ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ КАРБОТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА ИЗ СИЛИКАТНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ Na₂O
Keywords:
фаялит, черная металлургия, восстановление железа, силикатные шлаки, оксид натрия, энергия Гиббса, термодинамический анализ, энергетическая эффективность.Abstract
В работе проведён термодинамический анализ процесса карботермического восстановления фаялита – основного железосодержащего компонента силикатных шлаков черной металлургии – с использованием оксидов кальция и натрия в качестве флюсующих добавок. Показано, что реакция с участием Na₂O является экзотермической и обладает более высокой энергетической эффективностью по сравнению с CaO. Сравнительный анализ изменения энергии Гиббса и констант равновесия в диапазоне температур 323–1873 K показал, что при применении Na₂O восстановление железа происходит самопроизвольно даже при пониженных температурах. Установлено, что оптимальный температурный интервал составляет 1205–1300 °C, с наивысшей эффективностью около 1250 °C. Это обеспечивает устойчивость процесса, разделение жидкого чугуна и силикатного шлака. Также показано, что снижение дозировки Na₂O до 1 моль повышает экономическую эффективность без потери термодинамических преимуществ. Полученные результаты представляют практическую ценность для разработки ресурсосберегающих технологий переработки металлургических шлаков с целью извлечения железа.
References
1. Колесников Ю. А., Бигеев В. А., Сергеев Д. С., Дудчук И. А. Возможность применения сидеритовой руды для выплавки конвертерной стали с повышенной долей чугуна в металлошихте // Черные металлы. 2017. № 6. С. 40–44.
2. Löf A., Ericsson M., Löf O. Iron ore market review // CIS Iron and Steel Review. 2019. Vol. 17. P. 4–9.
3. Пелевин А. Е. Повышение качества концентрата путем применения тонкого грохочения в стадиях измельчения железных руд // Черные металлы. 2023. № 10. С. 4–9.
4. Пелевин А. Е. Влияние магнитной флокуляции на результаты обогащения железосодержащих руд // Обогащение руд. 2021. № 4. С. 15–20.
5. Roshchin V. E. et al. Role of a silicate phase in the reduction of iron and chromium and their oxidation with carbide formation during the manufacture of carbon ferrochrome // Russian Metallurgy (Metally). 2016. Vol. 2016. No. 11. С. 1092–1099.
6. Khojiev S. T. Processing of copper slag using waste tires // Metallurgist. 2025. T. 68. № 8. P. 1–10.
7. Hou Y., Yu J., Zheng D., Xu J., Ma G., Khojiev S., Kadirov N. Preparation and chromatic performance of black ceramic tiles from chromium slag, copper slag and silicon manganese slag // Journal of Ceramic Processing Research. 2025. T. 26. № 1. P. 139–147.
8. Юсупходжаев А. А., Хожиев Ш. Т., Акрамов У. А. Использование нетрадиционных восстановителей для расширения ресурсной базы ОАО «Узметкомбинат» // Черные металлы. 2021. № 4. С. 4–8.
9. Клингер А., Альтендорфер А., Беттингер Д., Хьюз Г. Д., Аль-Хусейни А. А. и др. Система оптимизации технологического процесса нового поколения для установки прямого восстановления железа // Черные металлы. 2017. № 10. С. 19–27.
10. Темников В. В., Калимулина Е. Г., Тлеугабулов Б. С. Анализ образования и переработки металлургических отходов в АО «ЕВРАЗ НТМК» // Черные металлы. 2018. № 7. С. 32– 37.
11. Romenets V. A., Valavin V. S., Pokhvisnev Y. V. Technological Assessment of the Romelt Process in the Classic and Two-Zone Variants // Metallurgist. 2014. № 58. P. 20–27.
12. Комиссарова Л. Н., Рюмин М. А. Кальция силикаты // Большая российская энциклопедия. Электронная версия (2016); https://old.bigenc.ru/chemistry/text/2037560. Дата обращения: 11.02.2025
13. Долен М., Диркс К. Устойчивое ресурсосбережение благодаря использованию конвертерного шлака // Черные металлы. 2019. № 8. С. 37–41.
14. Шюлер С., Маркус Х. П., Алгермиссен Д., Мудерсбах Д. Качество электросталеплавильных шлаков // Черные металлы. 2015. № 9. С. 31–41.
15. Хожиев Ш.Т., Султонов Х.Ш., Кадиров Н.А., Гаибназаров С.Б. Усовершенствование технологии получения железорудного агломерата с использованием отходов полиэтилена // Черные металлы. 2024. № 10. C. 4–8.
16. Zhang H., Li B., Wei Y. et al. Effect of CaO on Copper Loss and Phase Transformation in Copper Slag // Metall. Mater. Trans. B. 2022. № 53. P. 1538–1551.
17. Третьяков Ю. Д. Твердофазные реакции. –М.: Химия, 1978. 360 с.
18. Хожиев Ш.Т., Холикулов Д.Б., Муталибхонов С.С., Шайманов И.И., Ма Г. Сравнительный термодинамический анализ флюсующих добавок Na2O и CaO при восстановлении железа из силикатных шлаков черной металлургии // Черные металлы. – 2025. – № 9. – C. 12-18.
19. Adno Yu. L. World ferrous metallurgy: crisis around the turn of a new decade // Chernye Metally. 2020. № 7. P. 51–58.
