RU2818710C1 - Method of producing graphite when processing refractory iron-containing ore - Google Patents

Method of producing graphite when processing refractory iron-containing ore Download PDF

Info

Publication number
RU2818710C1
RU2818710C1 RU2023125372A RU2023125372A RU2818710C1 RU 2818710 C1 RU2818710 C1 RU 2818710C1 RU 2023125372 A RU2023125372 A RU 2023125372A RU 2023125372 A RU2023125372 A RU 2023125372A RU 2818710 C1 RU2818710 C1 RU 2818710C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
graphite
temperature
iron
reducing agent
Prior art date
Application number
RU2023125372A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Вячеславович Павлов
Ольга Вильгельмовна Шабанова
Игорь Вячеславович Павлов
Вячеслав Фролович Павлов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр " Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр " Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр " Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"
Application granted granted Critical
Publication of RU2818710C1 publication Critical patent/RU2818710C1/en

Links

Abstract

FIELD: pyrometallurgy.
SUBSTANCE: invention can be used to process ores and industrial wastes to obtain target products. Method of producing graphite during processing of refractory iron-bearing ore involves reducing melting of ore with a carbonaceous reducing agent. Reducing agent used is brown coal. Melting is carried out in a bubbling slag melt with holding for an hour at temperature of 1,600 °C and subsequent cooling of the melt at rate of 66 °C/h.
EFFECT: method reduces temperature and time of obtaining graphite.
1 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к пирометаллургии и может применяться для переработки руд и промышленных отходов с получением целевых продуктов.The invention relates to pyrometallurgy and can be used for processing ores and industrial waste to obtain target products.

Известен способ получения искусственного графита из дроблёного антрацита [SU53813A1, опубл.01.01.1938] в электрической печи сопротивления.There is a known method for producing artificial graphite from crushed anthracite [SU53813A1, publ. 01/01/1938] in an electric resistance furnace.

К недостаткам способа следует отнести высокие затраты, связанные с повышенными температурами кристаллизации углерода.The disadvantages of this method include high costs associated with elevated temperatures of carbon crystallization.

Известен способ получения графита из отходов доменного производства серого чугуна [RU2139358C1, опубл. 10.10.1999], включающий сбор, накопление, дробление, последующий отбор материала, его рассев с выделением фракций 0 - 10 мм и магнитную сепарацию, отличающийся тем, что выделение фракций 0 - 10 мм осуществляют пылесосом и перед подачей на магнитную сепарацию выделенный материал фракции 0 - 10 мм сначала осаждают, а затем обрабатывают методом аэрации, при этом в процессе осаждения от материала отделяют взвешенный графит, а в процессе аэрации ⎯ адсорбированный на его поверхности чешуйчатый графит.There is a known method for producing graphite from waste from blast furnace production of gray cast iron [RU2139358C1, publ. 10.10.1999], including collection, accumulation, crushing, subsequent selection of material, its sieving with the release of fractions 0 - 10 mm and magnetic separation, characterized in that the separation of fractions 0 - 10 mm is carried out with a vacuum cleaner and before submitting the separated material to magnetic separation 0 - 10 mm are first deposited and then processed by the aeration method, while during the deposition process suspended graphite is separated from the material, and during the aeration process the flake graphite adsorbed on its surface is separated.

К недостаткам способа следует отнести многостадийность процесса выделения графита для использования его в различных областях науки и техники. The disadvantages of this method include the multi-stage process of separating graphite for use in various fields of science and technology.

Известен способ получения графита из нефтяного кокса (SU 664919, опубл. 30.05.1979) путем дробления, прокалки, измельчения и рассева нефтяного кокса, его дозировки, замеса массы, прессования из нее изделий, обжига и последующей графитации при температуре 2500-2700°С. Дополнительная термообработка кокса фракции 0,5 - 1,0 мм и получение из нее тонкого помола способствует значительному повышению стойкости графита к окислению.There is a known method for producing graphite from petroleum coke (SU 664919, publ. 05/30/1979) by crushing, calcining, grinding and sieving petroleum coke, its dosage, kneading the mass, pressing products from it, firing and subsequent graphitization at a temperature of 2500-2700°C . Additional heat treatment of coke of the 0.5 - 1.0 mm fraction and obtaining fine grinding from it contributes to a significant increase in the resistance of graphite to oxidation.

