Помощь студентам в учебе
КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВЫДЕЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФАЗЫ ПРИ ТВЕРДОФАЗНОМ КАРБОТЕРМИЧЕСКОМ ВОССТАНОВЛЕНИИ ЖЕЛЕЗА В СТРУКТУРНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ДУНИТА
|
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1 Дунит - горная порода 10
1.2 Месторождения дунита в мире 10
1.3 Месторождения дунита в России 13
1.3.1 Нижнетагильский дунит 14
1.3.2 Соловьевогорский дунит 15
2 ТВЕРДОФАЗНОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОКСИДОВ 17
2.1 Существующие общие представления о механизме твердофазного
восстановления металлов из оксидов 17
2.2 Исследования по твердофазному восстановлению металлов из комплексных
РУД 19
2.3 Основные положения теории селективного восстановления железа в
кристаллической решетке комплексных и бедных руд 21
3 ПРОГРАММНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ОБРАБОТКИ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ 29
3.1 Программный пакет ImageJ 1.8.060 29
3.2 Микроскоп электронный растровый JSM-6460LV 31
3.2.1 Назначение средства измерений 31
3.2.2 Описание средства измерений 31
3.2.3 Программное обеспечение 31
3.3 Программный пакет AnalySIS Imaging Solutions for Light Microscopy 33
4 ОБЪЕКТ ЭКСПЕРИМЕТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ТВЕРДОФАЗНОМУ КАРБОТЕРМИЧЕСКОМУ ВОССТАНОВЛЕНИЮ ЖЕЛЕЗА В СТРУКТУРНЫХ
СОСТАВЛЯЮЩИХ ДУНИТА 35
4.1 Объект экспериментального исследования по твердофазному
карботермическому восстановлению 35
4.2 Методика проведения экспериментов по восстановлению железа из
магнезиального-железистого силиката 37
5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТВЕРДОФАЗНОГО КАРБОТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА В СТРУКТУРНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ДУНИТА 41
5.1 Результаты химического и фазового состава дунита после твердофазного
карботермического восстановления железа 41
5.2 Результаты экспериментальных исследований твердофазного
карботермического восстановления железа в структурных составляющих магнезиального-железистого силиката 43
5.3 Сравнение результатов экспериментальных исследований по твердофазному карботермическому восстановлению железа в магнезиальном-железистом
силикате 50
5.4 Анализ и обсуждение результатов 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 57
ПРИЛОЖЕНИЕ 62
ПРИЛОЖЕНИЕ А 62
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 65
1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1 Дунит - горная порода 10
1.2 Месторождения дунита в мире 10
1.3 Месторождения дунита в России 13
1.3.1 Нижнетагильский дунит 14
1.3.2 Соловьевогорский дунит 15
2 ТВЕРДОФАЗНОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОКСИДОВ 17
2.1 Существующие общие представления о механизме твердофазного
восстановления металлов из оксидов 17
2.2 Исследования по твердофазному восстановлению металлов из комплексных
РУД 19
2.3 Основные положения теории селективного восстановления железа в
кристаллической решетке комплексных и бедных руд 21
3 ПРОГРАММНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ОБРАБОТКИ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ 29
3.1 Программный пакет ImageJ 1.8.060 29
3.2 Микроскоп электронный растровый JSM-6460LV 31
3.2.1 Назначение средства измерений 31
3.2.2 Описание средства измерений 31
3.2.3 Программное обеспечение 31
3.3 Программный пакет AnalySIS Imaging Solutions for Light Microscopy 33
4 ОБЪЕКТ ЭКСПЕРИМЕТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ТВЕРДОФАЗНОМУ КАРБОТЕРМИЧЕСКОМУ ВОССТАНОВЛЕНИЮ ЖЕЛЕЗА В СТРУКТУРНЫХ
СОСТАВЛЯЮЩИХ ДУНИТА 35
4.1 Объект экспериментального исследования по твердофазному
карботермическому восстановлению 35
4.2 Методика проведения экспериментов по восстановлению железа из
магнезиального-железистого силиката 37
5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТВЕРДОФАЗНОГО КАРБОТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА В СТРУКТУРНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ДУНИТА 41
5.1 Результаты химического и фазового состава дунита после твердофазного
карботермического восстановления железа 41
5.2 Результаты экспериментальных исследований твердофазного
