ВВЕДЕНИЕ 2
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 5
1.1 Существующие представления о механизме твердофазного
восстановления металлов 9
2. МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДИКА И ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 15
2.1 Материалы 15
2.2. Описание установок 17
2.3 Методика и описание экспериментов 21
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА, ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ
ОБСУЖДЕНИЕ 24
3.1 Анализ исходных материалов 24
3.2 Восстановительный обжиг при 1200OC и выдержке 3 часа 24
3.3 Восстановительный обжиг при 1200OC и выдержке 2 часа 25
3.4 Восстановительный обжиг при 1400OC и выдержке 2 часа 26
3.5 Восстановительный обжиг при 1400OC и выдержке 1 час 28
3.6 Восстановительный обжиг при 1300OC и выдержке 4 часа 30
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 34
Хром - элемент IVa группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, с молекулярной массой 51,9, плотностью 7,19 г/см3 и температурой плавления 1875 °С.
Железо и хром образуют непрерывный ряд твердых растворов. При определенных условиях термической обработки в средней части системы железо-хром при температуре ниже 820 °С образуется о-фаза (интерметаллическое соединение FeCr).
С углеродом хром образует карбиды Cr4C, Cr2C3 и Cr3C2, имеющие температуру плавления 1520, 1780, 1895 °С (соответственно).
Хром входит как легирующий элемент в очень многие стали и сплавы.
Хром обеспечивает коррозионную стойкость стали, особенно в окисленных средах начиная с содержания его в металле 11,07%, благодаря образованию на поверхности металла защитной плёнки окислов хрома. С увеличением содержания хрома растёт коррозионная стойкость нержавеющих сталей в атмосфере и в некоторых других коррозионных средах.
Хромовые руды состоят в основном из хромшпинелидов: хромит FeCr2O4, (46,5% Cr), магнохромит (Mg, Fe)Cr2O4 (42% Cr), алюмохромит Fe (CrAl)2O4 (37% Cr), хромпикотит (Mg, Fe)(Cr, Al)2O4, содержащий 33% Cr и др. Хромшпинелиды содержат до 62% Cr2O3, остальная часть приходится на окислы
железа, алюминия, магния.
Химический состав хромшпинелидов колеблется в следующих пределах, %: Cr2O3-61,7-63,8; MgO-13,3-15,5; AhO3-8,9-10,7; FeO-12,3-13,4.
Состав минералов, цементирующих в монолит зерна хромшпинелидов, непостоянен, основной цементирующий минерал - серпентин 3(Mg, Fe)O-2SiO2- 2H2O-2H2O. Часто одновременно и в значительных количествах присутствуют
тальк, хлорит, магнезит, разновидности кварца, гидроксиды железа. Содержание оксида хрома в рудах зависит от густоты вкраплений зерен породе и колеблется в пределах 30-63%.
Кремнезем входит в состав цементирующих пород и находится в виде силикатов магния и алюминия. Оксиды магния, алюминия и железа находятся в составе хромошпинелидов и цементирующих пород. Содержание оксида кальция не превышает 2,5% и обусловлено включениями апатита, фосфорита и доломита. Содержание фосфора колеблется в пределах 0,003-0,05, серы - 0,001-0,01%. В незначительных количествах (десятые доли процента) отмечены никель, марганец, титан, кобальт, ванадий, медь и ряд других элементов.
Наиболее важным показателями при оценке качества хромовой руды
являются:
а) содержание в не окиси хрома; для получения хороших техникоэкономических показателей при производстве феррохрома желательно, чтобы содержание окиси хрома в руде было не ниже 45%;
б) отношение концентраций окиси хрома и закиси железа, которое не должно быть ниже 2,5; такое соотношение обеспечивает получение сплава с 60% Cr;
в) количество и состав пустой породы, которые определяют количество шлака, получающегося при плавке; чем больше шлака, тем больше расход электроэнергии на его плавление и перегрев, тем больше расход электроэнергии на его плавление и перегрев, тем больше потери хрома со шлаком.
В настоящее время, процесс производства углеродистого феррохрома заключается в жидкофазном восстановлении углеродом (углерод в твёрдом состоянии) металлов из оксидов. При этом образуются карбиды железа и хрома, а также соединения со смешанным катионным наполнением (например (Fe, Cr)7C3). Затем жидкая фаза разделяется на металлическую и шлаковую.
Жидкофазный процесс производства феррохрома достаточно исследован, применяется в промышленных масштабах. Но восстановление металла с предварительным плавлением шихтовых материалов связано с большими энергетическими затратами на нагрев и плавление руды , Образующийся шлак требует добавления флюсующих оксидов для образования легкоплавких Восстановление без плавления шихтовых материалов позволит сократить затраты электроэнергии, расходы шлакообразующих элементов. Таким способом может быть способ твердофазного восстановления железа и хрома из богатой хромовой руды. При этом металлы восстанавливаются из оксидов без плавления, а образование металлической и шлаковой фазы происходит в твёрдом виде.
Нами был проделан и проанализирован ряд экспериментов, в результате чего можно сделать следующие выводы по работе:
- Экспериментально подтверждена возможность твёрдофазного восстановления из порошкообразной руды без окомкования;
- подтверждено, что первичным продуктом восстановления является металлический сплав, а не сплав карбидов. Карбидообразование является вторичным процессом взаимодействия уже восстановленного металла с углеродом. Восстановление происходит по схеме электрохимических процессов, в которых твёрдоэлектролитным материалом являются силикатные фазы;
- при повышенном содержании оксидов железа в процессе восстановления принципиальных изменений не обнаруживается.
- Выявленные особенности селективного восстановления металлов в кристаллической решётке сложных оксидов могут быть основой для освоения ресурсо- и знергосберегающих технологий их селективного извлечения из бедных и комплексных руд без плавления руды и при использовании низкосортного каменного угля в качестве восстановителя и энергоносителя.
- в следствии извлечения аниона кислорода из кристаллической решетки комплексного оксида образуется анионная вакансия с двумя «лишними» электронами, являющимися носителями металлических свойств. Восстановительный процесс в зерне хромшпинелида осуществляется перемещением «лишних» электронов и анионных вакансий в следствии нагрева, от места их образования к местам стока внутри оксидной фазы зерна хромшпинелида, в следствии чего в местах стока начинается образование металлической фазы;
- образование карбидов происходит в следствии науглераживания первичного металла на поверхности оксида хромшпинелида, а также продиффундированного металла сквозь шлаковую оболочку. Первичное образование карбидов происходит по вершинам кристаллической решетки оксида хромшпинелида;