Известный способ позволяет получить графит высокого качества, но отличается длительностью процессов обжига и графитации во времени, высоким расходом электроэнергии.The known method makes it possible to obtain high-quality graphite, but is characterized by the duration of the firing and graphitization processes in time, and high energy consumption.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ получения графита, при котором в электрическую печь графитации загружают перпендикулярно относительно продольной оси печи заготовки обожженных углеродных изделий, засыпают углеродной пересыпкой и проводят периодическую графитацию электрическим током силой до 100 кА до температуры 2000-2300°С. После графитации изделия охлаждаются вместе с печью. Общее время от загрузки до выгрузки графита подбирается для разных видов изделий от 180 до 240 часов [Соседов В.П., Чалых Е.Ф. Графитация углеродистых материалов. - М.: Металлургия, 1987, с.149-152].The closest to the claimed technical essence is a method for producing graphite, in which blanks of fired carbon products are loaded into an electric graphitization furnace perpendicular to the longitudinal axis of the furnace, covered with carbon powder and periodic graphitization is carried out with an electric current of up to 100 kA to a temperature of 2000-2300°C. After graphitization, the products are cooled along with the furnace. The total time from loading to unloading graphite is selected for different types of products from 180 to 240 hours [Sosedov V.P., Chalykh E.F. Graphitation of carbon materials. - M.: Metallurgy, 1987, pp. 149-152].

Недостатком данного способа является высокая температура плавления и длительность процесса.The disadvantage of this method is the high melting point and the duration of the process.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение температуры и времени получения графита.The technical result of the claimed invention is to reduce the temperature and time of graphite production.

Технический результат достигается тем, что в способе получения графита при переработке труднообогатимой железосодержащей руды, включающем восстановительное плавление руды с углеродистым восстановителем, новым является то, что в качестве восстановителя используют бурый уголь, плавку ведут в барботируемом шлаковом расплаве с выдерживанием в течение часа при температуре 1600°С и последующим охлаждением расплава со скоростью 66 °С/час.The technical result is achieved by the fact that in the method of producing graphite when processing refractory iron-containing ore, including reductive smelting of the ore with a carbonaceous reducing agent, what is new is that brown coal is used as a reducing agent, smelting is carried out in a bubbled slag melt and kept for an hour at a temperature of 1600 °C and subsequent cooling of the melt at a rate of 66 °C/hour.

Плавление шихты ведут в барботируемом шлаковом расплаве до полного восстановления окислов металла и перехода их в металлическую часть расплава. Постепенное охлаждение расплава приводит к снижению растворимости углерода в металле и выкристаллизовыванию его на поверхность металла в виде графитированных чешуек шестигранной формы.The melting of the charge is carried out in a bubbled slag melt until the metal oxides are completely reduced and they pass into the metal part of the melt. Gradual cooling of the melt leads to a decrease in the solubility of carbon in the metal and its crystallization on the metal surface in the form of graphitized hexagonal flakes.

Заявляемый способ получения графита при восстановительном плавлении труднообогатимой железосодержащей руды осуществляется следующим образом.The inventive method for producing graphite during the reduction smelting of difficult-to-process iron-containing ore is carried out as follows.

Способ включает загрузку в тигель индукционной печи железосодержащей руды, перемешанной с бурым углем фракции 5,0-10 мм с содержанием углерода необходимом для восстановления окислов железа до железа металлического в силикатной части расплава и образования раствора железо-углерод в металлической части расплава в процессе плавления. Расплав выдерживают при температуре 1600°С в течении одного часа с последующим охлаждением совместно с печью со скоростью 66 °С/час и дальнейшей выгрузкой продуктов восстановительного плавления. The method involves loading iron-containing ore into the crucible of an induction furnace, mixed with brown coal of a fraction of 5.0-10 mm with a carbon content necessary for the reduction of iron oxides to metallic iron in the silicate part of the melt and the formation of an iron-carbon solution in the metal part of the melt during the melting process. The melt is kept at a temperature of 1600°C for one hour, followed by cooling together with the furnace at a rate of 66°C/hour and further unloading of the reduction melting products.

