Химический состав ванадиевых железных руд, %

Производство и получение ванадия

Химический состав ванадиевых железных руд, %

Ванадий – химический элемент периодической системы Менделеева, которому присвоен 23 атомный номер. Данный элемент является редким представителем черных металлов. Его открытие в истории произошло дважды. Первооткрывателем был А.М.

Дель Рио из Мексики, обнаруживший металл в составе руд бурого цвета, которые приобретали красноватый окрас при воздействии на них температурами. Однако, официальным открывателем ванадия считается шведский химик Н.Г. Сефстрем.

Он обнаружил данный металл в ходе исследования местной железной руды, в результате чего получил вещество и назвал его Ванадий, отождествляя с древнегреческой богиней красоты Ванадис.

Свойства ванадия

Ванадий в чистом виде имеет светло-серый окрас. Его вес в полтора раза меньше веса железа.

В условиях комнатных температур при относительно низкой влажности ванадий пассивен химически, однако при воздействии на него более высокими температурами легко соединяется с кислородом, азотом и другими элементами.

Ванадий обладает высокой пластичностью и плотностью, составляющей 6,11 г/см3. Однако, стоит отметить, что его пластичность значительно снижается при наличии примесей кислорода, водорода и азота, что делает металл более твердым и хрупким.

Также приобретает повышенную хрупкость под воздействием температуры, превышающей 3000С. Имеет кубическую объемноцентрированную кристаллическую решетку А=3,024А, z=2 и пространственную группу Im3m. Легко плавится при температуре 19200С и закипает при 3400 0С.

Химический ванадий имеет устойчивость к воздействию на него морской воды, а также разбавленными растворами различных кислот (соляной, азотной, серной) и щелочей.

Результатом взаимодействия ванадия с кислородом является образования нескольких оксидов: VO, V2O3, VO2,V2O5. Взаимодействие последнего оксида и основных оксидов приводит образованию солей ванадиевой кислоты вероятного состава HVO3.

Ванадий благодаря своим характеристикам нашел широкое применение во многих сферах человеческой деятельности. Однако, основной сферой его использования является металлургическая промышленость. Именно ванадий выступает главным компонентом при изготовлении марочных чугунов и сталей.

Кроме этого, ванадий является неотъемлемым компонентом химической промышленности, сельскохозяйственной деятельности, а также текстильной, лакокрасочной, резиновой, керамической, стекольной, фото и кинопромышленности.

Также используется в аэрокосмической промышленности как легирующий компонент для титановых сплавов с целью улучшения их характеристик.

При работе с ванадием необходимо быть очень внимательным и предельно остнорожным. Это связано с тем, что соединения ванадия отличаются своими ядовитыми свойствами, способными вызвать острое отравление организма просто при вдыхании пыли, в которой содержатся частички ванадия. Как результат могут возникнуть кровотечение, головокружение, нарушение сердечного ритма и работы почек.

Таблица 1. Свойства ванадия

ХарактеристикаЗначение
Свойства атома
Название, символ, номер Вана́дий / Vanadium (V), 23
Атомная масса (молярная масса) 50,9415(1)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d3 4s2
Радиус атома 134 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 122 пм
Радиус иона     (+5e)59 (+3e)74 пм
Электроотрицательность 1,63 (шкала Полинга)
Электродный потенциал 0
Степени окисления 5, 4, 3, 2, 0
Энергия ионизации (первый электрон)  650,1 (6,74) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)     6,11[2] г/см³
Температура плавления     2160 К (1887 °C)
Температура кипения     3650 К (3377 °C)
Уд. теплота плавления 17,5 кДж/моль
Уд. теплота испарения 460 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,95[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём     8,35 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки 3,024 Å[2]
Температура Дебая     390 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 30,7 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-62-2

Получение ванадия

В природе ванадий встречается исключительно в рассеянном состоянии. Его концентрация в земной коре составляет 1,6*10-2% по массе. Также может находиться в океанических водах, где его содержание достигает 3*10-7%.

Также некоторое количество ванадия могут содержать в своем составе титаномагнетитовые руды, фосфоритовые, урансодержащие песчаники и алевролиты, в которых максимальное его содержание составляет 2%. К основным рудным минералам ванадия в подобных месторождениях относят карнотит и ванадиевый мусковит-роскоэлит.

Кроме этого, было обнаружено, что бокситы, тяжелые нефти, бурые угли, битуминозные сланцы и пески также могут быть носителями ванадия. Однако, максимально средние значения концентрации ванадия фиксируются именно в магматических породах (габбро и базальтах).

Среди наиболее важных минералов следует выделить такие, как патронит V(S2)2, ванадинит Pb5(VO4)3Cl.

Основным сырьем для получения ванадия является ванадиевая руда. Однако, также существуют и другие промышленные источники получения металла, к которым относятся железные руды, титаномагнетитовые руды, а также медно-свинцово-цинковые.

Указанные минералы выше наряду с урановым сырьем и горючими сланцами выступают в качестве дополнительных источников ванадия.

Если ванадий получают из горючих сланцев или уранового материала, то он является побочным продуктом, который выделяется во время переработки основного сырья.

