Особенности восстановления меди, никеля и кобальта при предварительном обжиге железомарганцевых конкреций
Установлена последовательность и степень восстановления меди, никеля и кобальта в процессе предварительного обжига Fe-Mn конкреций. Встановлено послідовність і ступінь відновлення міді, нікелю та кобальту в про цесі попереднього випалу Fe-Mn конкрецій. It has been found the extend and the order o...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геология и полезные ископаемые Мирового океана |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Відділення морської геології та осадочного рудоутворення НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44838 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Особенности восстановления меди, никеля и кобальта при предварительном обжиге железомарганцевых конкреций / Ю.А. Нефедов, Л.И. Анелок, Е.В. Крюков // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2010. — № 2. — С. 79-84. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859559026093719552 |
|---|---|
| author | Нефедов, Ю.А. Анелок, Л.И. Крюков, Е.В. |
| author_facet | Нефедов, Ю.А. Анелок, Л.И. Крюков, Е.В. |
| citation_txt | Особенности восстановления меди, никеля и кобальта при предварительном обжиге железомарганцевых конкреций / Ю.А. Нефедов, Л.И. Анелок, Е.В. Крюков // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2010. — № 2. — С. 79-84. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геология и полезные ископаемые Мирового океана |
| description | Установлена последовательность и степень восстановления меди,
никеля и кобальта в процессе предварительного обжига Fe-Mn конкреций.
Встановлено послідовність і ступінь відновлення міді, нікелю та кобальту в про
цесі попереднього випалу Fe-Mn конкрецій.
It has been found the extend and the order of reduction of Cu, Ni and Co in preliminary
roasting of Fe-Mn nodules.
|
| first_indexed | 2025-11-26T14:59:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕДИ, НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА...
ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2 79
ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ
УДК 669.2/.8:669.02/.09:621.785.3
© Ю.А. Нефедов, Л.И. Анелок, Е.В. Крюков, 2010
Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск
ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕДИ, НИКЕЛЯ
И КОБАЛЬТА ПРИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОМ ОБЖИГЕ
ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ
Установлена последовательность и степень восстановления меди,
никеля и кобальта в процессе предварительного обжига Fe�Mn конкреций.
Введение. Эффективность металлургической переработки океани�
ческих железомарганцевых конкреций (ЖМК) во многом зависит от вы�
бора метода подготовки их к восстановительной плавке, основных регу�
лирующих факторов передела и наличия необходимой информации о
поведении ведущих элементов в процессе подготовки ЖМК к плавке.
Наиболее перспективным методом подготовки железомарганцевых кон�
креций к плавке является, на наш взгляд, предварительный восстанови�
тельный обжиг. В этом случае одним технологическим приёмом дости�
гается необходимая степень дегидратации ЖМК, сопровождающаяся пе�
реходом ведущих элементов в оксидную форму, и предварительное вос�
становление цветных металлов.
Цель работы. Методы исследований. В настоящей статье приведены
результаты исследований поведения меди, никеля и кобальта в процессе
подготовки конкреций к плавке восстановительным обжигом.
Исследования проводили на опытной партии тихоокеанских железо�
марганцевых конкреций. Вещественный состав усредненной пробы конк�
реций изучали химическим атомно�абсорбционным и рентгено�флуоресцен�
тным методами. Содержание ведущих элементов и примесей в ЖМК приве�
дено ниже.
Элемент Mn Fe Cu Ni Co Pb Zn CaO MgO SiO2
Содержание, % 25.60 4.50 1.3 1.54 0.21 0.17 0.12 7.39 2.43 10,65
Элемент Al2O3 TiO2 Na2O K2O C P S H2O П.П.П.
Содержание, % 4,66 0,50 2,57 1,14 0,24 0,14 0,003 4,60 20,10
Характерной особенностью тихоокеанских железомарганцевых кон�
креций является высокое содержание меди, никеля, кобальта и щелочей.
Кроме этого, рентгено�флуоресцентным методом в конкрециях обнаруже�
ны редкие и рассеянные элементы.
Результаты исследований. Минеральный состав опытной партии ЖМК
изучали кристаллооптическим, петрографическим, рентгеноструктурным
и ИК – спектроскопическим методами.
На рентгенограмме исходных ЖМК отчетливо фиксируются линии
10Å – манганита (d100 9,94; d80 4,84; d50 2,45; d40 1,43Å), сложенного, по
современным представлениям, бузеритом, тодорокитом, асболаном и сме�
НЕФЕДОВ Ю.А., АНЕЛОК Л.И., КРЮКОВ Е.В.
80 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2
шанно�слойным минералом асболан�бузеритом [1]. Кроме этого дифракто�
грамма ЖМК содержит линии манганита MnOOH•nH2O (d100 3,40; 2,59Å),
вернадита δ�MnO2 (d100 2,39Å), псиломелана MnO•MnO2•nH2O (d100 2,43Å),
криптомелана (R,Mn)O MnO2•nH2O (d100 2,41Å), гидрогетита FeOOH•nH2O
(d100 4,15Å), железистых глин (сложные алюмосиликаты, d100 10,51Å) и
кварца SiO2 (d100 3,34Å). Низкая интенсивность и размытая форма линий
вернадита, псиломелана и криптомелана свидетельствуют о незначительной
степени окристаллизованности указанных минералов.