При нагреве шихты до температуры 1500°C. происходит разложение бурого угля, диссоциация ряда компонентов (карбонатов, сульфидов). Выделяющиеся газы интенсивно барботируют ещё не расплавленную шихту, создавая псевдоожиженный слой. В результате твёрдофазных реакций оксид железа частично восстанавливается до магнетита и металлического железа. После нагрева до температуры 1600°C происходит полное ожижение шихты, образование расплава при наличии в нём капельножидкого железа и твёрдого углерода. Это состояние расплава отличается хорошим контактом фаз и интенсивностью конвективных потоков, способствующих коалесценции мелких металлосодержащих частиц. Вынесенное на поверхность расплава железо и раствор Fe-C коалесцируют в капли, которые мигрируют к стенке, укрупняются и стекают на дно тигля. После практически полного восстановления основной массы железа начинается интенсивное образование карбидов по реакциям:When heating the charge to a temperature of 1500°C. brown coal decomposes and a number of components (carbonates, sulfides) dissociate. The released gases intensively bubble the not yet molten charge, creating a fluidized layer. As a result of solid-phase reactions, iron oxide is partially reduced to magnetite and metallic iron. After heating to a temperature of 1600°C, complete liquefaction of the charge occurs, the formation of a melt in the presence of droplet-liquid iron and solid carbon in it. This state of the melt is characterized by good phase contact and the intensity of convective flows that promote the coalescence of small metal-containing particles. The iron and Fe-C solution brought to the surface of the melt coalesce into droplets, which migrate to the wall, become larger and flow down to the bottom of the crucible. After almost complete reduction of the bulk of iron, intensive formation of carbides begins according to the reactions:

(SiO2) + 2C=[Si]+2CO,(SiO 2 ) + 2C=[Si]+2CO,

(SiO2) + 3C=SiCтв+2CO(SiO 2 ) + 3C=SiC TV +2CO

Квадратной скобкой обозначена принадлежность вещества к металлической, а круглой – к силикатной фазе. Восстановленный по реакции кремний растворяется в жидкой металлической фазе на основе железа, образуя растворы Fe-Si, Fe-C. Карбиды кремния, взаимодействуя с железом и оксидом кремния, приводят к образованию силицидов по реакциям:A square bracket indicates that a substance belongs to the metallic phase, and a round bracket indicates that it belongs to the silicate phase. Silicon reduced by the reaction dissolves in the iron-based liquid metal phase, forming Fe-Si, Fe-C solutions. Silicon carbides, interacting with iron and silicon oxide, lead to the formation of silicides according to the reactions:

Fe + SiC = FeSi + C,Fe + SiC = FeSi + C,

2SiC + SiO2 +9Fe = 3Fe3Si +2CO.2SiC + SiO 2 +9Fe = 3Fe 3 Si +2CO.

При повышении температуры плавки и наличии углерода в системе содержание кремния в системе Fe-Si-C повышается, что приводит к образованию эвтектического расплава, понижающего температуру плавления металлической части расплава. После часовой выдержки при температуре 1600°C расплав охлаждают совместно с печью. При снижении температуры, растворимость свободного углерода в металлической части расплава снижается, что приводит к выкристаллизовыванию его на поверхность металла в виде слоя графитированных чешуек шестиугольной формы, расположенного между массой восстановленного металла и шлака. With increasing melting temperature and the presence of carbon in the system, the silicon content in the Fe-Si-C system increases, which leads to the formation of a eutectic melt, which lowers the melting temperature of the metal part of the melt. After holding for an hour at a temperature of 1600°C, the melt is cooled together with the furnace. As the temperature decreases, the solubility of free carbon in the metal part of the melt decreases, which leads to its crystallization onto the metal surface in the form of a layer of hexagonal graphitized flakes located between the mass of the reduced metal and the slag.