Производство ванадия осуществляют несколькими способами, связанными с окислением металла:

  1. Путем выщелачивания руды, с помощью водных растворов или кислот. Данный способ заключается в предварительном отжиге исходного сырья, затем в выщелачивании основой или кислотной седой и выделении гидратированного оксида ванадия из растворов. На последней стадии используют гидролиз.

  2. Плавкой в домне железных или других ванадийсодержащих руд. Суть данного способа состоит в переходе металла в чугун. Неотъемлемой частью процесса переработки металла является образование шлаков, в которых содержится порядка 16% пентоксида ванадия. Пятиокись выделяется двумя этапами: обжигом шлаков с поваренной солью и выщелачиванием.

    В результате этого на выходе получается продукт V2O5, который является основным сырьем для выделения металлического ванадия и его сплавов с железом. Для феррованадия характерно различное наличие металла в соединении – его концентрация может варьироваться в пределах 35-70%.

Всего в мире ванадиевых залежей насчитывается порядка 60 млн тонн, из которых 90% локализируется на территории пяти государств: России, ЮАР, Венесуэле, США и Китае. Именно там добывается порядка 50-60 тыс. тонн металла. Существуют определенные месторождения, которые выделяются в особую группу.

В таких месторождениях сконцентрированы запасы ванадия, объем которых более 1 млн тонн. К ним относятся Качканарская группа, расположенная на Урале (Россия), а также Бушвельдский комплекс на территории ЮАР.

Таблица 2. Мировые запасы ванадия, т.

СтранаПодтвержденные запасыРазведанные запасыДоля в мировых подтвержденных запасах
Китай 5 000 000 14 000 000 38%
Россия 5 000 000 7 000 000 38%
ЮАР 3 000 000 12 000 000 23%
США 45 000 4 000 000 0,3%
Прочие 1 000 000
Всего 13 045 000 38 000 000 100%

Ванадиевая сталь

Такое название имеет сталь, свойства которой были улучшены путем добавления ванадия. Первое применение такой стали было осуществлено во Франции в 19 веке.

Ванадий имеет особое влияние на сталь и ее свойства, которые приобретаются в результате карбидо- и нитридообразования.

Стоит отметить, что металл выступает сильным карбидообразующим элементом, в связи с чем при взаимодействии с углеродом стали образует карбид ванадия, а в результате реакции с азотом получается карбонитрид ванадия или его нитрид.

Стоит отметить, что путем легирования стали ванадием можно получить мелкозернистую структуру, существенно снизить склонность к перегреву, а также повысить устойчивость к износу и разного рода механическим повреждениям. Ванадиевая сталь имеет отличные литейные и сварочные свойства, чего нельзя сказать об углеродной стали. Благодаря этому, она нашла широкое применение во многих областях человеческой деятельности. 

Горная энциклопедия — значение слова Ванадиевые руды

Химический состав ванадиевых железных руд, %

(a. vanadium ores; н. Vanadienerze; ф. minerais de vanadium; и. minerales de vanadio) — природные минеральные образования, содержащие ванадий в кол-вах, при к-рых экономически целесообразно его извлечение.

Bанадий находится в руде в виде примеси (0,1-4,9% V205) в магнетите и его разновидностях, ильмените, рутиле или в виде собственных минералов: ванадинита (11-19% V205), деклуазита (16-23%), купродеклуазита (17-22%), карнотита (16-21%), роскоэлита (9-29%), тюямунита (19%) и др.

Большинство м-ний, из руд к-рых извлекают ванадий, комплексные; наряду c ванадием из них получают железо, титан, уран, свинец, цинк, медь, алюминий, фосфор.M-ния пром. B. p. делятся на магматические, контактово-метасоматические, экзогенные (осадочные и зоны окисления) и метаморфогенные.

Mагматическиe м-ния пространственно и генетически связаны c областями распространения ультраосновных, основных и щелочных пород. Mассивы ванадиеносных пород встречаются на древних платформах, в краевых частях докембрийских щитов и складчатых областях. Pудные тела магматич.

м-ний представляют собой залежи вкрапленных или шлирово-вкрапленных руд, имеющих форму линз, a также жило-, пласто- и трубообразную формы; встречаются пластообразные обособления массивного магнетита.

Cреди них выделяются: титаномагнетитовые, ильменит-титано- магнетитовые, ильменит-гематитовые в пироксенитах, горнблендитах, оливинитах, габбро, норитах, анортозитах, габбро-диабазах; они характеризуются невысоким содержанием V205 (0,1-1%), но очень большими запасами ванадия.

Hаиболее известные м-ния этого типа: Гусево-горское (CCCP), Mапахс (ЮАР), Tегавус (США), Pодсенд (Hорвегия), Лак-Teо (Kанада), Баррамби (Aвстралия). Cреди контактово-метасоматическиx м-ний встречаются магнетитовые руды в скарнированных породах, содержащие до 0,25% V205. Примеры м-ний этого класса — Oсокино-Aлександровское (CCCP), Aльгарробо (Чили). Cреди B. p.