карботермического восстановления железа в структурных составляющих магнезиального-железистого силиката 43
5.3 Сравнение результатов экспериментальных исследований по твердофазному карботермическому восстановлению железа в магнезиальном-железистом
силикате 50
5.4 Анализ и обсуждение результатов 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 57
ПРИЛОЖЕНИЕ 62
ПРИЛОЖЕНИЕ А 62
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 65
Современные технологии извлечения железа из руды и превращения его в сталь эффективны при переработке высококачественных железных руд с использованием дефицитного коксующегося угля требуют комплексной подготовки сырья для получения дорогостоящих промежуточных продуктов- агломерата, окатышей и кокса, многократной плавки шихтовых материалов, многократного нагрева и охлаждения металла. Они трудоёмки, ресурсе- и энергозатратны, требуют строительства уникальных металлургических агрегатов, высоких финансовых затрат и наносят огромный ущерб окружающей среде. Однако они не применимы для переработки бедных и комплексных руд [1]. Интерес к бескоксовым способам извлечения железа постоянно растет, повышается необходимость вовлечения в производство бедных и комплексных руд. Следствием этого явилось большое количество работ, посвященных изучению процесса восстановления железа из различных рудных и нерудных материалов с использованием разных углеродсодержащих восстановителей [3-4]. Однако в результате неоднородного состава рудного материала картина выделения в нем металла значительно отличается от результатов восстановления железа в богатых рудах [2].
По характеру выделения металла в оксидах можно оценивать развитие процесса твердофазного восстановления. В процессе восстановления распределение металла в разных рудах имеет свои особенности. Так, к примеру, при восстановлении металла в бедных южноуральских хромовых рудах процесс восстановления распространяется по объему куска без образования на поверхности сплошной металлической оболочки, однако с выделением металлической фазы в объеме, при этом каналами распространения восстановительного процесса являются нерудные прослойки силикатной фазы. В последующем в этих рудах процесс восстановления распространяется от прожилок силикатной фазы вглубь блоков малоизмененного шпинелида с выделением металла по кристаллографическим плоскостям шпинелида. В богатых хромовых рудах при отсутствии прожилок силикатной фазы восстановление развивается фронтально от поверхности и по объему куска распространяется значительно медленнее по сравнению с бедными хромовыми рудами, разбитыми сеткой силикатных прожилок [5].
Выбор дунита в качестве объекта данного исследования продиктован значительно более низким содержанием в нём оксидов железа. Это позволяет по характеру распределения частиц металла после твердофазного восстановления оценить расположение катионов железа в исходных фазах перейти к количественному расчёту фаз и, как следствие, к средней количественной оценке физических процессов, влияющих на процесс восстановления металлов в исследуемом материале.
Данная работа посвящена исследованию оценки количественных параметров выделения металлической фазы при твердофазном карботермическом восстановлении железа в структурных составляющих дунита.
Цель работы - оценить количественные параметры выделения металлической фазы при твердофазном карботермическом восстановлении железа в структурных составляющих дунита.
Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Осуществить теоретический обзор литературы по твердофазному восстановлению железа и по породе дунит.
2. Разработать методику определения количественных параметров выделения металлической фазы при твердофазном карботермическом восстановлении железа в структурных составляющих дунита.
3. Оценить количественные параметры восстановившегося железа при твердофазном карботермическом восстановлении в структурных составляющих дунита на основе использования программ ImageJ 1.8.0 60 и AnalySIS Imaging Solutions for Light Microscopy.
4. Сравнить количественные параметры выделившегося металлических частиц при твердофазном карботермическом восстановлении в структурных составляющих дунита.
