Вязкость титанистого шлака разделительной электроплавки металлизованной смеси перовскитового и ильменитового концентратов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Для оценки возможности совместной переработки ильменитового (FeTiO3) и перовскитового (CaTiO3) концентратов, с использованием дуплекс-процесса, включающего твердофазное восстановление железа (металлизацию) и последующую разделительную электроплавку на чугун и титанистый шлак, рассмотрены свойства шлаковых расплавов. Температура начала кристаллизации (температура ликвидуса) и соответствующая ей вязкость титанистого шлака зависят от его химического состава. Увеличение содержания оксидов титана приводит к повышению значений этих свойств, а наличие оксидов железа и кальция — к уменьшению. При совместной переработке ильменитового (ИК) и перовскитового (ПК) концентратов можно регулировать содержание CaO в шлаке изменением их соотношения ПК/ИК, а долю FeO определяет степень металлизации железа в процессе предварительного восстановительного обжига смеси концентратов с углеродным восстановителем. Для выбора оптимального соотношения ПК/ИК определены температурные зависимости вязкости модельных оксидных расплавов системы TiO2—FeO—CaO—Al2O3—MgO, близких по составу шлакам, образующимся в результате плавки смесей перовскитового и ильменитового концентратов в интервале соотношений ПК/ИК, равных 0.6÷1.4, и степени металлизации от 75 до 95%.

Согласно полученным результатам, во всем интервале исследованных составов и температур вязкость шлаковых расплавов не превышает 0.8 Па·с. То есть такие шлаки будут достаточно жидкоподвижными на выпуске из плавильного агрегата, если температура расплавов будет выше температуры ликвидуса – начала их кристаллизации. Увеличение соотношения ПК/ИК по мере уменьшения степени металлизации с 95 до 75% ведет к монотонному снижению температуры ликвидуса и соответствующей ей вязкости с 1490 оC и 0.79 Па·с до 1270 оC и 0.17 Па·с соответственно. Рекомендовано использовать шихту, содержащую равные массовые доли концентратов (ПК/ИК равно 1) при расходах углеродного восстановителя в расчете на металлизацию 85% железа. В этом случае шлаки при относительно низком содержании оксида железа (3.1%) будут жидкотекучими (0.38 Па·с) с температурой начала кристаллизации 1400 оC, что позволит вести разделительную плавку при рабочих температурах 1500–1550 оC.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. С. Вусихис

Институт металлургии УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vas58@mail.ru
Россия, Екатеринбург

