АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 2
1 МЕХАНИЗМ И КИНЕТИКА ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ 5
1.1 Принцип Байкова 5
1.2 Адсорбционно - автокаталитическая теория Чуфарова 6
1.3 Электронная теория восстановления металлов 8
2 ДИФФУЗИЯ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ 11
2.1 Механизмы диффузии в твердых телах 11
2.2 Диффузия в оксидах 12
3 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 14
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 17
4.1 Фазовые превращения в ильменитовом концентрате при восстановительном обжиге 17
5 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 24
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 26
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 27
В последние годы все больше внимания привлекает интерес к исследованию твердофазного восстановления металлов из железных [1-3], хромовых [4-7], марганцевых [8-9] и других руд [10-11]. Исследование твердофазной металлизации железа из ильменитовых руд не является исключением [12-14].
Переработку титаномагнетитовых и ильменитовых руд ведут либо гидрометаллургическим, либо пирометаллургическим методом.
Гидрометаллургический метод пригоден только для руд с высоким содержанием оксидов титана, при этом получают концентрат диоксида титана и малоиспользуемые соли железа и ванадия [10,11]. Пирометаллургические методы нацелены в основном на извлечение железа. Переработка по классической схеме (в доменной печи) ограничивается максимальным, не препятствующим ходу плавки содержанием оксидов титана 20-25% [12]. Одностадийная плавка в рудовосстановительных печах позволяет получать чугун и концентрат оксидов титана, при этом в шлаке оставляют около 10 % оксидов железа для предотвращения восстановления титана и последующего образования карбидов титана. Предлагаемые альтернативные методы переработки , например Iron making technology mark three (ITmk 3), требуют разбавления шлака до состава, соответствующего доменным [13]. При этом образование большего количества шлака приводит к увеличению энергетических затрат связанных с плавлением, а так же потерей титана и ванадия. Двух стадийная схема предполагает селективное извлечение железа из титаномагнетитового или ильменитового концентрата, и последующее разделение на первородное железо и концентрат оксидов титана и ванадия [9]. Исходя из приведенных ранее схем переработки, двух стадийная схема является наиболее рациональной с точки зрения комплексного извлечения всех полезных элементов.
Большинство руд требуют множество стадий обогащения основного минерала, результатом которого являются мелкодисперсные концентраты, из которых в дальнейшем делают брикеты или окатыши. Продуктами обогащения 3
титаномагнетитовый и ильменитовый концентраты. Титаномагнетитовый концентрат обычно получают стадиальной магнитной сепарацией на магнитных сепараторах слабого поля, что обуславливает комплексных характер руд.
Дробление и измельчение руд до размеров частиц, достаточных для разделения рудных и нерудных минералов являются обязательными операциями предшествующими магнитной сепарации. Измельченную руду пропускают через магнитные сепараторы со слабым полем, где после ряда очистных операций в водной среде получают титаномагнетитовый концентрат.
Зачастую изготавливаемые окатыши, брикеты содержат в себе восстановитель, остатки которого в дальнейшем невозможно отделить от рудных зерен. Ильменитовые концентраты нежелательно брикетировать с восстановителем, так как при дальнейшей переработке, неизрасходованный восстановитель будет восстанавливать титан с последующим образованием его карбидов, а зола восстановителя будет растворяться в оксидной фазе [14]. Таким образом, восстановление железа из ильменитового концентрата следует проводить без использования восстановителя внутри окатышей (брикетов). Исходя из этого, возникает интерес к распространению процесса восстановления железа в ильменитовом концентрате при отдалении от восстановителя и точечном (плохом) контакте между зернами концентрата.
Представления о механизме протекания процесса восстановления металлов из руд появились в начале ХХ века и все еще является актуальным. Предложенные учеными, теорий механизмы восстановления описывает процессы восстановления металлов из оксидов. Последнее время с развитием науки появилась и продвигается новая современная электронная теория восстановления металлов, которая позволяет более точно описывать химический процесс, протекающий между восстановителем и рудой при высоких температурах. C помощью этой теорий нам удалось объяснить как и за счет чего протекает акт химического взаимодействия на границе контакта ильменитового концентрата и восстановителя.
После восстановительного обжига при 1250 °С и разных выдержках получили положительные, показательные результаты, которые возможно описать в рамках выше приведенных теорий механизмов восстановления металлов. Процесс восстановления железа связан с образованием восстановительных анионных вакансий, которые в дальнейшем диффундируют внутрь образца. При отдалении от границы контакта восстановителя и концентрата распространение процесса восстановления имеет диффузионный характер и определяется скоростью диффузии восстановительных анионных вакансий. При контакте восстановителя и ильменитового концентрата скорость процессов восстановления железа преобладает над скоростью перестроения кристаллической решетки и выделения из нее силикатной, ильменитовой и с повышенным содержанием железа фаз.
Таким образом, современная электронная теория позволяет описывать все экспериментальные результаты восстановления металла из ильменитового концентрата и не противоречит основным законам физики и химии.
