Вусихис Александр Семенович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник
620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
Alexander S. Vusikhis, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher
101, Amundsen St., Yekaterinburg 620016
Леонтьев Леопольд Игоревич, академик, доктор технических наук, главный научный сотрудник
620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
Leopold I. Leontiev, Academician, Dr. Sci. (Eng.), Chief Researcher
101, Amundsen St., Yekaterinburg 620016
Селиванов Евгений Николаевич, доктор технических наук, заведующий лабораторией пирометаллургии цветных металлов
620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
Evgeniy N. Selivanov, Dr. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory of Non-Ferrous Metals Pyrometallurgy
101, Amundsen St., Yekaterinburg 620016
Ченцов Виктор Павлович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник
620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
Viktor P. Chentsov, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher
101, Amundsen St., Yekaterinburg 620016
Цель – оценка возможности использования метана различных методов конверсии (СО2, Н2О, О2) для совместного восстановления железа и цветных металлов (никеля, меди, свинца и цинка) из оксидных расплавов B2O3-CaO-Fe2O3-МеО в интервале температур 1273–1673 К. Для термодинамического моделирования применена методика, позволяющая оценить изменения в составах фаз в зависимости от количества введенного восстановителя, и отличающаяся от известных проведением последовательных расчетных циклов с выводом из состава рабочего тела образовавшихся газов и металлической фазы. Установлено, что, независимо от состава газа, процесс протекает в несколько этапов. При совместном восстановлении железа и никеля (свинца или цинка) на первом этапе происходит восстановление Fe2O3 до Fe3O4 и FeO. Содержание Fe2O3 уменьшается, а содержания FeO и Fe3O4 увеличиваются (к концу содержание последнего достигает максимального значения). На втором этапе имеет место переход Fe3O4 → FeO, когда значения содержания Fe2O3 и Fe3O4 снижаются до следов, на третьем этапе появляется металлическая фаза. При совместном восстановлении железа и меди по изменению величин содержаний оксидов железа процесс можно разделить на три этапа, а по содержаниям CuO и Cu2O – на два. По железу первый этап заканчивается в момент достижения максимального значения содержания магнетита, второй – при появлении металлической фазы. По меди первый этап включает переход CuO в Cu2O и достижение максимального значения содержания Cu2O, а второй – восстановление меди из Сu2O. Показано, что наиболее эффективным восстановителем является газ с повышенной долей водорода, соответствующий паровой конверсии метана. Полученные результаты позволяют прогнозировать показатели процесса восстановления металлов в ходе барботажа оксидных систем продуктами конверсии метана и будут полезны для создания технологий селективного восстановления металлов.
The purpose of the article is to assess the application possibility of methane of various conversion methods (СО2, Н2О, О2) for combined reduction of iron and non-ferrous metals (nickel, copper, lead and zinc) from B2O3-CaO-Fe2O3-МеО oxide melts in the temperature range of 1273–1673 K. Thermodynamic modeling is carried out using a technique, which allows to estimate the variations in phase compositions depending on the amount of the reducing agent induced. The technique differs from the known ones by sequential calculation cycles with the removal of the formed gases and the metal phase from the working fluid composition. It is found that regardless of gas composition the process goes on in several stages. In the case of the combined reduction of iron and nickel (lead or zinc), the first stage is reduction of Fe2O3 to Fe3O4 and FeO. The content of Fe2O3 decreases, while the contents of FeO and Fe3O4 increase (at the end of the stage the content of Fe3O4 reaches its maximum value). At the second stage, there is the transition of Fe3O4 → FeO when the values of the contents of Fe2O3 and Fe3O4 decrease to negligible values. The third stage features the manifestation of the metallic phase. In the case of the combined reduction of iron and copper, the process can be divided into three stages according to the variations of the content of iron oxides, and into two stages according to the variations of the content of CuO and Cu2O. The first stage of iron reduction ends at the moment when the content of magnetite reaches its maximum value, the second stage finishes when the metallic phase appears. The first stage of copper reduction includes the transition of CuO to Cu2O and achievement of the maximum value of Cu2O content. The second stage includes the reduction of copper from Cu2O. A gas with the increased content of hydrogen, which corresponds to methane steam reforming is shown to be the most effective reducing agent. The results obtained make it possible to predict the parameters of the metal reduction process during oxide systems bubbling by methane conversion products. The results will be useful for the development of technologies for selective reduction of metals.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.