К.т.н. Колесников А.С., д.т.н., Капсалямов Б.А., Аринова Д. Б., Колесникова О.Г., Ралдыгин К.А.

РГКП «ЮКГУ им. М. Ауезова», Шымкент, Казахстан

Реакционная способность восстановителей по отношению к ZnO

 

При переработке Zn- содержащих материалов вельцеванием образуется до 0,89 т клинкера на т сырья. В клинкере от вельцевания различных материалов содержание Fe составляет от 20 до 32 % и углерода 15-20%. О возможности присутствия Fe3C в клинкере вельцевания говорится в работе [1]. В клинкере вельцевания (несмотря на то, что Fe3C устойчив при Т>1000К) в виду малой скорости распада, он может быть единственным продуктом восстановления оксидов и находиться довольно долго в неразложившемся состоянии при Т<1000К.  На рисунке 1 приведена рентгенограмма клинкера из старых отвалов  и свежеобразовавшегося, из которого следует, что железо в клинкере присутствует в виде элементного, Fe3C, FeО и  Fe2О3.

При коллективной переработке клинкеров вельцевания  восстановительно-возгоночным методом, с восстановлением Zn и переводом его в возгоны важно определить реакционную способность Fe3C по отношению к ZnО. С этой целью было проведено термодинамическое моделирование восстановления ZnО с использованием программного комплекса «Астра-4» [4] в системах  ZnО-С, ZnО-СО, ZnО-Н2, ZnО-СН4, ZnО-Fe, ZnО-SiC, ZnО-Fe3Si и ZnО-Fe3C. Алгоритм многоцелевого программного комплекса «Астра-4» основан на универсальном термодинамическом методе определения характеристик равновесия поликомпонентных систем на основе фундаментального принципа максимума энтропии. Эффективность использования  комплекса «Астра-4», включающего в свою базу данных 5547 соединений, 79 элементов, для восстановительных процессов была показана в работах [2]. На рисунке 2 приведена информация о восстановлении Zn в рассмотренных системах в температурном интервале интервале 900-1800К и давлении 0,1 мПа, из которого следует, что при температуре 900К наибольшей реакционной способностью обладает SiC, затем Fe3Si.

 

Подпись: ZnO∙Fe2O3Подпись: FeПодпись: CПодпись: FeOПодпись: Fe3CПодпись: Fe2O3Подпись: Ca2Al2SiO7Подпись: ZnO∙Fe2O3Подпись: ZnO∙Fe2O3Подпись: ZnO∙Fe2O3Подпись: ZnO∙Fe2O3Подпись: Подпись: ZnO∙Fe2O3Подпись: ZnO∙Fe2O3Подпись: CПодпись: CПодпись: CПодпись: CПодпись: CПодпись: CПодпись: CПодпись: FeПодпись: FeПодпись: FeПодпись: FeПодпись: FeПодпись: FeПодпись: FeПодпись: FeOПодпись: FeOПодпись: Fe3CПодпись: Fe3CПодпись: Fe3CПодпись: Fe3CПодпись: Fe2O3Подпись: Fe2O3Подпись: Fe2O3Подпись: Fe2O3Подпись: Fe2O3Подпись: Ca2Al2SiO7Подпись: Ca2Al2SiO7Подпись: Ca2Al2SiO7Подпись: Ca2Al2SiO7Подпись: Ca2Al2SiO7Подпись: ZnO∙Fe2O3Подпись: ZnO∙Fe2O3Подпись: ZnO∙Fe2O3Подпись: ZnO∙Fe2O3Подпись: Fe2O3Подпись: Fe2O3Подпись: Fe2O3Подпись: Fe2O3Подпись: Fe2O3Подпись: Fe2O3Подпись: Fe2O3Подпись: Ca2Al2SiO7Подпись: Ca2Al2SiO7Подпись: Ca2Al2SiO7Подпись: Ca2Al2SiO7Подпись: Ca2Al2SiO7Подпись: Ca2Al2SiO7Подпись: CПодпись: CПодпись: CПодпись: CПодпись: CaCO3Подпись: CaCO3Подпись: FeAl2O4Подпись: FeAl2O4Подпись: FeAl2O4Подпись: FeO(OH)Подпись: FeO(OH)Подпись: FeO(OH)Подпись: FeO(OH)Подпись: FeO(OH)Подпись: FeO(OH)        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подпись: Рисунок 1- Ретгенограммы клинкера из старых отвалов (а) и свежеобразовавшегося (б)

 

 

 

 

 

 

 

 


Остальные восстановители заметно уступают в начальной реакционной способности SiC и Fe3C. Однако и они по температуре 1% степени восстановления образуют следующий ряд: СH4 > H2> CO> Fe3C( Fe)> Fe3C( FeО)> Fe т.е при температуре 900К реакционная способность восстановителей изменяется в следующей последовательности: SiC(<900К)>Fe3Si(<900К)>СH4(976К)>H2(981К)> >CO(1064К)> Fe3C(1201К Fe)>Fe3C(1202К FeО) > Fe(1452К)

6
 

7
 

2
 
Подпись: αС, %

1
 

3
 

8
 

4
 

5
 
Подпись: Т, К
Подпись: 1- С, 2- Fe3C, 3- СН4, 4- H2, 5- Fe, 6- СО, 7- SiC, 8- Fe3Si Рисунок 2- Влияние температуры и типа восстановителя на степень образования элементного Zn из ZnO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Проведенная работа по восстановлению Zn из ZnО позволяет сделать следующие выводы: изменение начальной реакционной способности восстановителей по отношению к ZnО изменяется в следующей последовательности:   SiC>Fe3Si>СH4>H2>CO>Fe3C>Fe; по величине минимальной температуры полного восстановления Zn реакционная способность восстановителей изменяется следующим образом: SiC>С> Fe3C(Fe)>Fe3C( FeО)>Fe3Si>Fe>СH4>H2>CO; карбид железа при температуре 1250К способен полностью восстановить Zn с образованием элементного железа, по восстановительной способности он уступает только SiC и С.

 

Литература:

1 Абдеев  М.А., Колесников А.В., Ушаков Н.Н.  Вельцевание цинк-свинец содержащих материалов. – М.: «Металлургия», 1985, -120 с.

2 Капсалямов Б.А., Шевко В.М., Колесников А.С. Кинетика восстановления и перехода кремния в ферросилиций из клинкеров вельцевания.// КИМС, 2007, № 2, С.36-40.