ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (НИУ)», Челябинск, Россия:
С. П. Салихов, канд. техн. наук, доцент кафедры пирометаллургических процессов (ПМП), эл. почта: salikhovsp@susu.ru

А. В. Рощин, докт. техн. наук, доцент, ведущий научный сотрудник кафедры ПМП
В. Е. Рощин, докт. техн. наук, профессор кафедры ПМП

Представлен обзор существующих способов переработки и использования бакальской сидероплезитовой руды. Вследствие высокого содержания в руде тугоплавкого оксида магния руда используется в ограниченном объеме в качестве добавки к традиционному рудному сырью. Для увеличения использования руды необходимы новые научные основы ее пирометаллургической переработки. Исследованы процесс диссоциации карбонатов руды и механизм твердофазного восстановления железа в продукте диссоциации. Представлены расчетные и экспериментальные методы исследования процесса восстановления. На основе результатов термодинамического расчета установлено, что при металлизации наиболее легкоплавкой фазой является металлическая вследствие науглероживания железа и образования чугуна, поэтому для реализации твердофазного восстановления без образования жидких фаз при проведении экспериментальных исследований выбрана температура не более 1250 °С. Процесс твердофазного восстановления при таких условиях успешно реализуется внутри оксидной фазы в кусках размером 20–30 мм. При этом не происходит загрязнения металла вредными примесями восстановителя, благодаря чему в качестве восстановителя может быть использован энергетический уголь. Композиционный металло-оксидный материал, получаемый в результате твердофазного восстановления железа в сидероплезите, содержит первородное металлическое железо (до 60–85 %) и оксид магния (15–25 %), а также в небольшом количестве оксид кремния и оксиды железа, марганца и алюминия. При анализе результатов выделения железа при металлизации исходили из представлений об электронном механизме восстановления и разделения в пространстве процесса взаимодействия восстановителя с анионами комплексного оксида и выделения металлической фазы в объеме оксида. На основе полученных результатов предложена схема пирометаллургической переработки кусковой сидероплезитовой руды во вращающихся печах с получением композиционного металлооксидного материала, который может быть использован в качестве добавки в сталеплавильные агрегаты для увеличения стойкости футеровки и снижения концентрации примесей цветных металлов в стали.