экзогенныx м-ний выделяются: деклуазитовые, купродеклуазитовые и ванадинитовые зоны окисления свинцово-цинковых и медных руд (содержат 2-10% V205); карнотитовые, тюямунитовые и роско-элитовые в пестроцветных осадочных отложениях (1-5% V205); ванадиеносные фосфориты (0,1-1% V205), ванадиеносная нефть (до 0,1% V205), патронитовые м-ния в асфальтитах (11% V205); титаномагнетитовые россыпи, преим. прибрежно-морские (ок. 0,3% V205). Экзогенные м-ния B. p. известны в США (Колорадо-Плато), Hамибии (Берг-Aукас), Замбии (Kабве). Mетаморфогенныe м-ния B. p. представлены глинистыми образованиями зоны аргиллизации в древних кристаллич. сланцах (ок. 1% V205) и ильменит-магнетитовыми в габбро-амфиболитах (0,4-0,5% V205). Kрупные м-ния этого типа известны в США (Уилсон-Cпрингс) и Финляндии (Oтанмяки, Mуставара). Hаиболее важными по запасам и масштабам добычи являются магматич. м-ния титаномагнетита; разрабатываются обычно открытым способом.Oсн. методы получения ванадия связаны c переработкой железорудного сырья. B CCCP используется дуплекс-процесс (доменная плавка и конвертор), после к-рого остаётся шлак, содержащий 10-16% V205. Шлак обжигают c солями натрия и выщелачивают. Bыделяется техн. окись ванадия (V205), из к-рой получают феррованадий (сплав железа c 35% ванадия). Зa рубежом применяют непосредственное выщелачивание ванадия из руд или рудных концентратов растворами кислот и щелочей. Используется также обжиг исходного сырья c солями натрия c последующим выщелачиванием водой, a затем — разбавленной серной кислотой и осаждением из раствора V205; из неё получают сплавы: корван, солван, нитрован и феррованадий, содержащие 35-86% ванадия.Oбщие ресурсы ванадия (в пересчёте на V205) определяются в 56,2 млн. т (1980); запасы ванадия в пром. рудах промышленно развитых капиталистич. и развивающихся стран составляют 8,7 млн. т, из них ок. 92% приходится на ЮАР. Произ-во ванадия за рубежом за 1960-79 выросло в 3,3 раза и достигло 24 тыс. т, в т.ч. (тыс. т) в ЮАР 12,7, США 4,3, Финляндии ок. 3,0, Чили 0,36.Лидирующее положение среди продуцентов V205 занимает южноафриканская корпорация «Highveld Steel and Vanadium Corp. Ltd.», на долю к-рой приходится ок. 40% выпуска ванадиевой продукции промышленно развитыми капиталистич. и развивающимися странами. Зa 1965-80 потребление ванадия за рубежом удвоилось, достигнув 37 тыс. т в пересчёте на V205. Oсн. кол-во ванадия потребляют предприятия чёрной металлургии. Oсобенно высокими темпами растёт использование этого металла в качестве легирующего элемента при произ-ве высокопрочных низколегированных сталей, используемых для сооружения трубопроводов, строит. конструкций, резервуаров и т.п. Проблемами дальнейшего расширения сфер применения ванадия занимается Mеждунар. техн. к-т по ванадию.Hесовпадение районов произ-ва и потребления ванадия сделало этот товар важной статьёй междунар. торговли. Зa счёт импорта удовлетворяется ок. 2/3 потребностей капиталистич. стран в этом виде пром. сырья. Kрупнейшие экспортёры — ЮАР и Финляндия. B качестве импортёров выступают практически все промышленно развитые капиталистич. страны. Под влиянием растущего спроса на ванадий и роста издержек произ-ва цены ванадиевого сырья и его продуктов имеют тенденцию к повышению.Перспективными источниками извлечения ванадия являются нефть (до 0,1% V205); оолитовые бурые железняки (железофосфористые руды), характеризующиеся низкими содержаниями ванадия (0,07-0,2%), но большими запасами; углисто-кремнистые сланцы (0,2-1,5%), бокситы (0,02-0,4%); золы углей и горючих сланцев (0,2%).Литература: Данчев B. И., Шиловский П. П., Bанадий, в кн.: Mеталлы в осадочных толщах, (т. 2), M., 1965; Борисенко Л. Ф., Bанадий (минералогия, геохимия и типы эндогенных месторождений), M., 1973; Xолодов B. H., Oсадочный рудо генези металлогения ванадия, M., 1973; Cоколова K. H., Производство и потребление ванадия за рубежом, «Черная металлургия», 1981, No 10 (894), c. 3-15.

Л. Ф. Борисенко.

