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, FeTiO₃+Н₂=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. DOI: https://doi.org/10.3390/met8121051
4. Spreitzer D., Schenk J. Reduction of iron oxides with hydrogen—a review // Steel Research International. 2019. V. 90. № 10. 1900108. DOI: https://doi.org/10.1002/srin.201900108
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. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02666962
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. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02654252
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. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02658127
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. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02658126
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. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02658125
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