Термодинамическое моделирование процесса восстановления металлов из титаномагнетитовых концентратов Суроямского месторождения

Abstract

Прогнозные ресурсы Суроямского месторождения по категории Р1 превышают 2,2 млрд т титаномагнетитовых руд. Это аналог Качканарского месторождения в Свердловской области. Основным элементом является железо, содержание которого составляет 16,5 %, попутно можно извлекать титан, ванадий и фосфор. Переработку концентратов планируется производить по технологии ITmk3. В данной работе с помощью программного комплекса Terra проведен термодинамический анализ, позволяющий оценить влияние температуры на параметры процессов, протекающих в системе «металл – шлак – газ». Проведена оценка влияния температуры на состав металла. Установлено, что при температуре 500…800 °С металлическая фаза состоит из железа, марганца, серы и углерода. При увеличении температуры (выше 800 °С) из шихты в металл восстанавливаются ванадий, фосфор, титан и кремний. Содержание ванадия достигает максимума при температуре 1100 °С, фосфора – 1250 °С, а содержание титана и кремния растет с повышением температуры. Показано влияние температуры на состав шлаковой фазы. Установлено, что в интервале температуры 500…1100 °С содержание FeO уменьшается с 65 до 0 %. Это приводит к увеличению относительной доли других оксидов (SiO2, Al2O3, CaO, MgO и др.). Доля P2O5 достигает максимума при температуре 1000 °С, TiO2 – 1250 °С, SiO2 – 1350 °С. Определены коэффициенты извлечения элементов из шихты в металл. Установлено, что с повышением температуры коэффициент извлечения железа, марганца, ванадия, фосфора, титана и кремния увеличиваются, а серы – уменьшается. В интервале температуры 1350…1400 °С коэффициент извлечения железа, марганца, ванадия, фосфора 1, титана 0,4…0,6, кремния 0,02…0,07 и серы 0,75…0,79. According to the P1 category, the forecast resources of the Suroyam ore deposit exceed 2.2 bn tones of titanomagnetite ore. This is an analog of the Kachkanarsk ore deposit in Sverdlovsk region. The major element in this ore is iron which content reaches about 16.5%. The other elements which are possible for extraction are titanium, vanadium and phosphorus. The processing of the concentrate is expected to be carried out by using the ITmk3 technology. In this paper the thermodynamic analysis was performed using the Terra software allowing estimation of the effect of temperature on parameters of processes occurring in the system metal-slag-gas. The effect of temperature on metal composition was analyzed. It was found that in the temperature range 500–800 °C the metal phase was comprised of iron, manganese, sulfur and carbon. With temperature increase to 800 °C and above vanadium, phosphorus, titanium and silicon were reduced to metal phase. The content of vanadium reached maximum at temperature 1100 °C, phosphorus at 1250 °C, whereas the content of titanium and silicon increased with the temperature enhancement. The effect of temperature on the composition of the slag phase was observed. It was found that in the temperature range 500–1100 °C the FeO content decreased from 65% to 0%. This led to an increase in the relative proportion of other oxides (SiO2, Al2O3, CaO, MgO and etc.). The proportion of P2O5 reached maximum at temperature 1000 °C, TiO2 – 1250 °C, SiO2 – 1350 °C, respectively. The coefficients of recovery of elements from the charge material to the metal were determined. It was found that with enhancement of temperature, the recovery ratio of iron, manganese, vanadium, phosphorus, titanium and silicon increased, whereas sulfur decreased. In the temperature range 1350–400 °C the coefficient of the extraction of iron, manganese, vanadium, phosphorus was 1, titanium 0.4–0.6, silicon 0.02–0.07 and sulfur 0.75–0.79.