Смотреть значение Ванадиевые руды в других словарях

Агрономические Руды — минералы и горные породы, используемые для полученияминеральных удобрений: апатиты, фосфориты, калийные соли и др.
Большой энциклопедический словарь

Алюминиевые Руды — горные породы, сырье для получения алюминия. В основномбокситы; к алюминиевым рудам относятся также нефелиновые сиениты,алунитовые, нефелин-апатитовые породы и др.
Большой энциклопедический словарь

Обогащение Руды — , стадия обработки РУДЫ, при которой механическим путем выделяются ценные МИНЕРАЛЫ. Дробилки первичного и вторичного дробления разбивают большие фрагменты. Измельчение……..
Научно-технический энциклопедический словарь

Блеклые Руды — группа минералов подкласса сложных сульфидов, образующихизоморфный ряд теннантит Cu12As4S13 — тетраэдрит Cu12Sb4S13. Примеси Ag(фрейбергит — до 17%), Zn, Fe, Hg. Стально-серые, железо-черные……..
Большой энциклопедический словарь

Борные Руды — представлены боратами (главным образом натрия, кальция,магния) и боросиликатами. Наиболее крупные месторождения известны вКитайской Народной Республике, Российской……..
Большой энциклопедический словарь

Ванадиевые Руды — главные минералы: ванадинит, деклуазит, купродеклуазит,карнотит. Месторождения магматические, контактово-метасоматические,гидротермальные. V2O5 в руде от……..
Большой энциклопедический словарь

Висмутовые Руды. — Главные минералы: висмут самородный — висмутин,тетрадимит, козалит, бисмит, бисмутит. Месторождения гидротермальные и др.Главные добывающие зарубежные страны: Австралия,……..
Большой энциклопедический словарь

Железные Руды. — Главные минералы: магнетит — гематит, мартит, гетит,сидерит, шамозит, тюрингит. Fe в рудах 16-72%. Различаютбогатые (св. 50% Fe), рядовые (50-25%) и бедные (до 25%) железные……..
Большой энциклопедический словарь

Золотые Руды. — Содержат золото — главным образом в самородном виде, редко ввиде теллуридов. Коренные месторождения золотых руд — гидротермальные.Выделяют золото-сульфидно-кварцевые……..
Большой энциклопедический словарь

Кобальтовые Руды. — Главные минералы: кобальтин — линнеит, скуттерудит,шмальтинхлоантит. Типы кобальтовых руд — мышьяковые, сернистые,окисленные. Имеются промышленные концентрации Со……..
Большой энциклопедический словарь

Литиевые Руды. — Главные минералы: сподумен — петалит, лепидолит,амблигонит, циннвальдит и др. Встречаются в гранитных пегматитах игрейзенах. Li2O в руде 0,2-1,2%. Главные месторождения:Маноно-Китотоло……..
Большой энциклопедический словарь

Магниевые Руды. — Главные минералы: брусит (41 -7% Mg), магнезит (28,8%),доломит (18,2%), кизерит (17,6%), бишофит (12%), лангбейнит (11,7%),эпсомит (9,9%), каинит (9,8%). Месторождения приурочены к соленосным икарбонатным……..
Большой энциклопедический словарь

Марганцевые Руды. — Главные минералы: пиролюзит (63 -2% Mn), псиломелан(45-60%), манганит (62,5%), вернадит (44-52%), браунит (69,5%), гаусманит(72%), родохрозит (47,8%), олигонит (23-32%), родонит (32-41%).Месторождения……..
Большой энциклопедический словарь

Медные Руды. — Промышленные минералы: медь самородная — борнит, халькопирит,халькозин, ковеллин, блеклые руды, куприт, брошантит и др. Основныепромышленные типы руд: прожилково-вкрапленные……..
Большой энциклопедический словарь

Молибденовые Руды. — Главные минералы — молибденит и повеллит. Месторожденияскарновые — грейзеновые и гидротермальные. Мо в руде 0,06-1%.Главные добывающие зарубежные страны: США,……..
Большой энциклопедический словарь

Мышьяковые Руды. — Главные минералы: арсенопирит — леллингит, реальгар,аурипигмент. Встречаются главным образом в комплексе с рудами цветных иблагородных металлов. Месторождения в основном……..
Большой энциклопедический словарь

Никелевые Руды. — Главные минералы: пирротин — пентландит, миллерит,халькопирит, магнетит, кубанит (сульфидные медно-никелевые руды спромышленным содержанием 0,25-4,5%), никелин, хлоантит,……..
Большой энциклопедический словарь

Ниобиевые Руды. — Главные минералы: колумбит — пирохлор, фергусонит,эвксенит, лопарит. Минимальное содержание Nb2O5 в коренных месторождениях0,15-0,2%, в россыпях 0,1-0,15 кг/м3. Главные добывающие……..
Большой энциклопедический словарь

Оловянные Руды. — Главный минерал — касситерит. Коренные месторождениясформировались в породах алюмосиликатного состава и представленыкасситерит-кварцевыми и касситерит-сульфидными……..
Большой энциклопедический словарь

Платиновые Руды — минеральные образования, содержащие платиновые металлы впромышленных концентрациях. Главные минералы: самородная платина,поликсен, ферроплатина, платинистый иридий,……..
Большой энциклопедический словарь

Полиметаллические Руды — комплексные руды, в которых главными ценнымикомпонентами являются свинец и цинк, попутными — медь, золото, серебро,кадмий, иногда висмут, олово, индий и галлий. Главные……..
Большой энциклопедический словарь

Радиоактивные Руды — содержат минералы радиоактивных элементов(долгоживущие радионуклиды рядов 238U, 235U и 232Th). См. Урановые руды,Ториевые руды.
Большой энциклопедический словарь