С. Н. Тюшняков

Институт металлургии УрО РАН

Email: vas58@mail.ru
Россия, Екатеринбург

Л. Ю. Удоева

Институт металлургии УрО РАН

Email: lyuud@yandex.ru
Россия, Екатеринбург

С. Н. Агафонов

Институт металлургии УрО РАН

Email: vas58@mail.ru
Россия, Екатеринбург

К. В. Пикулин

Институт металлургии УрО РАН

Email: vas58@mail.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Perks C., Mudd G. A detailed assessment of global Zr and Ti production // Miner Econ. 2021. 34. P. 345–370.
  2. Zhang W., Zhu Z., Cheng C. Y. A literature review of titanium metallurgical processes // Hydrometallurgy. 2011. 108. P. 177–188.
  3. Парфенов О.Г., Пашков Г.А. Проблемы современной металлургии титана. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2008.
  4. Welham N.J., Llewellyn D.J. Mechanical enhancement of the dissolution of ilmenite // Minerals Engineering. 1998. 11. №9. P. 827–841
  5. Jia L., Liang B., Lü L., Yuan S., Zheng L., Wang X., Li С. Beneficiation of titania by sulfuric acid pressure leaching of Panzhihua ilmenite // Hydrometallurgy. 2014. 150. P. 92–98.
  6. Ogasawara T., Veloso de Araujo R.V. Hydrochloric acid leaching of a pre-reduced Brazilian ilmenite concentrate in an autoclave // Hydrometallurgy. 2000. 56. P. 203–216.
  7. Nayl A.A, Awwad N.S., Aly H.F. Kinetics of acid leaching of ilmenite decomposed by KOH: Part 2. Leaching by H2SO4 and C2H2O4 // Journal of hazardous materials. 2009. 168. № 2–3. P. 793–799.
  8. Phung T.T., Nguyen N.P. (2021). Becher Method Application for Ilmenite Concentrates of Vietnam. In: Bui, XN., Lee, C., Drebenstedt, C. (eds) / Proceedings of the International Conference on Innovations for Sustainable and Responsible Mining. Lecture Notes in Civil Engineering. 109. Springer, Cham.
  9. Леонтьев Л.И., Ватолин Н.А., Шаврин С.Л., Шумаков Н.С. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. М.: Металлургия, 1997.
  10. Занавескин К.Л., Черезова Л.А., Бурмакина О.В. Повышение эффективности комплексной переработки ильменитовых концентратов / Проблемы геологии и освоения недр. Труды XXI Межд. симпозиума им. академика М.А. Усова. Томск: НИТПУ. 2017. С. 388–389.
  11. Стариков А.И., Ведешкин М.В., Монетов Г.В. Мировой и отечественный опыт переработки титансодержащего железорудного сырья. Проблемы комплексной переработки титаномагнетитов Южного Урала. Магнитогорск: Дом печати. 2001. С. 35–47.
  12. Lv W., Lv X., Xiang J., Wang J., Lv X., Bai C., Song B. Effect of pre-oxidation on the carbothermic reduction of ilmenite concentrate powder // International Journal of Mineral Processing. 2017. 169. P. 176–184.
  13. Mehdilo A., Irannajad M. Comparison of microwave irradiation and oxidation roasting as pretreatment methods for modification of ilmenite physicochemical properties //Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2016. 33. P. 59–72.
  14. Gou H.P., Zhang G.H., Chou K.C. Influence of pre-oxidation on carbothermic reduction process of ilmenite concentrate //ISIJ International. 2015. 55. № 5. P. 928–933.
  15. Gou H.-P., Zhang G.-H., Hu X.-J., Chou K.-Ch. Kinetic study on carbothermic reduction of ilmenite with activated carbon //Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017. 27. № 8. P. 1856–1861.
  16. Резниченко В.А. Электротермия титановых руд. М.: Наука. 1969.
  17. Васютинский Н.А. Титановые шлаки. М.: Металлургия. 1972.
  18. Резниченко В.А., Устинов В.С., Карязин И.А. и др. Электрометаллургия и химия титана. М.: Наука. 1982.
  19. Slag atlas. 2nd Edition. Düsseldorf: Verlag Stahlissen GmbH. 1995.
  20. Асанов А.В., Анонкин И.В., Мальков Н.В. и др. Влияние химического состава и температуры на вязкость высокотитанистых шлаков // Вестник ЮрГУ. 2008. № 9. С. 7–9.
  21. Zhang S., Wang Z., Zhanga J., Guo P., Jiang D., Si R. Effect of TiO2 and FeO on viscosity and structure of HIsmelt titanium-containing slag Shushi // Ceramics International. 2024. 50. № 1. Part A. P. 791–798.
  22. Николаев А.И., Герасимова Л.Г., Петров В.Б., Майоров В.Г. Перовскитовый концентрат — перспективное нетрадиционное сырье для производства титановой и редкометалльной продукции // Комплексное использование минерального сырья (КИМС). 2015. № 2. C. 26–34.
  23. Штенгельмейер С.В., Прусов В.А., Бочегов В.А. Усовершенствование методики измерения вязкости вибрационным вискозиметром // Заводская лаборатория. 1985. 51. № 9. С. 56–57.
  24. Арсентьев П.П., Яковлев В.В., Крашенинников М.Г. Физико-химические методы исследования металлургических процессов. М.: Металлургия. 1988.
  25. Selivanov E.N., Gulyaeva R.I., Istomin S.A., Belyaev V., Tyushnyakov S., Bykov A. Viscosity and thermal properties of slag in the process of autogenous smelting of copper–zinc concentrates // Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2015. 124. № 2. P. 88–95.
  26. Vusikhis A.S., Selivanov E.N., Dmitriev A.N., Chentsov V.P., Ryabov V.V. Structure sensitive properties of system B2O3– CaO melts // Defect and Diffusion Forum. 2020. 400. P. 186–192.
  27. Куприенко Н.В., Пономарева О.А., Тихонов Д.В. Статистика. Методы анализа распределений. Выборочное наблюдение.: Учеб. пособие. 3-е изд. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. 2009.
  28. Федоров С.А., Удоева Л.Ю., Пикулин К.В., Вусихис А.С., Черепанова Л.А. Совместная переработка перовскитового и ильменитового концентратов. Сообщение 1. Химико-минералогическая (вещественная) характеристика перовскитового и ильменитового концентратов // Известия вузов. Черная металлургия. 2024. 67. № 1. С. 27–36.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Температурные зависимости изменения вязкости шлаков различного состава в соответствии с планом эксперимента (табл. 1): а – опыты 1–3; б – опыты 4–6; в – опыты 7–9.

Скачать (101KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Вид функций отклика – вязкости шлака а и температуры ликвидуса, которой она соответствует б, в зависимости от соотношения ПК/ИК и степени металлизации смеси концентратов.

Скачать (345KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изолинии вязкости шлака а и температуры ликвидуса, которой она соответствует б, в зависимости от соотношения ПК/ИК и степени металлизации смеси концентратов.

Скачать (251KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Диаграмма корреляции экспериментальных (точки) и расчетных ( линии) значений свойств исследованных шлаков: а – вязкости ηл, Па·с; б – температуры ликвидуса tл,.оС.

Скачать (117KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024