К.т.н. Колесников А.С., д.т.н., Капсалямов Б.А., Колесникова О.Г., Капсалямов А.Б., Стрюковский И.А., Кураев Р.М.

РГП на ПХВ «ЮКГУ им. М. Ауэзова», г.Шымкент, Республика Казахстан

Термодинамическое исследование системы FeСО₃-SiO₂-C

В настоящей статье рассматривается возможность образования силицидов железа на основе термодинамического моделирования в интервале температур 1800-2100К и давлении Р=0,1МПа. Для количественного термодинамического моделирования процессов образования ферросилиция был использован программный комплекс «Астра-4», разработанный в МВТУ им. Баумана [1-3] и основанный на принципе максимума энтропии- фактора, связанного со степенью упорядоченности энергетического состояния микрочастиц, из которого состоит рабочее тело.

В системe FeСО₃-SiO₂-C рассмотрено взаимодействие карбоната железа (FeСО₃) с кварцитом (SiO₂) и углеродом.

При рассмотрении взаимодействия в системе FeСО₃-SiO₂-C была принята реакция FeCO₃+SiO₂+4C=FeSi+5CO.

Влияние температуры на распределение, железа (Fe), кремния (Si), углерода (C) и кислорода (О₂) в системе FeCO3+SiO2+4C=FeSi+5CO характеризуется образованием 4 элементами и соединениями: Fe, Fe₅Si₃, Si, Si₂, CO и CO₂. Из рисунка 1, следует, что степень перехода Fe в силициды железа (Fe_mSi_n) в системе FeСО₃-SiO₂-C при соотношении FeСО₃/SiO₂/С равном 1/1/4 соответственно составляет для соединения Fe₅Si₃ до 99,99% (при Т=1800К), для соединения Fe₃Si до 0,008% (при Т=2100К).

Степень перехода кремния в ферросплав (Fe_mSi_n) в системе FeСО₃-SiO₂-C при вышеназванном соотношении показана на рисунке 2. Из которого следует, что степень перехода Si в ферросплав составляет для соединения Fe₅Si₃ до 29,91% (при Т=1800К) это объясняется тем, что степень перехода кремния в карбид кремния SiC при данной температуре достигает 68,93%, то есть происходит процесс карбидообразования. Для соединения Fe₃Si степень перехода кремния

в ферросплав достигает до 98,24% (при Т=2100К).

Таким образом, как видно из рисунка 1, в системе FeСО₃-SiO₂-C возможно образование ферросилиция группой силицидов кремния с содержанием кремния в прогнозируемом ферросплаве от 14 до 24% (что соответствует марке (ISO) ферросилиция FeSi15 и ФС25 (с содержанием Si в сплаве 14-20% и 22-27% соответственно, согласно ГОСТ 1415-93 ISO 5445-80)), со степенью извлечения в сплав кремния α_Si до 29,91%, железа α_Fe до 99,91% с температурным оптимумом при 1800К.

Литература

1 Колесников А.С. Разработка комплексной электротермической технологии извлечения цветных металлов и железа из клинкера вельцевания оксидных руд: автореф. … канд. техн. наук. - Алматы.: ЦНЗМО, 2008. -23 с.

2 Колесников А.С. Разработка комплексной электротермической технологии извлечения цветных металлов и железа из клинкера вельцевания оксидных руд: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук- Алматы.: ЦНЗМО, 2008. -132с.

3 Капсалямов Б.А., Колесников А.С., Шевко В.М., Бишимбаев В.К., Картбаев С.К. Технология комплексной переработки труднообогатимых цинксодержащих руд. //Материалы Международной научно-практической конференции «Комплексная переработка минерального сырья, посвященного 50-летию химико-металлургического института и 15-летию НЦ по КПМС РК».- Караганда, 2008. С. 610-613