Рассеянных Элементов Руды — содержат рассеянные элементы в промышленныхконцентрациях. Извлекаются главным образом попутно при комплекснойпереработке полезных ископаемых.
Большой энциклопедический словарь

Ртутные Руды. — Главный минерал — киноварь. Месторождения по происхождениюнизкотемпературные гидротермальные. Hg в рудах до 10%. Главныедобывающие страны: Испания — Алжир, США, Мексика.
Большой энциклопедический словарь

Свинцово-цинковые Руды — см. Полиметаллические руды.
Большой энциклопедический словарь

Свинцовые Руды — главные минералы: галенит, церуссит, англезит; составнаячасть полиметаллических руд, реже образуют самостоятельные залежи. Главныезарубежные добывающие страны: США,……..
Большой энциклопедический словарь

Серебряные Руды. — Главные минералы: аргентит — пираргирит, полибазит,стефанит, серебросодержащий галенит. Минимальное содержание Ag в руде60-200 г/т. Из серебряных руд извлекают ок. 20% Ag, остальное……..
Большой энциклопедический словарь

Серные Руды. — Главный минерал — сера самородная. Различают бедные (5-10% S)- средние (10-18% S), богатые (18-25% S) и очень богатые (св. 25% S) руды.Добыча главным образом подземной выплавкой через……..
Большой энциклопедический словарь

Сурьмяные Руды. — Главный минерал — антимонит (до 71 -4% Sb). Sbв пластах 1-10%, жилах 3-50%, минимальное 1-2%. Мировые запасы св. 2 млн.т. Главные добывающие страны: ЮАР, Мексика, Китай, Турция, Марокко и др.
Большой энциклопедический словарь

Титановые Руды — главные минералы: ильменит, рутил, анатаз, лопарит,лейкоксен. Месторождения магматические, россыпные, метаморфогенные, корывыветривания. TiO2 в рудах в зависимости……..
Большой энциклопедический словарь

Посмотреть в Wikipedia статью для Ванадиевые руды

Химический состав железа прямого восстановления

Химический состав ванадиевых железных руд, %

Физические и химические свойства железа прямого восстановления в значительной мере определяют технологию его транспортировки, хранения, загрузки в сталеплавильный агрегат, плавления, рафинирования металла, а также эффект, получаемый от использования этого материала при выплавке стали.

Основными показателями состава металлизованных материалов являются содержание пустой породы или железа общего, степень металлизации, содержание углерода и примесей. Ряд типичных составов продуктов прямого восстановления, применяющихся при выплавке стали, приведен в таблице 6.1.

Пустая порода

Руды и концентраты большинства железорудных месторождений мира содержат в преобладающих количествах кремнезем, поэтому основность пустой породы губчатого железа, как правило, не превышает 0,3. Исключение составляют концентраты из руд некоторых месторождений Канады, Мексики и Швеции, имеющие основность, близкую к единице.

При выплавке стали в основных сталеплавильных агрегатах для офлюсования пустой породы губчатого железа в шихту вводят дополнительное количество извести. При этом увеличивается количество шлака и потери железа со скачиваемым шлаком.

Поэтому для прямого восстановления используют богатое железорудное сырье с содержанием пустой породы в пределах 1 – 4 %.

При современных средствах обогащения руд возможно получение концентратов, содержащих менее 1 % пустой породы, однако при этом затраты на обогащение могут превысить эффект, получаемый от снижения количества шлака.

Степень металлизации

Степень металлизации применяемого для выплавки стали губчатого железа () колеблется в пределах 90 – 97 %.

Данный показатель характеризует количество кислорода или оксидов железа в металлизованных материалах, представленных FeO (недовосстановленные оксиды исходного сырья) и Fe2O3 (продукты вторичного окисления губчатого железа).

Без большой погрешности можно считать, что вторичное окисление незначительно и в металлизованных материалах кислород присутствует в виде закиси железа Fe0,947О.

Тогда для оценки содержания оксида железа и кислорода можно использовать формулы

При содержании Fеобщ 88 – 93% и степени металлизации 90 – 98% губчатое железо содержит 0,5 – 2,8% кислорода и 2,3 – 12% FeO. При плавлении металлизованных материалов окислы железа частично восстанавливаются углеродом, содержащимся в самих материалах и в жидком металле, частично переходят в шлак и удаляются вместе с ним.

Углерод

Губчатое железо в зависимости от способа восстановления может содержать различное количество углерода (см. таблицу 2.1). В процессах СЛ-РН, Крупп, ФИОР получают продукт с 0,2 – 0,7 % С. Несколько большее содержание обеспечивает способ Пурофер – в среднем 0,56 ± 0,27 % С.

Восстановленный по способу Мидрекс продукт может содержать 0,8 – 2,2 % С, причем степень металлизации и содержание углерода в данном процессе можно регулировать в довольно широких пределах.

Губчатое железо из установок ХиЛ характеризуется повышенным содержанием углерода – до 2,5 %, однако возможностей регулирования в широких пределах содержания углерода и металлизации здесь по сравнению с процессом Мидрекс меньше.

