ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТИТАНОМАГНЕТИТОВЫХ РУД МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТЕБИНБУЛАК

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается Тебинбулакское месторождение, расположенное в Узбекистане, содержащий значительные запасы титаномагнетитовых руд, представляющий интерес как источник железа, титана и ванадия. Эффективная переработка этих руд требует глубокого понимания процессов их восстановления. В статье проводится анализ восстановления месторождения Тебинбулак и разработки на этой основе оптимальной технологии их подготовки к плавке. теоретические и практические вопросы восстановления титаномагнетитовых концентратов с целью получения металлического железа.

ABSTRACT

The article discusses the Tebinbulak deposit, located in Uzbekistan, which contains significant reserves of titanomagnetite ores and is of interest as a source of iron, titanium and vanadium. Efficient processing of these ores requires a deep understanding of their recovery processes. The article analyzes the restoration of the Tebinbulak deposit and develops on this basis an optimal technology for preparing them for smelting. Theoretical and practical issues of restoring titanomagnetite concentrates for the purpose of obtaining metallic iron.

Ключевые слова: железо, титан, ванадий, титаномагнетит, Рудник Тебинбулак, обработка, процессы восстановления, подготовка плавлению.

Keywords: iron, titanium, vanadium, titanomagnetite, Tebinbulak Mine, processing, recovery processes, preparation for smelting.

ВВЕДЕНИЕ. Узбекистан испытывает острый дефицит железорудного сырья. Имеющиеся мощности АО «Узметкомбинат», Ташкентский трубный завод, металлургические цехи НГМК и АГМК и другие практически целиком работают на вторичном сырье. Поскольку местного металлолома не хватает, республика Узбекистан вынуждена импортировать сырье из стран ближнего и дальнего зарубежья и нести при этом большие валютные затраты [1].

Вместе с тем, в Узбекистане имеется ряд железорудных месторождений, из которых самым перспективным является руда Тебинбулакского месторождения. Эта руда является ценной еще и потому что в его составе содержится титан, ванадий и некоторые другие легирующие элементы [2].

Титаномагнетитовые руды представляют собой сложные минеральные образования, содержащие в основном (Fe₃O₄), ильменит (FeTiO₃) и различные титановые и ванадиевые примеси.  Одним из перспективных направлений их переработки является восстановление железа из концентрата с последующим извлечением титана и ванадия. Особое значение приобретает изучение этих процессов в условиях, характерных для руд месторождения Тебинбулак.

Минералогическая характеристика руд

Руды Тебинбулакского месторождения содержат:

• Магнетит – основная железосодержащая фаза (да 30-35 % Fe).

• Ильменит, гематит, первоскит, рутин – титан и ванадий содержащие минералы.

• Сопутствующие элементы: ванадий, хром, редкоземельные элементы.

Руда требует тонкого дробления и обогащения [3].

МЕТОДЫ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ. Восстановление титаномагнетитовых руд может происходить таким образом:

• Восстановление твердым углеродом (углерод, уголь, кокс).

• Газофазное восстановление (H_2, CO).

Восстановленный до металлического состояния титан переходит в металл и облагораживает его. Окисленный титан растворяется в шлаковой фазе и безвозвратно теряется. По этой причине при вводе в промышленную эксплуатацию железорудного месторождения Тебинбулак необходимо организовать технологию таким образом, чтобы титан перешел в кристаллическую фазу [4].

Содержание оксидов железа и титана в руде относительно не велика. В образце, отобрали для исследования, содержание Fe 32,15 % и TiO₂ 2,34 %. Восстановление оксидов производили добавлением порошка нефтяного кокса Ферганского нефтедобывающего завода.

Из теоретической металлургии известно, что титан и железо восстанавливаются до металлического состояния в различных условиях. При этом магнетит и гематит восстанавливается до металлического железа достаточно легко.

Исследования физико-химических условий восстановления диоксида титана осложняется образованием значительного числа промежуточных оксидов. Так, при взаимодействии TiO₂ с углеродом можно предположить протекание следующих основных реакций:

3TiO₂ +С ↔ Ti₃O₅ + СО                                                (1)

2 Ti₃O₅ + С ↔ 3 Ti₂O₃ + СО                                           (2)

Ti₂O₃+ С ↔ 2TiO + СО                                             (3)

FeO •TiO₂ ↔ Fe + TiO₂+ СО                                        (4)

Минералогический анализ образца показал, что диоксид титана находится не в виде различных соединений с железом.

