СРАВНЕНИЕ ЗАТРАТЫ ЭНЕРГИИ ПРИ СЕЛЕКТИВНОМ ВОССТАНОВЛЕНИИ ЖЕЛЕЗА ИЗ ИЛЬМЕНИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА УГРЕРОДОМ ИЛИ ВОДОРОДОМ

Опубликован 06.10.2025
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ТЕХНОЛОГИИ Том 81 № 3 (2025)
Том 81 №3 (2025)
Авторы:
  • СМИРНОВ К.И.
PDF

Основными пирометаллургическими методами являются одностадийная электроплавка и двухстадийный способ по схеме «трубчатая печь – плавильный агрегат». Обе схемы переработки предполагают использование углерода в качестве восстановителя, что приводит в свою очередь к образованию продуктов металлического железа и концентрата оксидов титана на основе аносовита – Ti3O5. Восстановительный обжиг ильменитового концентрата позволяет селективно восстанавливать железо из ильменитового концентрата и углеродом и водородом с получением мягкого железа и концентрата оксидов титана с структурой рутила – TiO2. Показано, что процесс карботермического восстановления железа из ильменита при температуре 1300 ℃ протекает по реакции: 3FeTiO3+4С=3Fe+Ti3O5+4CO. При температуре 900 ℃ восстановление железа из ильменита углеродом и водородом протекают по реакциям: FeTiO3+С=Fe+TiO2+CO, FeTiO32=Fe+TiO2+H2O. Представлены результаты расчета затрат энергии для реакций карботермического восстановления при температуре 1300 ℃ и 900 ℃ и водородного при температуре 900 ℃. По результатам расчета наименьшее количество затрат фиксируется при восстановлении железа водородом при температуре 900 ℃ и составляет 215,81 кДж. При такой же температуре и восстановлении углеродом суммарные затраты энергии составляют 341,29 кДж. Суммарные затраты энергии на реакцию взаимодействия ильменита с углеродом при температуре 1300 ℃ составляют 484,51 кДж. При сравнении результатов расчета установлено, что восстановление железа водородом при температуре 900 ℃ в 1,58 раз менее затратное карботермического восстановления при той же температуре, и в 2.25 раза чем карботермическое восстановление при температуре 1300℃. Карботермическое восстановление железа при температуре 1300 ℃ требует еще больших затрат энергии за счет нагрева шихты до более высокой температуры и частичного восстановления титана до низшего оксида – аносовита Ti3O5.

СМИРНОВ К.И.

Кандидат технических наук, научный сотрудник НИЛ «Водородные технологии в металлургии», Южно-Уральский государственный университет (НИУ), г. Челябинск, Российская Федерация

E-mail: smirnovk@susu.ru, https://orcid.org/0009-0001-3678-2636

  1. Косырев К. Л., Еланский Д. Г., Бараненко М. А. Итоги XVI Международного конгресса сталеплавильщиков // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2021. Т. 77. №. 8. С. 869-875.
  2. Григорович К. В. Металлургия XXI века: вызовы и задачи модернизации отрасли в РФ // Физико-химические основы металлургических процессов (ФХОМП 2022). 2022. С. 37-44.
  3. Seftejani N. M., Schenk J. Thermodynamic of liquid iron ore reduction by hydrogen thermal plasma // Metals. 2018. V. 8. № 12. 1051.
  4. Spreitzer D., Schenk J. Reduction of iron oxides with hydrogen—a review // Steel Research International. 2019. V. 90. № 10. 1900108.
  5. John D. H. S., Hayes P. C. Microstructural features produced by the reduction of wustite in H2/H2O gas mixtures // Metallurgical Transactions B. 1982. V. 13. P. 117‒124.
  6. Matthew S. P., Cho T. R., Hayes P. C. Mechanisms of porous iron growth on wustite and magnetite during gaseous reduction // Metallurgical Transactions B. 1990. V. 21. P. 733‒741.
  7. Matthew S. P., Hayes P. C. Microstructural changes occurring during the gaseous reduction of magnetite // Metallurgical Transactions B. 1990. V. 21. P. 153‒172.
  8. Matthew S. P., Hayes P. C. In situ observations of the gaseous reduction of magnetite // Metallurgical Transactions B. 1990. V. 21. P. 141‒151.
  9. Farren M., Matthew S. P., Hayes P. C. Reduction of solid wustite in H2/H2O/CO/CO2 gas mixtures // Metallurgical Transactions B. 1990. V. 21. P. 135‒139.
  10. Рощин В.Е., Рощин А.В., Кузнецов Ю.С., Гойхенберг Ю.Н. Технологические и материаловедческие аспекты перехода в черной металлургии на безуглеродные процессы // Черные металлы. 2021. №11. С. 10-16.
  11. Рощин В.Е., Гамов П. А., А.В. Рощин, С.П. Салихов Перспективы освоения водородных технологий в отечественной металлургии // Чёрная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2023. T 79. №2, C.144-153.
  12. Леонтьев Л. И., Волков А. И. Состояние и развитие минерально-сырьевой базы и продукции металлургии для обеспечения импортонезависимости России // Физико-химические основы металлургических процессов (ФХОМП 2022). 2022. С. 18-36.
  13. Гудима Н. В., Шейн Я. П. Краткий справочник по металлургии цветных металлов. — М.: Металлургия, 1975. — 536 с.
  14. Уткин Н.И. Производство цветных металлов. – М.: Интермет Инжиниринг, 2004. – 442 с.
  15. Садыхов Г. Б. Фундаментальные проблемы и перспективы использования титанового сырья в России // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2020. Т. 63. №. 3-4. С. 178-194.
  16. Стариков А.И., Ведешкин М.В., Монетов Г.В. Мировой и отечественный опыт переработки титансодержащего железорудного сырья // Проблемы комплексной переработки титаномагнетитов Южного Урала. – Магнитогорск: Магнитогорский дом печати. 2001. С. 35-47.
  17. Смирнов К. И., Гамов П. А., Самолин В.С., Рощин В. Е. Селективное восстановление железа из ильменитового концентрата // Черные металлы. 2024. № 6. С. 10-16.
  18. Кубашевский О., Олкокк К. Б. Металлургическая термохимия. — М.: Металлургия, 1982. — 392 с.
ильменит, карботермическое восстановление, восстановление водородом, твердофазное восстановление, железо, диоксид титана, рутил, аносовит

Как цитировать

СРАВНЕНИЕ ЗАТРАТЫ ЭНЕРГИИ ПРИ СЕЛЕКТИВНОМ ВОССТАНОВЛЕНИИ ЖЕЛЕЗА ИЗ ИЛЬМЕНИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА УГРЕРОДОМ ИЛИ ВОДОРОДОМ. (2025). Научный журнал "Вестник Актюбинского регионального университета имени К. Жубанова", 81(3), 221-228. https://doi.org/10.70239/