В процессах с газообразным восстановителем (Пурофер, Мидрекс) из газовой фазы на развитую поверхность губчатого железа осаждается «сажистый» (правильнее – нитевидный) углерод, взаимодействующий с железом с образованием Fe3C. Реакция карбидообразования обычно не успевает завершиться полностью и металлизованный продукт содержит некоторое количество углерода в виде сажи, располагающейся как в порах, так и на внешней поверхности.

С точки зрения применения металлизованных окатышей присутствие углерода на их внешней поверхности нежелательно, поскольку он осыпается при перегрузках и транспортировке конвейерами.

Это ведет к снижению содержания углерода в собственно окатышах и пылеобразованию. Пыль, образующаяся при перегрузках, по данным анализа, может содержать до 10% С.

Последнее, помимо ухудшения гигиенических условий в транспортных галереях и бункерных помещениях, может способствовать созданию в этих местах пожароопасности.

Фосфор

Поскольку фосфор при прямом восстановлении не удаляется, содержание его в металлизованных материалах определяется содержанием этого элемента в железорудном сырье. Снижению содержания этого элемента способствует глубокое обогащение руд, идущих для прямого восстановления. Отношение фосфора к железу в концентрате снижается по мере повышения содержания железа.

За исключением отдельных видов металлизованных окатышей, например фирмы ХИЛСА (Мексика), содержание фосфора в металлизованных материалах не превышает 0,030 % и обычно находится на уровне 0,010 – 0,020 %.

Сера

В качестве сырья при прямом восстановлении применяют большей частью обожженные неофлюсованные окатыши, из которых значительная часть серы удаляется при окислительном обжиге, поэтому основным источником серы является восстановитель.

В процессах с твердым восстановителем содержание серы в металлизованных материалах может быть получено высоким. В этом случае снижение содержания серы в продукте достигается добавками в шихту флюса (известняка, доломита).

При использовании газообразного восстановителя получается продукт с очень низким содержанием серы, вплоть до 0,003 %, так как часть ее удаляется за время восстановления в виде H2S и COS, а содержание серы в восстановительном газе низкое. В процессе ХиЛ степень десульфурации железной руды достигает 85 %, в процессе Пурофер – 70%.

Примеси цветных металлов

Железо прямого восстановления обычно содержит малое количество хрома, никеля, меди, свинца и др. ввиду чистоты железорудного сырья по указанным элементам.

По этому показателю губчатое железо сравнимо с чугуном с тем отличием, что в последнем хром, например, присутствует в восстановленном виде и при последующей окислительной плавке стали удаление его до следов затруднительно из-за неблагоприятной кинетики процесса окисления. В металлизованных окатышах хром, титан, ванадий присутствуют в окисленной форме в составе окислов пустой породы. При окислительной плавке сравнительно легко создать условия, препятствующие их восстановлению из шлака, поэтому при использовании в шихте губчатого железа возможно получение металла с низким содержанием хрома, титана, а в случае необходимости и марганца.

Относительно низкое содержание примесей цветных металлов в железных рудах и частичное их удаление при окислительном обжиге окатышей, прямом восстановлении и плавке создают предпосылки для производства стали с низким и стабильным содержанием свинца, олова, цинка и других цветных металлов, недостижимым при использовании в шихте сталеплавильного агрегата привозного лома, часто загрязненного указанными примесями.

В таблице 6.2 приведены результаты исследования поведения примесей цветных металлов при окомковании и восстановлении железорудных концентратов, а также при плавке губчатого железа. В ходе исследования железорудные окатыши обжигали 15 мин на воздухе при 1250°С и подвергали металлизации в слое буроугольного кокса при 1000°С. Восстановленный продукт плавили в тиглях в печи сопротивления.

Установлено, что цинк удаляется в процессе металлизации (до 92 % от исходного содержания) и при плавке, т.е. в восстановительных условиях. При окислительном обжиге удаления цинка не обнаружено.

Испарение свинца при обжиге и восстановлении сравнительно невелико, основное количество его удаляется при плавке.

При низких содержаниях олова в концентратах этот элемент удаляется относительно плохо. То же самое можно сказать и о сурьме, которая при содержании в концентрате 0,004% почти целиком переходит в металл.

Приведенные результаты лабораторного исследования показывают, что сталь, полученная из продуктов прямого восстановления, в зависимости от применяемого железорудного сырья может содержать примеси цветных металлов в пределах 0,0001 – 0,0010% каждого. Практически в стали, выплавленной в электросталеплавильных печах с применением металлизованных окатышей, содержание хрома, никеля, меди составляет менее 0,01% каждого, а свинца, олова, мышьяка, цинка, сурьмы – менее 0,001% каждого.

Азот и водород

Низкие температуры восстановления и парциальное давление азота в восстановительных газах, незначительное содержание его в железорудном сырье предопределяют малое содержание этого элемента в металлизованных материалах газового восстановления, составляющее около 0,003%. водорода в продуктах восстановления может достигать 150 см3/100 г, включая водород адсорбированной на поверхности влаги. Однако содержание этого элемента в стали, выплавленной с применением окатышей, не выше, чем при плавке на ломе.

  • ← Раздел 5.2.3
  • Раздел 6.2 →

Железорудное сырье

Химический состав ванадиевых железных руд, %

Железорудное сырье (ЖРС) — основной вид металлургического сырья, которое используется в черной металлургии для производства чугуна, железа прямого восстановления (ЖПВ, англ. DRI) и горячебрикетированного железа (ГБЖ, англ. HBI).

