузов. Черная металлургия. 2007. № 11. С. 12-16.

15. Iwama T., Du Chuan-ming, Gao Xu, Kim S., Ueda S., Kitamura S. Extraction of phosphorus from steelmaking slag by selective leach-ing using citric acid // ISIJ International. 2018. Vol. 58. No. 7. P. 1351-1360. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2017-658

16. Shin D.J., Gao X., Ueda S., Kitamura S.Y. Selective recovery of P and Mn from steelmaking slag by carbothermic reduction. Minerals, Metals and Materials Series. 2018. Vol. F10. P. 305-311. https://doi.org/10.1007/978-3-319-72138-5_31

17. Пат. № 2594997 РФ. Способ дефосфорации марганцевых руд и концентратов / В.Я. Дашевский, Ю.С. Юсфин, Л.А. Полулях и др. Заявл. 26.06.2015; опубл. 20.08.2016. Бюл. № 23.

18. Дашевский В.Я., Александров А.А., Леонтьев Л.И., Овчинникова Г.А. Марганцевые ферросплавы из отечественных руд. В кн.: Институт металлургии материаловедения им. А.А. Байкова РАН - 80 лет. Сборник научных трудов. М.: Интерконтакт Наука, 2018. С. 313-326.

19. Лякишев Н.П., Гасик М.И., Дашевский В.Я. Металлургия ферросплавов. Ч. 1. Металлургия сплавов кремния, марганца и хрома. М.: Учеба, 2006. 117 с.

20. Косдаулетов Н., Рощин В.Е. Определение условий селективного восстановления железа из железомарганцевой руды // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 11-12. С. 952-959. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-11-12-952-959

21. Kosdauletov N.Y., Roshchin V.E. Estimation of selective reduction of iron and phosphorus from manganese ores of different genesis // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 966. No. 1. Article 012036. https://doi.org/10.1088/1757-899X/966/1/012036