В системе FeO • TiO₂ обнаруживается три химических соединения: ортотитанит 2FeO • TiO₂,

метатитанит FeO • TiO₂

дититанит FeO • 2TiO₂.

В природе встречается только метатитанит, другие обнаруживаются как промежуточные соединения при восстановлении ильменита в области высоких температур. В связи с этим основной реакцией восстановления титаномагнетитовых руд твердым углеродом будет:

FeO • TiO₂ ↔ Fe + TiO₂+ СО

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ. Для оценки изменения свободных энергий реакций использовали суммирование уравнений соединений из элементов.

Для этой реакции:

FeO • TiO₂ = Fe + Ti + 3/2O₂                   ΔG = +228300 – 55,5 т

С + 0/5О₂ = СО                                    ΔG = - 26700 – 20,95 т     

Ti + O₂ = TiO₂                                       ΔG = - 223056 + 41,8 т

FeO • TiO₂ ↔ Fe + TiO₂+ СО              ΔG = +38544-34,655т

Если в процессе восстановления образуется металлический титан, то он обладая большим сходством к кислороду чем железо, снова переходит в окисленное состояние. На этом основании можно сделать вывод о том, что при восстановлении железо-титановых концентратов наряду с окислами железа восстанавливается и диоксид титана, но только до низших оксидов [5,6].

Нами проведены исследования по определению степени металлизации (α) титаномагнетитовой руды месторождения Тебинбулак из шихты, состоящей из 80% руды + 20% нефтяного кокса. Результаты исследования представлены на рис. 1.

Рисунок 1. Зависимость степени металлизации титаномагнетитовой руды от продолжительности обжига:

1 – 1200⁰C; 2 - 1250⁰C; 3 - 1300⁰C.

Как видно из рис.1, восстановительные процессы наиболее активно в первые 5-15 минут, дальнейшая выдержка дает небольшое увеличение этого показания.

Повышение температуры способствует увеличению степени металлизации. Используя изменения степени металлизации в зависимости от продолжительности обжига при температурах 12500C и 1300⁰C, определили при степени металлизации 75 % кажущуюся энергию активности по формуле:

   = 20450 к/моль

Рисунок 2. Схематическая фазовая диаграмма, отражающая изменение массовых долей основных фаз при повышении температуры восстановления титаномагнетитовых руд

ВЫВОДЫ. Таким образом титаномагнетитовые руды месторождения Тебинбулак представляет собой сложный, но очень ценный источник металлов. Наиболее эффективными являются высокотемпературные восстановительные процессы с применением твердых углеродных восстановителей. Для комплексного извлечения железа, титана и ванадия требуется многостадийная технология. Дальнейшие исследования должны быт направлены на разработку энергоэффективных, экологически безопасных технологий, включая использование водорода и плазменных систем.

Исходя из вышеизложенных можно сделать вывод о том, что при обжиге титаномагнетитовых руд в смеси с твердым углеродом можно получить в продуктах металлическое железо низкие оксиды титана. Эти оксиды в последующем могут быть выплавлены при раскислении шлаков.

Список литературы:

1. Арибжонова Д.Е., Бекназарова Г.Б. Инновационная технология выплавки стали с использованием местных сырьевых материалов. – Ташкент: ТашГТУ, 2022. – 140 с.
2. Арибжонова Д.Е. Пулат ишлаб чиқариш технологияси: дарслик. – Ташкент: Shafoat Nur Fayz, 2020. – 240 с.
3. Юсупходжаев А.А., Арибжонова Д.Е., Бекназарова Г.Б. Восстановительные процессы в металлургии: монография. – Ташкент: Изд-во Shafoat Nur Fayz, 2020.
4. Khojiyev Sh.T., Aribdjonova D.E., Yusupkhodjayev A.A., Beknazarova G.B. Depletion of Slag from Almalyk Copper Plant with Aluminium Containing Waste // International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering. – 2019. – December.
5. Mirzajonova S.B., Muratova M.I., Rakhmatov U.N., Lutfullayeva N.B., Beknazarova G.B. Iron recovery technology from copper processing plants // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2023.
6. Sultanov Kh.Sh., Khojiev Sh.T., Mutalibkhanov S.S. Thermodynamic and Kinetic Analysis of the Chalcopyrite-Magnetite Reaction: Optimizing Temperature for Enhanced Efficiency // Universum: Technical Sciences. – 2023. – №36.