ИЗУЧЕНИЕ КАРБОТЕРМИЧЕСКОГО СПОСОБА ВСКРЫТИЯ ТИТАНОВОГО СЫРЬЯ НА ПРИМЕРЕ ИСКУССТВЕННО СИНТЕЗИРОВАННОГО ПЕРОВСКИТА

Указаны преимущества карботермического способа вскрытия перовскитового концентрата в сравнении с гидрометаллургическими методами. Отмечены работы, в которых использовался карботермический способ. Даны сведения о существующих способах переработки перовскита, которые не нашли применения в промышленности. Приведены результаты исследования вскрытия титанового сырья на примере искусственно синтезированного перовскита CaO·TiO2. Синтез искусственного перовскита проводили в муфельной печи, при этом смесь оксидов (CaO – 41,2 мас.% и TiO2 – 58,8 мас.%) предварительно перемешивали в течение 15 мин, затем брикетировали в таблетки с использованием стальной пресс-формы диаметром 15 мм на гидравлическом прессе с усилием 147 МПа. Температура синтеза CaTiO3 составляла 1300 °С при времени выдержки 4 ч. Проведены опыты с различным избытком углерода (20 и 30 мас.% от стехиометрически необходимого для восстановления компонентов перовскита). Карботермический процесс вскрытия искусственного перовскита (таблетки массой 4 г) осуществлялся в вакуумной печи с графитовым нагревателем в две стадии: при температуре 1500 °С, времени выдержки 1 ч и остаточном давлении 10,1 кПа в атмосфере аргона на первой стадии и t = 1750 °С, τ = 1 ч, остаточном давлении в камере 1,3 Па – на второй. Продукты реакций изучали рентгенофазовым анализом на дифрактометре «D8 Advance Bruker AXS». Результаты опытов показали практическую возможность извлечения титана и кальция из перовскита карботермическим способом.

перовскит, карбид кальция, карбид титана, карботермическое восстановление, углерод, диссоциация

1. Калинников В.Т., Николаев А.И. Создание базового пакета технологий для формирования национального резерва стратегических материалов на основе рудно-сырьевого потенциала Кольского полуострова // Химико-металлургический комплекс и наукоемкие производства: Сб. ст. Апатиты: Кольский научный центр РАН, 2005. С. 191—206.

2. Калинников В.Т., Николаев А.И., Герасимова Л.Г. Кольский химико-технологический кластер для решения проблем экономики и экологии российской Арктики // Север и рынок: Форми рование экономического порядка. 2014. No. 3. С. 21—24.

3. Кулифеев В.К., Кропачев А.Н., Бидыло А.П. Проблема перовскита — комплексное использование сырья (ч. 1) // Технол. металлов. 2013. No. 3. С. 3—9.

4. Николаева О.А. Перспективы развития производств по титановому сырью месторождений Кольского полуострова // Национальные интересы: Приоритеты и безопасность. 2012. No. 47. С. 31—36.

5. Копкова Е.К., Громов П.Б., Щелокова Е.А., Муждабаева М.А., Кадырова Г.И. Сольвометаллургия в переработке нетрадиционного титаноредкометалльного сырья и техногенных продуктов // Синтез знаний в естественных науках. Рудник будущего: Проекты, технологии, оборудование: Матер. Междунар. науч. конф. в 2 т. (Пермь, 21—25 нояб. 2011 г.). Пермь: Изд-во Перм. гос. нац. исслед. ун-та, 2011. С. 438—443.

6. Мотов Д.Л. Технологическое решение проблемы перовскита // Тр. Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2010. No. 7. С. 187—192.

7. Герасимова Л.Г., Николаев А.И., Петров В.Б., Калинников В.Т., Склокин Л.И., Майоров В.Г. Способ переработки перовскитового концентрата: Пат. 2244726 (РФ). 2005.

8. Калинников В.Т., Николаев А.И., Коцарь М.Л. Нетрадиционное редкометалльное сырье Кольского полуострова: Обоснование и перспективы его использования в технологии // Горн. инф.-анал. бюл. (науч.-техн. журн.). 2007. No. 12. С. 13—23.

