Технічні науки / Металургія

Григор’єв С.М., Колобов Г.О., Іванов В.І., Печеннікова В.М.,

Моісейко Ю.В.

Запорізька державна інженерна академія

ПРО зниження домішок у металізованому

Вольфрамовому Концентраті

Традиційні методи алюмотермічного плавлення легуючих матеріалів на основі рідкісних тугоплавких металів практично вичерпали можливості підвищення якості цільових продуктів, що, в свою чергу, призводить до обмеження областей їх застосування або додаткових витрат під час рафінування розплавів від шкідливих домішок у процесі виплавлення спеціальних або якісних сталей.

Накопичений досвід одержання легуючих елементів методами порошкової металургії підтверджує перспективність даного напряму з позиції якості продуктів та економічної точки зору. Такі матеріали характеризуються унікальним комплексом заданих технологічних властивостей, що дозволяє удосконалювати способи їх виробництва та розширювати області використання.

Метою справжньої роботи є вивчення можливості підвищення якості металізованого вольфрамового концентрату технологічно прийнятними й економічно доступними методами.

Для одержання металізованого вольфрамового концентрату використовували шеєлітовий концентрат складу, %: 66,30 WO₃; 24,96 CaO; 2,80 Мо; 1,10 SiO₂; 0,25 S; 0,10 Cu; 0,10 MnO; 0,02 As; 0,02 Zn; 0,01 Sn; 0,01 Pb; 0,01 Sb; 0,003 P; волога – 4,30.

Основні технологічні параметри процесу попереднього відновлення шеєлітового концентрату у вигляді брикетів: температура процесу – 650….1400 °С, ступінь відновлення вольфраму з концентрату – 15…95,3%. Домішки у вольфрамовому концентраті складають, %: 0,32 C; 0,21 S; 0,09 Cu; 0,08 Sn; 0,02 Zn; 0,02 P; 0,01 As; 0,009 Pb; 0,008 Sb.

Надалі здійснювали термічну обробку брикетів за температури в робочій камері 1100 ± 10 °С і тиску 2,66…10,64 Па протягом 11 годин. Експериментами встановлено, що найсуттєвіше змінюється концентрація олова та цинку, вміст миш’яку понижується приблизно у два рази, а вміст свинцю та сурми – незначно. Впродовж термічної обробки має розвиток відновний процес вольфраму, що підтверждається зниженням вмісту вуглецю та кисню.

Аналогічні умови термічної обробки брикетованого металізованого вольфрамового концентрату було створено у промисловій трикамерній печі. Загальна тривалість технологічного циклу, включаючи прогрівання шихти до заданої температури й охолоджування цільового продукту за залишковим тиском 2,66…7,98 Па в захисному середовищі третьої камери до температури навколишнього середовища, становить 39 годин.

Дослідження показали, що основне змінювання концентрації домішок олова, цинку та миш’яку відбувається під час перших чотирьох годин обробки. Так, вміст олова знижується майже в десять разів, вміст цинку – в п’ять разів, а миш’яку – в два рази. Вміст свинцю та сурми незначно змінюється через невелику його кількість у металізованому концентраті та відсутність умов для суттєвого підвищення пружності пари в досліджуваному середовищі. Відбуваються процеси додаткового видобування вольфраму з концентрату, про що свідчить зниження вмісту вуглецю приблизно у п’ять разів і кисню більше ніж у два рази. При цьому слід зазначити, що видалення даних домішок відбувається не в стехіометричному співвідношенні ні за однією з реакцій окислення вуглецю. Домішки оксидів кальцію, кремнію та марганцю перешкоджають спіканню металевих частинок вольфраму, й одержаний продукт зберігає свою губчасту будову.

Результати рафінування металізованого вольфрамового концентрату під час його обробки у промисловій печі практично підтвердили кінетичні закономірності видалення домішки легкоплавких елементів і неметалевих домішок та рівень їх залишкових концентрацій у кінцевих продуктах відповідає результатам лабораторних досліджень з урахуванням часових показників прогрівання шихтового шару брикетів, перенесення маси, дифузії, десорбції, що узгоджується із законом Ленгмюра-Кнудсена та балансовим рівнянням Фіка. В цілому, встановлено закономірність ефективного рафінування губчастого вольфраму від цинку, олова, миш’яку (у декілька разів), кисню та вуглецю при знижених концентраціях свинцю та сурми, а також домішок сірки й фосфору. Виявлені кінетичні закономірності поліпшення якості вольфраму є аналогічними до показників молібдену з його металізованих концентратів.