По характеру выделения металла в оксидах можно оценивать развитие процесса твердофазного восстановления. В процессе восстановления распределение металла в разных рудах имеет свои особенности. Так, к примеру, при восстановлении металла в бедных южноуральских хромовых рудах процесс восстановления распространяется по объему куска без образования на поверхности сплошной металлической оболочки, однако с выделением металлической фазы в объеме, при этом каналами распространения восстановительного процесса являются нерудные прослойки силикатной фазы. В последующем в этих рудах процесс восстановления распространяется от прожилок силикатной фазы вглубь блоков малоизмененного шпинелида с выделением металла по кристаллографическим плоскостям шпинелида. В богатых хромовых рудах при отсутствии прожилок силикатной фазы восстановление развивается фронтально от поверхности и по объему куска распространяется значительно медленнее по сравнению с бедными хромовыми рудами, разбитыми сеткой силикатных прожилок [5].
Выбор дунита в качестве объекта данного исследования продиктован значительно более низким содержанием в нём оксидов железа. Это позволяет по характеру распределения частиц металла после твердофазного восстановления оценить расположение катионов железа в исходных фазах перейти к количественному расчёту фаз и, как следствие, к средней количественной оценке физических процессов, влияющих на процесс восстановления металлов в исследуемом материале.
Данная работа посвящена исследованию оценки количественных параметров выделения металлической фазы при твердофазном карботермическом восстановлении железа в структурных составляющих дунита.
Цель работы - оценить количественные параметры выделения металлической фазы при твердофазном карботермическом восстановлении железа в структурных составляющих дунита.
Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Осуществить теоретический обзор литературы по твердофазному восстановлению железа и по породе дунит.
2. Разработать методику определения количественных параметров выделения металлической фазы при твердофазном карботермическом восстановлении железа в структурных составляющих дунита.
3. Оценить количественные параметры восстановившегося железа при твердофазном карботермическом восстановлении в структурных составляющих дунита на основе использования программ ImageJ 1.8.0 60 и AnalySIS Imaging Solutions for Light Microscopy.
4. Сравнить количественные параметры выделившегося металлических частиц при твердофазном карботермическом восстановлении в структурных составляющих дунита.
Определены количественные параметры выделения металлической фазы при твердофазном карботермическом восстановлении железа в структурных составляющих дунита. На основе проведённых исследований можно сделать следующие выводы:
1. На основе использования программ ImageJ 1.8.060 и AnalySIS Imaging Solutions for Light Microscopy освоена методика определения количественных параметров восстановленного железа при твердофазном карботермическом восстановлении в структурных составляющих дунита.
2. При температуре 1300°C и времени выдержки 1 час металлические частицы в фазе оливин отсутствуют (железо не восстанавливается). В фазе форстерит при этих же условиях железо восстанавливается.
3. При температуре 1500°С и времени выдержки 1 час металлические частицы образовались и в фазе форстерит, и в фазе оливин. Соотношение площади металлических частиц к общей площади форстерита при этом увеличивается 5 раз по сравнению с температурой 1300°С и времени выдержки 1 час.
4. В результате карботермического восстановления железа в магнезиально-железистых силикатах при его одинаковом содержании выделения металлических частиц происходит не одинаково и контролируется по-видимому прочностью кристаллической решётки оксида.
1. На основе использования программ ImageJ 1.8.060 и AnalySIS Imaging Solutions for Light Microscopy освоена методика определения количественных параметров восстановленного железа при твердофазном карботермическом восстановлении в структурных составляющих дунита.
2. При температуре 1300°C и времени выдержки 1 час металлические частицы в фазе оливин отсутствуют (железо не восстанавливается). В фазе форстерит при этих же условиях железо восстанавливается.
3. При температуре 1500°С и времени выдержки 1 час металлические частицы образовались и в фазе форстерит, и в фазе оливин. Соотношение площади металлических частиц к общей площади форстерита при этом увеличивается 5 раз по сравнению с температурой 1300°С и времени выдержки 1 час.
4. В результате карботермического восстановления железа в магнезиально-железистых силикатах при его одинаковом содержании выделения металлических частиц происходит не одинаково и контролируется по-видимому прочностью кристаллической решётки оксида.