Теоретические основы восстановительной плавки железо-титановых концентратов
О возможности протекания реакций восстановления веществ можно судить по изменению их термодинамического потенциала. Как известно, чем больше изменение энергии Гиббса при протекании реакции, тем выше способность вещества вступать в химическое взаимодействие. С применением законов термодинамики рассчитывают численные значения изменения энергии Гиббса химических реакций. Для расчётов используют известные коэффициенты: - теплоемкостей исходных веществ и продуктов реакции, - теплоты образования химических соединений - энтропии всех компонентов. ΔGT = ΔH0T – TΔS0Т где ΔGT — изменение энергии Гиббса в зависимости от температуры Т; ΔH0T — изменение энтальпии в зависимости от температуры; TΔS0Т — изменение энтропии в зависимости от температуры. Из нескольких возможных реакций предпочтительнее та, для которой абсолютное отрицательное значение изменения энергии Гиббса больше. Термодинамический анализ реакций восстановления железо-титановых соединений (титанатов) позволяет установить, что реакции восстановления титанатов железа возможны твердым углеродом при температуре около 2000 К с образованием металлического железа, диоксида титана и низшего оксида титана Ti2О3. Поэтому в промышленности для разделения оксидов титана и железа, входящих в состав железо-титановых концентратов, применяется восстановительная рудотермическая плавка в электропечах большой мощности и производительности. Исследованиями установлено, что восстановительная плавка протекает следующим образом: 1) сверху в электропечь загружают шихту, она постепенно нагревается и при 900 °С начинается восстановление углеродом свободных оксидов железа (гематита и магнетита); 2) при 1150-1270 °С начинается восстановление железа из ильменита и частичное восстановление ТiО2 до низших оксидов: FeO*TiО2 + С = Fe + ТiО2 + СО 3ТiО2 + С = ТiО2*Ti2О3 + СО = Ti3О5 + СО 3) при 1270-1400 °С восстановление ТiО2 продолжается интенсивнее 2Ti3О5 + С = 3Ti2О3 + СО 4) при 1400-1600 °С происходит восстановление низшего окисла до более низшего – монооксида титана Ti2О3 + С = 2ТiО + СО Сложность и многостадийность физико-химических процессов при восстановительной плавке происходят оттого, что все оксиды титана образуют общий раствор ТiО2 + Ti3О5 + Ti2О3 + ТiО, в котором растворяются ильменит и оксид железа (FeO). Титан в растворе находится в различных валентных состояниях: Ti4+, Ti3+, Ti2+. В результате образуются сложные соединения, кристаллизующиеся при затвердевании шлаков, однако основой шлака является Ti3О5. В результате электроплавки концентратов получают два товарных продукта: - шлак, куда переходят оксиды титана и часть примесей, - металл - железо, близкое по составу к чугуну. Суммарный восстановительный процесс для ильменитовых концентратов можно представить уравнением: 3(FeO*TiО2) + 4С = 3Fe + Ti3О5 + 4СО Расчёт шихты В качестве сырья для выплавки титановых шлаков используют: 1) железо-титановые концентраты, содержащие TiO2 не менее, %: · 50-65 в ильменитовых концентратах из россыпей, · 42-47 в ильменитовых концентратах из коренных месторождений; 2) любые углеродные восстановители (кокс, антрацит, каменный уголь и др.), учитывая содержание в них углерода, летучих, влаги и золы, а также их влияние на расход электроэнергии и производительность печи. Важнейшим условием успешного проведения плавки железо-титановых концентратов является выбор восстановителя и его дозировка. В зависимости от количества углерода образуются титановые шлаки различного состава: - избыток углерода вызывает образование большого количества низших оксидов титана, карбида титана TiC и твердых растворов типа Ti (О, С), что повышает температуру процесса плавки; - недостаток углерода ведёт к неполному восстановлению оксидов железа. На титано-магниевом комбинате обычно шихту готовят из ильменитового концентрата и антрацита - высококачественного угля марки АММ, в котором содержание углерода не менее 85%, золы не более 10%, имеющего высокую реакционную способность, низкую электрическую проводимость, невысокую стоимость. Подготовку шихты для восстановительной плавки в рудотермической печи начинают с определения количества компонентов шихты, в данном случае их два. Затем в заводской лаборатории проводится анализ состава исходных материалов. Примерные результаты анализа приведены в таблице 1. Таблица 1 – Состав исходных материалов Размеры в процентах ВАРИАНТ 00 | ||||||||||||||
Состав концентрата | TiO2 | FeO | Fe2O3 | SiO2 | Al2O3 | |||||||||
50,8 | 36,4 | 7,86 | 1,86 | 1,18 | ||||||||||
Состав антрацита | C | зола | летучие | H2O | S | |||||||||
87,08 | 7,85 | 2,37 | 1,5 | 1,2 | ||||||||||
Зола антрацита | Fe2O3 | SiO2 | Al2O3 | - | - | |||||||||
27,7 | 42 | 21,5 | - | - |
Для упрощения расчета принимаем:
а) расчет ведем на 100 кг концентрата;
б) окись железа (Fe2O3) в концентрате восстанавливается до закиси (FeO) полностью;
в) полученная закись, а также закись, входящая в состав концентрата, на 96% восстанавливается до металла;
г) содержание углерода в чугуне принимаем 2% от массы железа, полученного из концентрата;
д) угар восстановителя во время плавки компенсируется углеродом электрода.
2019-10-11 | 258 | Обсуждений (0) |
5.00
из
|
Обсуждение в статье: Теоретические основы восстановительной плавки железо-титановых концентратов |
Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓ |
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...
Система поиска информации
Мобильная версия сайта
Удобная навигация
Нет шокирующей рекламы