South Ural State University (NRU), Chelyabinsk, Russia

K. I. Smirnov, Rresearcher, Laboratory of Hydrogen Technologies in Metallurgy
P. A. Gamov, Cand. Eng., Associate Prof., Acting Head of the Laboratory of Hydrogen Technologies in Metallurgy
V. S. Samolin, Postgraduate Student, Dept. of Pyrometallurgical and Foundry Technologies
V. E. Roshchin, Dr. Eng., Prof., Chief Rsearcher, Laboratory of Hydrogen Technologies in Metallurgy, e-mail: 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.