Пример осуществления способа.An example of the method.

Переработке в комплексе индукционной печи КИТ 25 подвергалась шихта труднообогатимой железосодержащей руды химического состава, мас.% : MgO-0,90, Al2O3-8,40, SiO2-10,8, P2O5- 4,1, SO3-1,03, Cl-0,37, CaO-3,2, K2O-2,05, Na2O-0,60, TiO2-4,41,
Cr2O3-0,33, MnO-1,70, Fe2O3-55,2, ZnO-0,6, SrO-0,4, Y2O3-0,20, ZrO2-0,30, Nb2O5-1,12, SnO2-0,10, La2O3-0,96, CeO2-1,32, Pr6O11-0,44, Nd2O3-1,02, Sm2O5-0,32, PbO-0,13 в количестве 240 грамм совместно с 40 граммами бурого угля Канско-Ачинского угольного бассейна фракции 5,0-10 мм в качестве углеродистого восстановителя с содержанием углерода 60%. Плавку вели в режиме кипящего слоя при температуре 1600°C с выдержкой в течение 1 часа с последующим охлаждением расплава со скоростью 66 °С/час.
A charge of refractory iron-containing ore of the chemical composition, wt.%: MgO-0.90, Al 2 O 3 -8.40, SiO 2 -10.8, P 2 O 5 - 4.1, was processed in the KIT 25 induction furnace complex. SO 3 -1.03, Cl-0.37, CaO-3.2, K 2 O-2.05, Na 2 O-0.60, TiO 2 -4.41,
Cr 2 O 3 -0.33, MnO-1.70, Fe 2 O 3 -55.2, ZnO-0.6, SrO-0.4, Y 2 O 3 -0.20, ZrO 2 -0, 30, Nb 2 O 5 -1.12, SnO 2 -0.10, La 2 O 3 -0.96, CeO 2 -1.32, Pr 6 O 11 -0.44, Nd 2 O 3 -1, 02, Sm 2 O 5 -0.32, PbO-0.13 in the amount of 240 grams together with 40 grams of brown coal from the Kansk-Achinsk coal basin, fraction 5.0-10 mm, as a carbonaceous reducing agent with a carbon content of 60%. The melting was carried out in a fluidized bed mode at a temperature of 1600°C with holding for 1 hour, followed by cooling of the melt at a rate of 66°C/hour.

В результате медленного охлаждения металла, полученного в режиме кипящего слоя, на его поверхности выделялся углеродный материал в виде слоя чешуек гексагональной формы. As a result of slow cooling of the metal obtained in the fluidized bed mode, carbon material was released on its surface in the form of a layer of hexagonal flakes.

Полученный углеродный материал анализировали методами РФА (фигура 1). На спектре идентифицируются два характерных для гексагонального графита дифракционных пика, расположенных при 2Ѳ, равных 26,6° и 54,8°, что соответствует плоскостям кристалла (002) и (004) с межплоскостными расстояниями равными 3,353Å и 1,673Å. The resulting carbon material was analyzed by XRF methods (Figure 1). The spectrum identifies two diffraction peaks characteristic of hexagonal graphite, located at 2Ѳ, equal to 26.6° and 54.8°, which correspond to the crystal planes (002) and (004) with interplanar distances equal to 3.353Å and 1.673Å.

Чешуйчатость полученного графита гексагональной формы подтверждают также снимки, выполненные на энергодисперсионном микроскопе TM 4000 (фигура 2). The flakiness of the resulting hexagonal graphite is also confirmed by photographs taken on a TM 4000 energy dispersive microscope (Figure 2).

