Труды КНЦ вып.3 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 1/2019(10))

Из рисунка 3 видно, что образующийся в результате восстановительной плавки шлак находится в жидком состоянии при температурах ниже 1600 °С. При этих температурах практически все железо должно быть восстановлено до металла, при этом в чугун будут частично переходить кремний, фосфор и титан. При добавлении в систему оксидов железа ликвидус смещается в сторону более низких температур (рис. 3, б ). Расчет количества углерода, необходимого для полного восстановления соединений железа, с учетом восстановления оксидов кремния и титана проводили путем расчета равновесных состояний методом минимизации энергии Гиббса в программе HSC Chemistry. (рис. 4). Для расчётов использовали нормализованный состав нейтрализованного красного шлама, представленный в табл. 1. Расчет проводили на 100 кг красного шлама. Из рис. 4 видно, что c повышением количества углерода в системе растет содержание чистого железа, а содержания других железосодержащих фаз снижается. При недостатке углерода, наряду с образованием вюстита FeO, вероятно образование герцинита FeAl 2 O 4 . Для полного восстановления соединений железа необходимо не менее 10 кг углерода на 100 кг красного шлама. С целью изучения влияния температуры и содержания углерода на процесс разделения металла и шлака провели ряд экспериментов в интервале температур 1650-1750 °С. На рис. 5 показано изменение содержания железа в шлаке в зависимости от температуры. При 1650 °С в шлаке содержится ~ 8,09 мас. % железа, которое не скоагулировало в слиток. При повышении температуры до 1700 °С на дне тигля образовался металлический слиток, однако часть железа осталась в шлаке. Увеличение температуры еще на 50 °С приводит практически к полному извлечению железа в металл и образованию больших слитков металла на дне тигля. Рис. 4. Изменение равновесного состава железосодержащих фаз при изменении содержания в системе углерода при 1600 °С Fig. 4. The change in the equilibrium composition of the iron-containing phases at the change of carbon content in the system at 1600 °С Рис. 5. Изменение содержания железа в шлаке в зависимости от температуры плавки Fig. 5. The change in the iron content in the slag, depending on the melting temperature 48