Введение. Углеродистый ферромарганец широко применяют для раскисления кипящих сталей. Для его производства используют марганцевые концентраты, при получении которых образуются мелкозернистые фракции, отправляемые в отвалы. Это приводит к загрязнению окружающей среды, нерациональному использованию земель и потере ценного компонента — марганца.

Значительные потери железа наблюдаются при обогащении железной руды с получением железорудного концентрата, окатышей и в основном металлургическом производстве, где образуются шламы, пыли, первичная и вторичная окалина.

Оценка возможности комплексной переработки отходов марганца и железа. Нами рассмотрена возможность получения углеродистого ферромарганца из отходов марганца и железа. Восстановление закиси марганца углеродом происходит при температуре 1 400—1 420 °С, железо начинает восстанавливаться вблизи 1 200 °С. Появление науглероженного железа в жидком состоянии значительно облегчает восстановление марганца.

Для получения сведений о возможных фазовых превращениях в системе Fe—Mn—O—C выполнен теоретический анализ равновесного состава фаз с помощью программы термодинамических расчетов Outokumpu HSC Chemistry версии 5.1. Рассматривали систему, которая включала основные элементы, входящие в состав железо- и марганецсодержащих отходов.

Моделировали влияние вида вторичных материалов (смесь шламов, железная стружка, отсевы марганцевой руды) на равновесный состав системы. Соотношение компонентов в шихте для получения 1 т углеродистого ферромарганца определяли расчетом.

В качестве конечных продуктов учитывали все соединения, которые могут образовываться в рассматриваемом температурном диапазоне и при данном соотношении компонентов. Принимали во внимание только соединения, содержание которых имеет реальные значения или которые могут образовываться из логики взаимодействий при восстановлении.

Как показали расчеты, при использовании в качестве компонентов шихты смеси железосодержащего шлама (конвертерного, аглодоменного), железной стружки и отсева марганцевой руды значительное количество силиката марганца 2MnO • SiO₂ образуется уже при температуре около 300 °С. В системе MnO—SiO₂ при этих температурах первичным является образование легкоплавкого силиката. Дальнейший процесс происходит через восстановление компонентов из шлаковой фазы. В присутствии Сa0 восстановление 2MnO • SiO₂ возможно с образованием карбида и силицида марганца при температуре более 1 265 °С.

Повышение температуры от 300 до 800 °С сопровождается косвенным и частично прямым восстановлением оксидов шихтовых материалов. Возможна также термическая диссоциация оксидов марганца с образованием сложных соединений.

На рисунке показан ход изменения количества равновесных фаз при использовании указанных выше шихтовых материалов.

Изменение фазового состава компонентов шихты при восстановлении углеродом в интервале температур 1 000—2 000 °С:
а — газ; б — шлак; в — металл

Как следует из анализа результатов расчета, процесс формирования металлической фазы связан с восстановлением марганца и железа при образовании карбидов Мn₃С и Fe₃C. Восстановление кремнезема из силиката практически не происходит, и шлаковая фаза состоит из недовосстановленного Мn₂SiO₄, SiO₂, СаО и незначительного количества FеО.

В лабораторных условиях кафедры теории металлургических процессов и физической химии НМетАУ проведены изотермические выдержки указанных железосодержащих отходов и отсевов марганцевого концентрата при 1 000, 1 400, 1 600 °С. Продукты восстановления разделяли на шлаковую и металлическую фазы, химическим анализом определяли их состав. Содержание Мп в металлической фазе составляет 74,5 %, что близко к его содержанию в ферромарганце ФМн78.

Таким образом, показана принципиальная возможность получения углеродистого ферромарганца при использовании отходов металлургии и обогащения, что может быть одним из подходов к снижению экологической нагрузки на окружающую среду.

The paper contains data on possibility of joint carbon reduction of ferrous and manganous wastes for carbonaceous ferromanganese production.

Стовба Яна Валерьевна, ассистент, кафедра инженерной экологии и охраны труда, Национальная металлургическая академия Украины, пр-т Гагарина, 4, Днепропетровск, 49600, Украина. Tел. (056) 765-67-16
Перескока Виктория Викторовна, аспирантка, кафедра теории металлургических процессов и физической химии, Национальная металлургическая академия Украины, пр-т Гагарина, 4, Днепропетровск, 49600, Украина. Tел. (056) 247-44-42
Камкина Людмила Владимировна, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой теории металлургических процессов и физической химии, Национальная металлургическая академия Украины, пр-т Гагарина, 4, Днепропетровск, 49600, Украина. Тел. (056) 247-44-42, моб. (067) 719-37-51. E-mail