Effet des modèles de température sur la formation de pépites de fer lors du traitement sans flux de la titanomagnétite

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 8941 (2022) Citer cet article

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La technologie utilisée pour traiter la titanomagnétite est actuellement limitée au four rotatif-four électrique. D'autres techniques sont en cours de développement, notamment la séparation du fer sous forme de pépites de fer de la réduction de la titanomagnétite avec du charbon sans aucun ajout de flux. L'effet de différents modèles de température sur la formation de pépites de fer à partir de titanomagnétite a été étudié. La température initiale variait de 700 à 1 380 °C, tandis que la température finale était maintenue constante à 1 380 °C. Les résultats de l’expérience ont montré que la température initiale affectait la formation de pépites de fer. Des températures initiales de 700 à 1 100 °C ont produit de nombreuses pépites de fer mesurant jusqu'à 3 mm et une température initiale de 1 200 °C a produit une pépite d'une taille d'environ 4 mm. Les températures initiales de 1 300 et 1 380 °C n’ont produit aucune pépite de fer en raison de la formation d’une croûte de fer métallique à la surface des briquettes réduites. La température initiale optimale était de 1 000 °C pour obtenir une récupération élevée du fer dans les pépites.

La titanomagnétite (TTM) est l'une des matières premières utilisées pour produire du fer, du titane et du vanadium. L'Indonésie est l'un des pays qui possède des ressources en titanomagnétite, provenant principalement du sable ferreux de la plage, à hauteur de 941 millions de tonnes. La technologie utilisée pour traiter le TTM est actuellement limitée au four rotatif-four électrique1,2. Il est nécessaire d'ajouter du calcaire pour ajuster la composition chimique des scories pour l'étape de fusion dans le four électrique, ce qui a un impact négatif sur la teneur en titane des scories. La fusion sans flux du TTM dans le four électrique a été suggérée pour augmenter la teneur en titane des scories3.

De plus, un haut fourneau peut être utilisé, mais le TTM doit être mélangé avec du minerai de fer ordinaire où la quantité maximale de TTM est d'environ 65 % dans le mélange4,5. En raison de la température de fonctionnement du haut fourneau plus basse que celle du four électrique, il est nécessaire d'ajouter davantage de fondants qui peuvent diluer la teneur en titane des scories. De plus, les autres problèmes sont la formation de TiC et de TiN car l'atmosphère dans le haut fourneau à sole est très réductrice et l'utilisation de l'air chaud du vent dans les tuyères comme source d'azote. Le TiC et le TiN rendent les scories visqueuses, ce qui fait que beaucoup de métal est piégé et pénètre dans les scories6.

Alternativement, de nombreuses études se sont concentrées sur la réduction directe du TTM à l'état solide par des matériaux carbonés dans lesquels le fer peut être séparé des autres oxydes à l'aide de séparateurs magnétiques7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17. ,18,19,20,21,22,23. Le charbon, en tant qu'agent réducteur, s'est montré plus performant que le coke, le graphite ou le biochar21. L'ajout de charbon peut se faire simultanément en mélangeant avec du TTM ou en immergeant des pellets ou des briquettes dans le lit de charbon. La température optimale pour la réduction TTM était de 1 200 °C17,21. L’ajout de sulfate de sodium, de carbonate de sodium et de fluorite de calcium comme additifs a également été étudié pour favoriser la migration, l’accumulation et la croissance du fer en particules plus grosses10,13,16,18,23. La formation de pépites avec un temps de traitement de 440 min et des températures allant jusqu'à 1 350 °C a été observée par Hu et al.8, mais dans les expériences utilisant un four à sole rotative à l'échelle du laboratoire à une température de 900 à 1 350 °C qui a été divisée en trois zones, aucune formation de pépites n’a été signalée12. La formation de pépites de fer à partir du minerai de fer primaire, à savoir l'hématite, a été étudiée par Matsumura et al.24 en 1996, qui est ensuite devenue la base du développement de la technologie ITMk3 par Kobe Steel25,26,27.

Dans des travaux antérieurs, nous avons introduit que les pépites de fer étaient formées par réduction de pellets composites TTM/charbon en utilisant un gradient de température isotherme où la température initiale était de 1 000 °C et augmentait jusqu'à une température finale de 1 380 °C avec une vitesse de chauffage de 6,33 °C/min28. En outre, l’effet de l’épaisseur des briquettes sur la récupération du fer a également été étudié29. De plus, la température initiale peut influencer la récupération du fer dans les nuggets. Par conséquent, dans cet article, nous rapportons l’effet de différents modèles de température sur la formation des pépites de fer et la récupération du fer dans les pépites en faisant varier la température initiale.