Южно-Уральский государственный университет (НИУ), Челябинск, Россия

К. И. Смирнов, научный сотрудник лаборатории водородных технологий в металлургии
П. А. Гамов, и.о. заведующего лабораторией водородных технологий в металлургии, канд. техн. наук, доцент
В. С. Самолин, аспирант кафедры пирометаллургических и литейных технологий
В. Е. Рощин, главный научный сотрудник лаборатории водородных технологий в металлургии, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: roshchinve@susu.ru

Представлены результаты экспериментальных исследований селективного восстановления железа из ильменитового концентрата углеродом и водородом. Показано, что водород как альтернатива углероду в качестве восстановителя позволяет получать при относительно низкой температуре металлическое железо и рутил, которые легко разделяются при плавлении и являются товарными продуктами. Более высокая скорость восстановления водородом обусловлена тем, что водород по сравнению с углеродом является более сильным восстановителем при относительно низких температурах, а также вследствие его газообразного агрегатного состояния, что существенно увеличивает реакционную поверхность в пористых брикетах. Показано, что при температуре 900 °C восстановление железа из ильменита и углеродом и водородом протекает с образованием металлического железа и рутила. При более высокой (1000–1100 °C) температуре восстановления железа углеродом образовавшийся рутил вступает в химическое взаимодействие с непрореагировавшим ильменитом, в результате чего образуется дититанат железа. Образование дититаната железа зависит от скорости диффузионных процессов и не зависит от типа используемого восстановителя. При температуре 1300 °C продуктами восстановления металлов из ильменита твердым углеродом являются металлическое железо и аносовит.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант № 23-29-10119, https://rscf.ru/project/23-29-10119/).

1. Леонтьев Л. И., Волков А. И. Состояние и развитие минерально-сырьевой базы и продукции металлургии для обеспечения импортонезависимости России // Международная научная конференция «Физико-химические основы металлургических процессов» имени академика А. М. Самарина. Выкса. 10–14 октября 2022 г. : сборник трудов конференции. Выкса, 2022. С. 18–36.
2. Гудима Н. В., Шейн Я. П. Краткий справочник по металлургии цветных металлов. — М. : Металлургия, 1975. — 536 с.
3. Уткин Н. И. Производство цветных металлов. — М. : Интермет Инжиниринг, 2004. — 442 с.
4. Садыхов Г. Б. Фундаментальные проблемы и перспективы использования титанового сырья в России // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 3-4. С. 178–194. DOI: 10.17073/0368-0797-2020-3-4-178-194
5. Стариков А. И., Ведешкин М. В., Монетов Г. В. Мировой и отечественный опыт переработки титансодержащего железорудного сырья // Проблемы комплексной переработки титаномагнетитов Южного Урала. — Магнитогорск : Магнитогорский дом печати, 2001. С. 35–47.
6. Рощин А. В., Грибанов В. П., Асанов А. В. Селективное восстановление и пирометаллургическое разделение металлов титаномагнетитовых руд // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2006. № 10 (65). С. 49–55.
7. Akhmetov K. T., Roshchin V. E. Solid phase reduction of iron and chromium in the crystal lattice of ferrihrompikotit // The thirteenth International Ferroalloys Congress. Kazakhstan, Almaty. 2013. P. 527.
8. Kosdauletov N., Roshchin V. E. Determining the conditions for selective iron recovery by iron-manganese ore reduction // Steel in Translation. 2020. Vol. 50, Iss. 12. P. 870–876.

9. Suleimen B., Salikhov S. P. Metallization of oolitic iron ore after oxidation firing // Solid State Phenomena. 2021. Vol. 316. P. 390–395.
10. Salikhov S. P., Roshchin A. V. Direct reduction of iron from crystal lattice of a complex oxide // Materials Science Forum. 2019. Vol. 946. P. 506–511.
11. Рощин В. Е., Гамов П. А., Рощин А. В., Салихов С. П. Перспективы освоения водородных технологий в отечественной металлургии // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2023. Т. 79. № 2. С. 144–153. DOI: 10.32339/0135-5910-2023-2-144-153
12. Farren M., Matthew S. P., Hayes P. C. Reduction of solid wustite in H₂/H₂O/CO/CO₂ gas mixtures // Metallurgical Transactions B. 1990. Vol. 21. P. 135–139.
13. Spreitzer D., Schenk J. Reduction of iron oxides with hydrogen — a review // Steel Research International. 2019. Vol. 90, Iss. 10. 1900108.
14. Naseri Seftejani M., Schenk J. Thermodynamic of liquid iron ore reduction by hydrogen thermal plasma // Metals. 2018. Vol. 8, Iss. 12. 1051.
15. John D. H. S., Hayes P. C. Microstructural features produced by the reduction of wustite in H₂/H₂O gas mixtures // Metallurgical Transactions B. 1982. Vol. 13. P. 117–124.
16. Matthew S. P., Cho T. R., Hayes P. C. Mechanisms of porous iron growth on wustite and magnetite during gaseous reduction // Metallurgical transactions B. 1990. Vol. 21. P. 733–741.
17. Matthew S. P., Hayes P. C. Microstructural changes occurring during the gaseous reduction of magnetite // Metallurgical Transactions B. 1990. Vol. 21. P. 153–172.
18. Matthew S. P., Hayes P. C. In situ observations of the gaseous reduction of magnetite // Metallurgical Transactions B. 1990. Vol. 21. P. 141–151.