Claims (1)

Способ получения графита при переработке труднообогатимой железосодержащей руды, включающий восстановительное плавление руды с углеродистым восстановителем, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют бурый уголь, плавку ведут в барботируемом шлаковом расплаве с выдерживанием в течение часа при температуре 1600°С и последующим охлаждением расплава со скоростью 66°С/ч.A method for producing graphite by processing refractory iron-containing ore, including reductive smelting of the ore with a carbonaceous reducing agent, characterized in that brown coal is used as a reducing agent, smelting is carried out in a bubbled slag melt with holding for an hour at a temperature of 1600°C and subsequent cooling of the melt at a rate 66°C/h.
RU2023125372A 2023-10-04 Method of producing graphite when processing refractory iron-containing ore RU2818710C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2818710C1 true RU2818710C1 (en) 2024-05-03

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2047557C1 (en) * 1992-09-14 1995-11-10 Криворожский металлургический комбинат "Криворожсталь" им.В.И.Ленина Method for graphite production
RU2385290C2 (en) * 2008-06-25 2010-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Method of graphite production
RU2476374C2 (en) * 2010-11-22 2013-02-27 Учреждение Российской академии наук Институт углехимии и химического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук Method of producing graphite
CN109133047A (en) * 2018-10-19 2019-01-04 常州大学 A kind of production method of graphite
CN115321530A (en) * 2022-07-05 2022-11-11 北京科技大学 High-purity crystalline graphite and preparation method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2047557C1 (en) * 1992-09-14 1995-11-10 Криворожский металлургический комбинат "Криворожсталь" им.В.И.Ленина Method for graphite production
RU2385290C2 (en) * 2008-06-25 2010-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Method of graphite production
RU2476374C2 (en) * 2010-11-22 2013-02-27 Учреждение Российской академии наук Институт углехимии и химического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук Method of producing graphite
CN109133047A (en) * 2018-10-19 2019-01-04 常州大学 A kind of production method of graphite
CN115321530A (en) * 2022-07-05 2022-11-11 北京科技大学 High-purity crystalline graphite and preparation method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СОСЕДОВ В.П. и др. Графитизация углеродистых материалов., М., Металлургия, 1987, с.149-152. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2008313799B2 (en) Recovery of residues containing copper and other valuable metals
JP5873600B2 (en) Nonferrous metallurgical slag processing method
CN110651054A (en) Carbothermic direct reduction of chromite with catalyst for production of ferrochrome
JPH11172312A (en) Operation of movable hearth type furnace and movable hearth type furnace
KR100291250B1 (en) Process for reducing the electric steelworksdusts and facility for implementing it
Ji et al. Mechanistic insight into phosphorus migration pathways from oolitic hematite using in-situ observations during roasting and reduction process
RU2818710C1 (en) Method of producing graphite when processing refractory iron-containing ore
AU732984B2 (en) Recycling process for brass foundry waste
AU594370B2 (en) Recovery of volatile metal values from metallurgical slags
JP2000045008A (en) Production of reduced metal
JP2001181719A (en) Method of manufacturing reduced metal from metal- containing material
Pickles et al. Production of Ferronickel and Ferrovanadium from Fly Ash in an Extended Arc Flash Reactor
JP2009167469A (en) Method for treating copper-containing dross
JP3935251B2 (en) Treatment method for waste containing hexavalent chromium
WO2019161202A2 (en) Upgrading ores and concentrates that contain iron and one or more metals via selective carbothermic reduction and smelting process
RU2808305C1 (en) Processing method for oxidized nickel ore
SU1098968A1 (en) Method for depleting slags from copper and copper and nickel production
WO1985001750A1 (en) Smelting nickel ores or concentrates
RU2688000C1 (en) Method of pyrometallurgical processing of oxidised nickel ore to obtain ferronickel in a melting unit
WANG et al. Effect of CaO on zinc migration mechanism and kinetics during zinc ferrite reduction
RU2182184C1 (en) Technology of processing of iron-carrying materials
SU724587A1 (en) Metallurgical slag stripping charge
SU1723167A1 (en) Method of oxidized nickel ore processing
Almagul et al. Development of technology for processing of titanomagnetite with low titanium content
SU1463782A1 (en) Method of processing slags of copper production