Effetto dei modelli di temperatura sulla formazione di pepite di ferro nella lavorazione senza flusso della titanomagnetite

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 8941 (2022) Citare questo articolo

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La tecnologia utilizzata per la lavorazione della titanomagnetite è attualmente limitata al forno elettrico rotante. Sono in fase di sviluppo altre tecniche, inclusa la separazione del ferro sotto forma di pepita di ferro dalla riduzione della titanomagnetite con carbone senza alcuna aggiunta di flusso. È stato studiato l'effetto di diversi modelli di temperatura sulla formazione di pepite di ferro dalla titanomagnetite. La temperatura iniziale è stata variata da 700 a 1380°C, mentre la temperatura finale è stata mantenuta costante a 1380°C. I risultati dell'esperimento hanno mostrato che la temperatura iniziale influenzava la formazione di pepite di ferro. Le temperature iniziali di 700–1100 °C hanno prodotto molte pepite di ferro fino a 3 mm di dimensione e una temperatura iniziale di 1200 °C ha prodotto una pepita di ferro con una dimensione di circa 4 mm. Le temperature iniziali di 1300 e 1380 °C non hanno prodotto pepite di ferro a causa della formazione di crosta di ferro metallico sulla superficie delle bricchette ridotte. La temperatura iniziale ottimale era di 1000 °C per ottenere un elevato recupero di ferro nelle pepite.

La titanomagnetite (TTM) è una delle materie prime per produrre ferro, titania e vanadio. L'Indonesia è uno dei paesi che dispone di risorse di titanomagnetite, principalmente dalla sabbia ferrosa delle spiagge, per un importo di 941 milioni di tonnellate. La tecnologia utilizzata per la lavorazione del TTM è attualmente limitata al forno rotante-forno elettrico1,2. È necessario aggiungere calcare per adeguare la composizione chimica delle scorie per la fase di fusione nel forno elettrico, il che influisce negativamente sul contenuto di titanio nelle scorie. È stato suggerito che la fusione senza flusso di TTM nel forno elettrico aumentasse il contenuto di titanio nelle scorie3.

Inoltre, è possibile utilizzare un altoforno, ma il TTM deve essere miscelato con minerale di ferro ordinario, dove la quantità massima di TTM è pari a circa il 65% nella miscela4,5. A causa della temperatura operativa più bassa dell'altoforno rispetto al forno elettrico, è necessario aggiungere più fondenti che possono diluire il contenuto di titanio nelle scorie. Inoltre, gli altri problemi sono la formazione di TiC e TiN perché l'atmosfera nell'altoforno è molto riduttiva e l'uso dell'aria calda nelle tubiere come fonte di azoto. Il TiC e il TiN fanno sì che le scorie diventino viscose, il che fa sì che molto metallo rimanga intrappolato e entri nelle scorie6.

In alternativa, molti studi si sono concentrati sulla riduzione diretta allo stato solido del TTM mediante materiali carboniosi in cui il ferro può essere separato da altri ossidi utilizzando separatori magnetici7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17 ,18,19,20,21,22,23. Il carbone come agente riducente ha mostrato prestazioni migliori rispetto a coke, grafite o biochar21. L'aggiunta del carbone può essere effettuata simultaneamente mediante miscelazione con TTM oppure immergendo pellet o bricchette nel letto di carbone. La temperatura ottimale per la riduzione del TTM era 1200 °C17,21. È stata studiata anche l'aggiunta di solfato di sodio, carbonato di sodio e fluorito di calcio come additivi per promuovere la migrazione, l'accumulo e la crescita del ferro in particelle più grandi10,13,16,18,23. La formazione di pepite con un tempo di trattamento di 440 minuti e temperature fino a 1350 °C è stata osservata da Hu et al.8, ma negli esperimenti utilizzando un forno a suola rotante su scala di laboratorio ad una temperatura di 900—1350 °C che è stata divisa in tre zone, non è stata segnalata la formazione di pepite12. La formazione di pepite di ferro dal minerale di ferro primario, vale a dire l'ematite, è stata studiata da Matsumura et al.24 nel 1996 che in seguito divenne la base per lo sviluppo della tecnologia ITMk3 da parte di Kobe Steel25,26,27.

Nel lavoro precedente, abbiamo introdotto che le pepite di ferro si formavano mediante riduzione di pellet compositi TTM/carbone utilizzando uno schema di gradiente di temperatura isotermico in cui la temperatura iniziale era di 1000 °C e aumentata fino a una temperatura finale di 1380 °C con una velocità di riscaldamento di 6,33 °C/min28. Inoltre, è stato studiato anche l'effetto dello spessore delle bricchette sul recupero del ferro29. Inoltre, la temperatura iniziale può influenzare il recupero del ferro nelle crocchette. Pertanto, in questo articolo riportiamo l'effetto di diversi modelli di temperatura sulla formazione delle pepite di ferro e sul recupero del ferro nelle pepite variando la temperatura iniziale.