Человек начал изготавливать и использовать изделия из железа в период «железного» века –примерно четыре тысячи лет назад. Сегодня железные руды –одно из наиболее распространенных полезных ископаемых. Пожалуй только угли и строительные материалы извлекаются из недр в больших объемах. Более 90% железных руд используются в черной металлургии для производства чугуна и стали.

Чугун — сплав железа с углеродом (2-4%), как правило, хрупок и содержит примеси кремния, марганца, серы, фосфора, а иногда легирующих элементов — хрома, никеля, ванадия, алюминия и др. Чугун получают из железных руд в доменных печах. Основная масса чугуна (свыше 85%) перерабатывается в сталь (предельный чугун), меньшая часть применяется для изготовления фасонного литья (литейный чугун).

Сталь – ковкий сплав железа с углеродом ( и легирующие добавки), основной конечный продукт переработки железных руд.

Сталь обладает высокой прочностью, вязкостью, способностью легко изменять форму при горячей и холодной обработке давлением, приобретать в зависимости от химического состава и способа термической обработки нужные свойства: жаропрочность, сопротивление истиранию, коррозионную стойкость. Благодаря этому сталь является важнейшим конструкционным материалом.

Продукция черной металлургии применяется во всех сферах промышленного производства, но в основном в машиностроении и капитальном строительстве.

Железная руда является сырьем для производства черных металлов. Железную руду, извлеченную из недр, в горном деле принято называть «сырой рудой».

Железорудное сырье (ЖРС) – вид металлургического сырья, которое используется в черной металлургии для производства чугуна и металлизированного продукта (DRI и HBI), а также в незначительном количестве в выплавке стали.

Железорудное сырье подразделяется на два вида – подготовленное (агломерированное) и неподготовленное (неагломерированное) сырье. Подготовленное ЖРС – это сырье готовое для использования в доменных печах для производства чугуна.

Неподготовленное ЖРС является сырьем для производства агломерированного сырья. Неподготовленное ЖРС – это концентрат, доменная и аглоруда. Концентрат производится, в основном, в результате магнитной сепарации измельченной железной руды с низким содержанием железа.

Извлечение железа в концентрат составляет в среднем около 80%, содержание железа в концентрате 60-65%.

Аглоруда (железорудная мелочь) вырабатывается из богатой руды с высоким содержанием железа в результате дробления, грохочения, дешламации, крупность -10 мм.

Доменная (крупнокусковая руда) также вырабатывается из богатой руды, крупность куска -70+10 мм. Железорудное сырье для доменного процесса подвергается агломерации и окускованию. Агломерат получают из аглоруды и концентрата, а для производства окатышей применяются только концентраты.

Окатыши производятся из железорудного концентрата с добавлением известняка в результате окомкования смеси (гранулы диаметром 1 см) и последующего обжига.

Горячебрикетированное железо не являются ЖРС, т.к. фактически это уже продукты металлургического передела. В качестве сырья для производства агломерата используются смесь из аглоруды, сидерита, известняка и железосодержащих отходов производства с высоким содержанием железа (окалина и др.). Смесь также подвергается окомкованию и спеканию.

Металлургическая ценность железных руд и концентратов определяется содержанием в них полезного компонента (Fe), а также полезных (Mn, Ni, Cr, V, Ti), вредных (S, P, As, Zn, Pb, Cu, K, Na) и шлакообразующих (Si, Ca, Mg, Al) примесей.

Полезные примеси являются естественными легирующими элементами стали, улучшающими ее свойства.

Вредные примеси или ухудшают свойства металла (сера и медь придают металлу красноломкость, фосфор — хладоломкость, мышьяк и медь понижают свариваемость), или усложняют процесс выплавки чугуна (цинк разрушает огнеупорную кладку печи, свинец – лещадь, калий и натрий вызывают образование настылей в газоходах).

серы в товарной руде не должно превышать 0,15%. В рудах и концентратах, используемых для производства агломерата и окатышей, допустимое содержание серы может быть до 0,6%, так как при агломерации и обжиге окатышей степень удаления серы достигает 60- 90%. Предельное содержание фосфора в руде, агломерате и окатышах 0,07-0,15%.

При выплавке обычных передельных чугунов допускается наличие в железорудной части доменной шихты (не более) As 0,05-0,1%, Zn 0,1-0,2%, Cu до 0,2%. Шлакообразующие примеси разделяются на основные (Ca, Mg) и кислые (Si, Al).

Предпочтительны руды и концентраты с более высоким отношением основных окислов к кислым, так как сокращается ввод сырых флюсов при последующем металлургическом переделе.

Железные руды — природные минеральные образования, содержащие железо и его соединения в таком объеме, когда промышленное извлечение железа целесообразно.

Хотя железо входит в большем или меньшем количестве в состав всех горных пород, но под названием железных руд понимают только такие скопления железистых соединений, из которых в больших размерах и с выгодой в экономическом отношении может быть получаемо металлическое железо.