1. Дмитриев А. Н., Шумаков Н. С., Леонтьев Л. И., Онорин О. П. Основы теории и технологии доменной плавки. — Екатеринбург : УрО РАН, 2005. — 545 с.
2. Панишев Н. В., Рашников В. Ф., Дубровский Б. А., Редин Е. В. Металлизация шпатовых железняков и титаномагнетитов Челябинской области с получением гранулированного чугуна / Тезисы докладов участников восьмого промышленного форума «Реконструкция промышленных предприятий — прорывные технологии в металлургии и машиностроении». — Челябинск : Челябгипромез, 2016. С. 48–49.
3. Леонтьев Л. И., Ватолин Н. А., Шаврин С. В., Шумаков Н. С. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. — М. : Металлургия, 1997. — 431 с.
4. Смирнов А. Н., Савченко И. А., Турчин М. Ю. Подготовка высокомагнезиальных сидеритов Бакальского рудного поля к металлургическому производству методами пиро- и гидрометаллургии // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». 2016. Т. 16. № 3. С. 63–69.
5. Колокольцев В. М., Бигеев В. А., Клочковский С. П., Смирнов А. Н., Бессмертных А. С. Применение методов пиро и гидрометаллургии для переработки сидеритовых руд с высоким содержанием оксида магния // Горный журнал. 2012. № S3. С. 22–24.
6. Колесников Ю. А., Бигеев В. А., Сергеев Д. С., Дудчук И. А. Возможность применения сидеритовой руды для выплавки конвертерной стали с повышенной долей чугуна в металлошихте // Черные металлы. 2017. № 6. С. 40–44.
7. Шешуков О. Ю., Некрасов И. В., Метелкин А. А. Сидерит как охладитель конвертерной плавки стали из углеродистого полупродукта // Сталь. 2014. № 3. С. 22–24.
8. Бигеев В. А., Колесников Ю. А. Прогнозирование технологических параметров выплавки стали в конвертере с использованием сидерита // Теория и технология металлургического производства. 2011. № 11. С. 30–36.
9. Ростовцев С. Т. Теория металлургических процессов. — М. : Металлургиздат, 1956. — 515 с.
10. Попель С. И., Сотников А. И., Бороненков В. Н. Теория металлургических процессов. — М. : Металлургия, 1986. — 463 с.
11. Vignes A. Extractive Metallurgy 2. Metallurgical Reaction Processes. — London : Ltd., 2011. — 355 р.
12. Гельд П. В. Механизм восстановления окислов твердым углеродом // Успехи химии. 1957. Т. XXVI. Вып. 9. С. 1070–1086.
13. Чуфаров Г. И., Журавлева М. Г., Балакирев В. Ф., Мень А. И. Состояние теории восстановления окислов металлов // Механизм и кинетика восстановления металлов. — М. : Наука, 1970. С. 7–15.
14. Чуфаров Г. И., Мень А. Н., Балакирев В. Ф. Термодинамика процессов восстановления окислов металлов. — М. : Металлургия, 1970. — 399 с.
15. Ростовцев С. Т., Симонов В. К., Ашин А. К., Костелов О. Л. Механизм углетермического восстановления окислов металлов // Механизм и кинетика восстановления металлов. — М. : Наука, 1970. С. 24–31.
16. Куликов И. С. Механизм восстановления окислов железа, марганца, кремния и хрома // Механизм и кинетика восстановления металлов. — М. : Наука, 1970. С. 19–24.
17. Елютин В. П., Павлов Ю. А., Поляков В. П., Шеболдаев Б. В. Взаимодействие окислов металлов с углеродом. — М. : Металлургия, 1976. — 359 с.
18. Рябчиков И. В. Взаимодействие углерода с окислами металлов // Химия твердого топлива. 1968. № 5. С. 89–99.
19. Рябчиков И. В., Мизин В. Г., Яровой К. И. Химизм восстановления железа и хрома из оксидов углеродом // Сталь. 2013. № 6. С. 30–33.
20. Рощин В. Е., Салихов С. П., Поволоцкий А. Д. Твердофазное предвосстановление железа — основа безотходных технологий переработки комплексных руд и техногенных отходов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». 2016. Т. 16. № 4. С. 78–86.
21. Салихов С. П., Брындин С. А. Выделение металла при твердофазном восстановлении железа из монометалльной и комплексной руд // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». 2012. № 39 (298). С. 118–121.
22. Alkac D., Atalay Ü. Kinetics of thermal decomposition of Hekimhan–Deveci siderite ore samples // International Journal of Mineral Processing. 2008. Vol. 87, No. 3-4. P. 120–128.
23. Roshchin V. E. et al. Role of a silicate phase in the reduction of iron and chromium and their oxidation with carbide formation during the manufacture of carbon ferrochrome // Russian Metallurgy (Metally). 2016. Vol. 2016. No. 11. С. 1092–1099.
24. Брындин С. А., Салихов С. П. Оценка возможности совместного введения оксида магния в шлак и свежевосстановленного железа в металлический расплав // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». 2013. Т. 13. № 1. С. 179–181.
25. Рощин В. Е., Брындин С. А., Салихов С. П., Рощин А. В. Технология и оборудование для прямой комплексной переработки кусковой сидеритовой руды при производстве стали // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2016. № 1. С. 22–27.
26. Рощин В. Е., Салихов С. П., Рощин А. В., Брындин С. А. Получение ожелезненного магнезиального флюса и первородного железа путем металлизации кусковой сидеритовой руды // Новые огнеупоры. 2016. № S3. С. 24–25.