Карботермическое восстановление лейкоксенового концентрата в вакууме

• Автор: Истомин, Павел Валентинович
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Сыктывкар
• Количество страниц: 153 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Особенности минерального и химического составов лейкоксена Ярегского нефтетитанового месторождения
1.2. Обзор подсистем системы Б1
1.2.1. Система
1.2.2. Система Б1
1.2.3. Система И - О
1.2.4. Система И
1.2.5. Система Т1
1.2.6. Система Н
1.3. Карботермическое восстановление оксидов кремния и титана
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Химические материалы и реактивы
2.2. Расчет шихты
2.3. Приготовление образцов
2.4. Вакуумнотермическая обработка образцов
2.5. Приготовление керамических образцов
2.6. Синтез низших оксидов титана
2.7. Весовой анализ
2.8. Рентгенофазовый анализ образцов
2.9. Химический и спектральный анализы продуктов восстановления
2.10. Петрографический и микрозондовый спектральный анализ
2.11. ИК - исследование конденсата
2.12. Термодинамические расчеты
ГЛАВА 3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕАКЦИЙ,
ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ СОВМЕСТНОМ ВОССТАНОВЛЕНИИ ОКСИДОВ ТИТАНА И КРЕМНИЯ В УСЛОВИЯХ ВАКУУМА
Выводы
ГЛАВА 4. ФАЗООБРАЗОВАНИЕ В СИСТЕМАХ Ж - УГЛЕРОД И ТЮ2 - БЮг - С ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ В ВАКУУМЕ
4.1. Образование газообразных продуктов
4.2. Влияние температуры на фазообразование при карботермическом восстановлении Ж
4.3. Влияние концентрации углерода на фазообразование при
карботермическом восстановлении ЛК
Выводы
ГЛАВА 5. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ НИЗШИМИ ОКСИДАМИ ТИТАНА
5.1. Термодинамический анализ
5.2. Взаимодействие диоксида кремния с низшими оксидами титана
Выводы
ГЛАВА 6. СТАБИЛИЗАЦИЯ ФАЗОВОГО СОСТАВА ПРОДУКТОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДНЫМИ ДОБАВКАМИ
6.1. Состав и структура аносовитовой фазы
6.2. Влияние примесей на стабилизацию фазового состава
Выводы
ГЛАВА 7. ОБРАЗОВАНИЕ КАРБОСИЛИЦИДА ТИТАНА Ті38ІС2 ПРИ СОВМЕСТНОМ ВОССТАНОВЛЕНИИ ОКСИДОВ ТИТАНА И КРЕМНИЯ
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В настоящее время целый ряд технических отраслей промышленности испытывает потребность в титановом сырье, необходимом, в частности, для получения пигментных, абразивных, износостойких, высокотвердых и тугоплавких материалов. Дефицит сырья во многом связан с истощением используемых титановых месторождений, а также с разрывом при распаде Советского Союза установившихся экономических связей. Одним из наиболее перспективных для развития титановой промышленности России является Ярегское нефтетитановое месторождение Республики Коми [1].
Нефтетитановые руды Ярегского месторождения являются уникальным титановым сырьем и по своему минеральному и химическому уставу практически не имеют аналогов в мире. Продуктом их первичного обогащения является 50 %-ый лейкоксеновый концентрат (Ж), в составе которого содержится около 50 масс.% ТЮг и около 40 масс.% вЮг. Извлечение титановых минералов из лейкоксена традиционными для титанового сырья способами оказывается неэффективным, поэтому для его переработки и обогащения требуется разработка специальных технологий. В настоящее время для глубокого обогащения Ж применяют технологию автоклавного выщелачивания [2], а для химической переработки с целью получения в качестве целевого продукта пигментного диоксида титана используют сернокислотную, либо хлорную технологии [3]. Эти подходы предполагают вовлечение в технологический процесс больших материальных ресурсов и экологически вредных химических реагентов. При этом также возникают трудности с утилизацией отходов.
Альтернативным подходом к решению проблемы переработки лейкоксена является применение методов карботермического восстановления. Хорошо известно, что карботермическое восстановление оксидных материалов широко используется в промышленности для получения целого спектра, имеющих важное техническое значение, бескислородных соединений, в том числе карбидов титана и кремния. Можно ожидать, что применение этого метода к такому сырью как лейкоксен Яреги позволит, с одной стороны, расширить диапазон технически важных продуктов, получаемых из лейкоксена, а с другой

друг с другом (Si02 : С > 1 : 10). Кроме того, авторами была использована специальная многослойная система улавливания, состоящая из графитовых прокладок, на поверхности которых монооксид кремния, покинувший реакционную зону, переводился в карбидную форму. Благодаря этому массовые потери, связанные с удалением SiO, были полностью исключены, а общие потери массы при восстановлении диоксида кремния углеродом в точности соответствовали количественному превращению Si02 в SiC по суммарной реакции:
Si02 + ЗС = SiC + 2СО (13).
Влияние природы Si02 на скорость его взаимодействия с углеродом изучалось в [133]. Авторы пришли к выводу, что при давлении, близком к атмосферному кристаллическая форма диоксида кремния не оказывает заметного влияния на восстановительные процессы, тогда как в условиях вакуума примеси, входящие в состав различных полиморфных модификаций Si02, могут существенно изменять скорость восстановления. В работе [10] отмечено, что железо ускоряет восстановление диоксида кремния, в то время как трудновосстанавливаемые оксиды, такие как СаО и А120з, понижая активность Si02, затрудняют этот процесс.
По данным работы [129] в интервале температур 1480 - 1680 °С реакционная способность различных углеродистых восстановителей (графита, кокса и древесного угля) по отношению к парообразному монооксиду кремния, являющемуся промежуточным продуктом при восстановлении Si02 углеродом, мало отличается друг от друга. Авторы считают, что скорость взаимодействия SiO с углеродом определяется, не природой восстановителя а удельной площадью поверхности и зольностью углеродистого материала. Большая удельная поверхность обеспечивает большее проникновение паров SiO вглубь материала, а присутствие в нем золистых оксидов, в частности Si02, приводит к тому, что первоначально происходит восстановление именно этих оксидов, что блокирует взаимодействие монооксида кремния с углеродом.
В отличие от Si02, восстановление диоксида титана углеродом идет через образование в качестве промежуточных продуктов твердых фаз - низших оксидов титана. Восстановление диоксида титана до металла методом карботермического восстановления не достигается. Конечными продуктами