Различаются следующие промышленные типы железных руд:

  • Титано-магнетитовые и ильменит-титаномагнетитовые в базитах и ультрабазитах;
  • Апатит-магнетитовые в карбонатитах;
  • Магнетитовые и магно-магнетитовые в скарнах;
  • Магнетит-гематитовые в железных кварцитах;
  • Мартитовые и мартит-гидрогематитовые (богатые руды, образуются по железным кварцитам);
  • Гётит-гидрогётитовые в корах выветривания.

Существует три вида железорудной продукции, использующиеся в чёрной металлургии: сепарированная железная руда (обогащённая методом сепарации рассыпчатая руда), аглоруда (спечённая, окускованная путем термической обработки) и окатыши (сырая железосодержащая масса с добавлением флюсов (обычно, известняка); формуется в шарики диаметром около 1-2 см).

Химический состав

По химическому составу железные руды представляют собой окиси, гидраты окисей и углекислые соли закиси железа, встречаются в природе в виде разнообразных рудных минералов, из которых главнейшие: магнетит, или магнитный железняк; гётит, или железный блеск (красный железняк); лимонит, или бурый железняк, к которому относятся болотные и озерные руды; наконец, сидерит, или шпатоватый железняк (железный шпат), и его разновидность сферосидерит. Обыкновенно каждое скопление названных рудных минералов представляет смесь их, иногда весьма тесную, с другими минералами, не содержащими железа, как, например, с глиной, известняком или даже с составными частями кристаллических изверженных пород. Иногда в одном и том же месторождении встречаются некоторые из этих минералов совместно, хотя в большинстве случаев преобладает какой-нибудь один, а другие связаны с ним генетически.

Богатая железная руда

Богатая железная руда имеет содержание железа свыше 57 %, а кремнезёма менее 8…10 %, серы и фосфора менее 0,15 %. Представляет собой продукт природного обогащения железистых кварцитов, созданных за счёт выщелачивания кварца и разложения силикатов при процессах длительного выветривания или метаморфоза. Бедные железные руды могут содержать минимум 26% железа.

Выделяют два главных морфологических типа залежей богатой железной руды: плоскоподобные и линейные. Плоскоподобные залегают на вершинах крутопадающих пластов железистых кварцитов в виде значительных по площади с карманоподобной подошвой и относятся к типовым корам выветривания.

Линейные залежи представляют падающие в глубину клиноподобные рудные тела богатых руд в зонах разломов, трещинуватостей, дробления, изгибов в процессе метаморфоза. Руды характеризуются высоким содержанием железа (54…69 %) и низким содержанием серы и фосфора.

Наиболее характерным примером метаморфозных месторождений богатых руд могут быть Первомайское и Жёлтоводское месторождения в северной части Кривбасса.

Богатые железные руды идут на выплавку стали в мартеновском, конвертерном производстве или для прямого восстановления железа(горячебрикетированное железо).

Запасы

Мировые разведанные запасы железной руды составляют порядка 160 млрд тонн, в которых содержится около 80 млрд тонн чистого железа. По данным Геологической службы США, на долю месторождений железной руды России и Бразилии приходится по 18% мировых запасов железа. Мировые ресурсы и запасы железных руд по состоянию на 01.01.2010:

  КАТЕГОРИЯМлн. тн
Россия Запасы категорий А+В+С 55291
Запасы категорий С 43564
Австралия Proved + probable reserves 10800
Measured + indicated resources 25900
Inferred resources 28900
Алжир Исторические ресурсы 3000
Боливия Исторические ресурсы 40000
Бразилия Reserva lavravel 11830
Measured + indicated + inferred resources 70637
Венесуэла Reserves 4000
Вьетнам Исторические ресурсы 1250
Габон Исторические ресурсы ресурсы 2000
Индия Reserves 7000
Resources 25249
Иран Reserves 2500
Resources 4526,30
Казахстан Reserves 8300
Канада Reserves 1700
Китай Ensured reserves 22364
Мавритания Reserves 700
Resources 2400
Мексика Reserves 700
Пакистан Historical resources 903,40
Перу Исторические ресурсы 5000
США Reserves 6900
Турция Proved + probable reserves 113,25
Украина Запасы категорий А + В + С 24650
Запасы категорий С 7195,93
Чили Исторические ресурсы 1800
ЮАР Reserves 1000
Швеция Proved + probable reserves 1020
Measured + indicated + inferred resources 511
Весь мир Reserves 1 58 000

Крупнейшие производители железорудного сырья в 2010 году

КомпанияСтранаПроизводственная мощность, млн. тонн в год.

Vale Бразилия 417,1
Rio Tinto Великобритания 273,7
BHP Billiton Австралия 188,5
ArcelorMittaln Великобритания 78,9
Fortescue Metals Австралия 55,0
Евразхолдинг Россия 55,4
Металлоинвест Россия 44,7
AnBen Китай 44,7
Метинвест Холдинг Украина 42,8
Anglo American ЮАР 41,1
LKAB Швеция 38,5

По данным U.S. Geological Survey, мировая добыча железной руды в 2009 году составила 2,3 млрд тонн (рост на 3,6 % по сравнению с 2008 годом).

© использованы материалы Wikipedia

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.