Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) часть 1)

MINERALOGICAL ANALYSIS OF CHEMICAL TRANSFORMATIONS AT RENEWAL OF IRON FROM TITANOMAGNETITE Yu. N. Ne radovsky1, N. N. G rishin2, E. Yu. Rakitina2, A. G. Kasikov2 1 Geological Institute o f the Federal Research Centre “Kola Science Centre o f the Russian Academy o f Sciences”, Apatity, Russia 2 I. V. Tananaev Institute o f Chemistry and Technology o f Rare Elements and Mineral Raw Materials o f the Federal Research Centre “Kola Science Centre o f the Russian Academy o f Sciences”, Apatity, Russia A b stra c t The article presents the results of experimental researches of thermo-chemical reaction of renewal of iron from titanomagnetite in mixture with a soda (Na2CO3) and graphite (С) at temperatures from 800 to 1250 °C during 0 ,5 -3 hours. Keywords: titanomagnetite, renewal o f iron, wustite, natrium titanate, hardphase reactions. Переработка титаномагнетитового сырья представляет определенные сложности. Ведутся активные исследования различных технологий, в том числе двухстадийной схемы с этапами карботермического восстановления элементов в твердой фазе и последующей плавки с образованием жидкого сплава железа и титанового шлака [1-4]. Однако до настоящего времени в связи с незавершенностью решения ряда вопросов эта технология не имеет практического воплощения [5]. В ИХТРЭМС совместно с ГИ КНЦ РАН около десяти лет проводятся исследования термохимической реакции восстановления железа из титаномагнетита в смеси с содой (Na2CO3) и графитом (С). Параллельно проводились опыты по выщелачиванию ванадия водой и кислотой из титаномагнетита перед его обжигом. Результаты исследований в основном опубликованы [6-10], ключевые условия процесса защищены патентами [11, 12]. Решены следующие вопросы: 1) установлена оптимальная температура восстановления железа в диапазоне 800-1250 °С и длительность реакции в пределах 0,5-3 ч; 2) установлено образование минеральных фаз, концентрирующих титан и ванадий, изучены условия и последовательность их кристаллизации. В настоящем сообщении представлены результаты электронно-микроскопических исследований продуктов синтеза. Главным вопросом экспериментальных исследований был вопрос о механизме восстановления железа. Микроскопические исследования показали, что восстановление железа из титаномагнетита происходит не из магнетита, а из промежуточной фазы — вюстита. При температуре 800-900 °С магнетит переходит в вюстит: Fe3O4 ^ FeO 1 -x, а содержание железа в оксиде повышается с 72,3 до 76,6 %, при 1000 °С начинается восстановление металлического железа. Это не противоречит теоретической области существования вюстита [1, 13]. Полное восстановление железа из титаномагнетита происходит при 1100 °С, результатом является образование чистого железа и титаната натрия, в который переходят все элементы — Ti, Mg, Al, Mn и V (рис. 1). Содержание элементов в продуктах карботермического востановления железа из титаномагнетита при 1100С Fe Ti V Рис. 1. Состав металлического железа и побочных фаз, образующихся при карботермической реакции Для технологического процесса важны условия, при которых необходимо вести процесс. По нашим данным, температура 1100 °С и время 0,5 ч являются необходимыми и достаточными условиями для полного восстановления титаномагнетита. При этих условиях кристаллизуется наиболее чистое железо и титанат натрия с максимальным содержанием ванадия и титана. Химический состав железа варьирует от 97,53 % при 1000 °С 337