9. Герасимова Л.Г., Мельник Н.Т., Николаев А.И., Петров В.Б., Щукина Е.С., Быченя Ю.Г. Солянокислотная технология перовскитового концентрата и ее радиационная оценка // Экология пром. пр-ва. 2015. No. 1(89). С. 54—58.

10. Крысенко Г.Ф., Эпов Д.Г., Медков М.А. Комплексная переработка перовскитового концентрата по фторидной технологии // Вестн. Дальневост. отд-ния Российской академии наук. 2015. No. 4 (182). С. 113— 117.

11. Sheikh Abdul Rezan, Guangqing Zhang, Oleg Ostrovski. Carbothermal reduction and nitridation of ilmenite concentrates // ISIJ Int. 2012. No. 3. P. 363—368.

12. Jiusan Xiao, Bo Jiang, Kai Huang, Shuqiang Jiao, Hongmin Zhu. Selective reduction of TiO2—SiO2 in the carbothermal reduction of titanium raw materials for preparation of titanium oxycarbide // The Minerals, Metals & Materials Society: 7th Intern. Symp. on hightemperature metallurgical processing. 2016. P. 419—425. DOI: 10.1002/9781119274643.ch52.

13. Божко Г.Г., Кулифеев В.К., Елсукова М.А., Кропачев А.Н. Совмещенный карботермический способ получения кальция из карбоната: Пат. 2501871 (РФ). 2013.

14. Черняховский Л.В., Тиунов Ю.А., Янчевский И.В., Тороев А.А. Способ карботермического восстановления кремния: Пат. 2383493 (РФ). 2010.

15. Фруэхан Ричард Дж. (US). Способ получения низкоуглеродистого алюминия с использованием карботермического восстановления в одной печи с обработкой и рециклированием отходящих газов: Пат. 2407816 (РФ). 2010.

16. Pickles C.A. Thermodynamic analysis of the selective carbothermic reduction of electric arc furnace dust // J. Hazard. Mater. 2008. Vol. 150. No. 2. P. 265—278. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.04.097.

17. Qianxu Ye, Hongbo Zhu, Libo Zhang, Peng Liu, Guo Chen, Jinhui Peng. Carbothermal reduction of low-grade pyrolusite by microwave heating // RSC Adv. 2014. Iss. 102. P. 58164—58170. DOI: 10.1039/C4RA08010F.

18. Lebukhova N.V., Karpovich N.F. Carbothermic reduction of copper, nickel, and cobalt oxides and molybdates // Inorg. Mater. 2008. Vol. 44. No. 8. P. 889—892.

19. Mudzanapabwe N.T., Chinyamakobvu O.S., Simbi D.J. In situ carbothermic reduction of a ferro-columbite concentrate in the recovery of Nb and Ta as metal matrix composite from tin smelting slag waste dump // Mater. Design. 2004. Vol. 25. Iss. 4. P. 297—302. DOI: 10.1016/j.matdes.2003.10.015.

20. Ono K., Moriyama J. Carbothermic reduction and electron beam melting of vanadium // J. Less Common Met. 1981. Vol. 81. Iss. 1. P. 79—89. DOI: 10.1016/0022-5088(81)90271-X.

21. Welham N.J. A parametric study of the mechanically activated carbothermic reduction of ilmenite // Miner. Eng. 1996. Vol. 9. Iss. 12. P. 1189—1200.

22. Database Documentation. URL: http://www.crct.polymtl.ca/fact/documentation/ (дата обращения: 15.04.2017).

23. Кулифеев В.К., Кропачев А.Н., Бидыло А.П. Проблема перовскита — комплексное использование сырья (ч. 3) // Технол. металлов. 2013. No. 5. С. 3—9.

24. Фалин В.В., Сухарев А.В. Термические методы получения металлического кальция // Технические науки — от теории к практике. No. 9 (22): Сб. ст. по матер. XXVI междунар. науч.-практ. конф. (Новосибирск, 2 окт. 2013). Новосибирск: Изд-во «СибАК», 2013. С. 101—114.