티타노마그네타이트의 무플럭스 가공에서 철 덩어리 형성에 대한 온도 패턴의 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8941(2022) 이 기사 인용

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티타노마그네타이트를 처리하는 데 사용되는 기술은 현재 회전식 가마 전기로로 제한됩니다. 플럭스 첨가 없이 석탄으로 티타노마그네타이트를 환원하여 철 덩어리 형태의 철을 분리하는 등 다른 기술도 개발되고 있습니다. 티타노마그네타이트로부터 철 덩어리의 형성에 대한 다양한 온도 패턴의 영향이 연구되었습니다. 초기 온도는 700°C에서 1380°C까지 다양했고, 최종 온도는 1380°C로 일정하게 유지되었습니다. 실험 결과, 초기 온도가 철 덩어리 형성에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 초기 온도 700~1100°C에서는 최대 3mm 크기의 철 덩어리가 많이 생성되었고, 초기 온도 1200°C에서는 약 4mm 크기의 철 덩어리 1개가 생성되었습니다. 초기 온도 1300°C와 1380°C에서는 환원 브리켓 표면에 금속 철 껍질이 형성되어 철 덩어리가 생성되지 않았습니다. 너겟에서 높은 철 회수율을 달성하기 위한 최적의 초기 온도는 1000°C였습니다.

티타노마그네타이트(TTM)는 철, 티타니아, 바나듐을 생산하는 원료 중 하나입니다. 인도네시아는 해변의 사철을 중심으로 9억 4100만 톤에 달하는 티타노마그네타이트 자원을 보유하고 있는 국가 중 하나입니다. TTM 처리에 사용되는 기술은 현재 회전식 가마-전기로1,2로 제한됩니다. 전기로의 제련 단계에서 슬래그의 화학적 조성을 조정하기 위해 석회석을 첨가해야 하는데, 이는 슬래그의 티타니아 함량에 부정적인 영향을 미칩니다. 전기로에서 TTM의 무플럭스 제련은 슬래그의 티타니아 함량을 증가시키기 위해 제안되었습니다3.

또한 고로를 사용할 수도 있지만 TTM은 일반 철광석과 혼합되어야 하며 TTM의 최대 양은 혼합물 중 약 65%입니다4,5. 고로의 작동 온도는 전기로보다 낮기 때문에 슬래그의 티타니아 함량을 희석할 수 있는 플럭스를 더 많이 첨가해야 합니다. 또한, 노상 고로의 분위기는 환원성이 매우 높기 때문에 TiC 및 TiN이 형성되고 풍구에서 열풍 공기를 질소 공급원으로 사용하는 경우에도 문제가 됩니다. TiC와 TiN은 슬래그를 점성화시켜 많은 양의 금속이 슬래그에 갇혀 들어가는 원인이 됩니다6.

대안으로, 많은 연구는 자기 분리기를 사용하여 철을 다른 산화물로부터 분리할 수 있는 탄소질 물질에 의한 TTM의 고체 상태의 직접적인 환원에 초점을 맞춰 왔습니다. ,18,19,20,21,22,23. 환원제로서 석탄은 코크스, 흑연 또는 바이오 숯보다 더 나은 성능을 보였습니다. 석탄 첨가는 TTM과 혼합하거나 펠릿이나 연탄을 석탄층에 담그는 방식으로 동시에 수행할 수 있습니다. TTM 환원을 위한 최적 온도는 1200°C였습니다. 첨가물로서 황산나트륨, 탄산나트륨, 형석칼슘의 첨가는 철 이동, 축적 및 더 큰 입자로의 성장을 촉진하기 위해 조사되었습니다. Hu et al.8은 440분의 처리 시간과 최대 1350°C의 온도에서 너겟 형성을 관찰했지만, 실험실 규모의 회전 노를 사용하여 900-1350°C 온도에서 분할된 실험에서는 세 구역으로 나누어 너겟 형성이 보고되지 않았습니다12. 1차 철광석, 즉 적철광으로부터 철 덩어리의 형성은 1996년 Matsumura et al.24에 의해 조사되었으며 이는 나중에 Kobe Steel25,26,27의 ITMk3 기술 개발의 기초가 되었습니다.

이전 연구에서는 초기 온도가 1000°C이고 가열 속도가 1380°C인 등온 온도 구배 패턴을 사용하여 TTM/석탄 복합 펠릿을 환원하여 철 덩어리가 형성되었음을 소개했습니다. 6.33°C/분28. 또한 철 회수에 대한 연탄 두께의 영향도 조사되었습니다. 또한, 초기 온도는 너겟의 철 회수에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 본 논문에서는 초기 온도를 변화시켜 다양한 온도 패턴이 철 덩어리 형성과 너겟 내 철의 회수에 미치는 영향을 보고합니다.