При исследовании ЖМК под микроскопом в проходящем и отражен�
ном свете также было установлено, что минеральный состав конкреций пред�
ставлен фазами марганца, слагающими 10Å�манганит, в виде призматичес�
ких кристаллов и прожилок натечной формы с высокой отражательной спо�
собностью (рис. 1), а также вернадитом, псиломеланом и криптомеланом в
виде слабокристаллизированных тонкозернистых масс, железистыми гли�
нами, содержащими, в основном, монтмориллонит, гидрогетитом и кварцем.
Кроме указанных фаз ИК�спектроскопическим методом в конкрециях обна�
ружено небольшое количество карбонатов. Самостоятельные проявления ни�
келя и кобальта в ЖМК не обнаружены. В структуре железистых глин на�
блюдали единичные мелкие включения самородной меди. Результаты иссле�
дований хорошо согласуются с литературными данными [1–5].
Рис. 1. Микроструктура исходных полиметаллических конкреций, ×100
Восстановительный обжиг конкреций проводили в графитовом тигле
в печи СНОЛ в условиях, приближенных к обжигу сырья в трубчатой вра�
щающейся печи (продолжительность обжига 4 ч. дозировка восстановите�
ля – 6%). По достижении температуры 200, 400 и 600°С из печи отбирали
пробы ЖМК , а обожженные при 900°С конкреции охлаждали вместе с пе�
чью. Продукты обжига исследовали химическим, петрографическим, рен�
тгеноструктурным и ИК�спектроскопическим методами анализа.
С целью прогнозирования процессов, протекающих при восстанови�
тельном обжиге железомарганцевых конкреций, нами выполнен теорети�
ческий анализ термодинамических характеристик оксидов ведущих эле�
ментов ЖМК и реакций восстановления их углеродом и газообразными вос�
становителями до металла для Cu, Ni и Co – по реакциям МеО+С=Ме+СО;
МеО+СО=Ме+СО2; МеО+Н2=Ме+Н2О. Для высших оксидов марганца
ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕДИ, НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА...
ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2 81
MnO2, Mn2O3 и железа Fe2O3 – соответственно до Mn2O3, Mn3O4 и Fe3O4
(Таблица).
Термодинамические характеристики оксидов ЖМК и реакций восстановления
их углеродом и газообразными восстановителями
*Расчеты выполнены по данным [6] и A.Roine
Результаты исследований показали, что для CuO и высших оксидов
марганца характерны низкие термодинамическая прочность (П0 (MnO2) при
473, 673 и 773К составляет �65,16; �22,93 и �2,03 кДж/мольО2 соответствен�
но) и температура начала восстановления углеродом, а реакции восстанов�
ления их газообразными восстановителями могут протекать при низких
температурах с достаточно высокой скоростью, поскольку даже следы СО и
Н2 являются для них восстановителями. С повышением температуры об�
жига до 400–500°C при достаточно низких концентрациях СО и Н2 в газо�
вой смеси можно ожидать восстановление Fe2O3 до Fe3O4 и NiO, а после
500°С начинает восстанавливаться CoO. Учитывая. что в реальных услови�
ях при восстановительном обжиге ЖМК содержание СО и Н2 в реакцион�
ном пространстве трубчатой печи невелико и составляет ориентировочно до
1% каждого, NiO и CoO в условиях обжига будут восстанавливаться не пол�
ностью. Частично NiO и CoO могут восстанавливаться при прямом контак�
те с углеродистым восстановителем и в локальных микрообъемах конкре�
ций, где обеспечивается содержание монооксида углерода и водорода в га�
зовой фазе выше равновесного. Наибольшую степень восстановления в ус�
ловиях восстановительного обжига ЖМК следует ожидать для меди.
В полном соответствии с термодинамическими расчетами при иссле�
довании фазового состава продуктов обжига было установлено, что в про�
цессе восстановительного обжига ЖМК, наряду с обезвоживанием и диссо�
циацией минеральных фаз конкреций, уже при низких температурах про�
текают параллельные процессы восстановления высших оксидов марган�
ца, железа и цветных металлов.
При температурах обжига 200 и 400°С металлическая фаза в ЖМК
представлена исключительно медью в виде красно�оранжевых включений
Ïàðàìåòð* CuO NiO CoO MnO2 Mn2O3 Fe2O3
Ï0(MeO),
êÄæ/ìîëü Î
2
,
1173Ê
-106,17 -268,94 -304,01 81,26 -12,81 -187,72
ÒÍ. óãëåðîäîì , Ê 272,49 707,62 779,53 273 273 703,24
Ðàâíîâåñíûå
ñîñòàâû ãàçîâûõ
ñìåñåé ïðè
âîññòàíîâëåíèè
îêñèäîâ, 1173Ê, %
ÑÎ/ÑÎ
2
Í
2
/Í
2
Î
2,0·10-4/
100
1,7·10-4/
100
1,18/98,82
0,91/99,09
5,39/94,61
4,16/95,84
3,24·10-9/
100
–
1,89·10-6/
100
1,44·10-6/
100
0,02/99,98
0,01/99,99
НЕФЕДОВ Ю.А., АНЕЛОК Л.И., КРЮКОВ Е.В.
82 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2
округлой и пластинчатой формы в железистых глинах. (Рис. 2а, 2, 3). При�
чем медь в ЖМК, обожженных при этих температурах, присутствует как
самородная, так и образовавшаяся в результате протекания восстановитель�
ных процессов. Кроме этого, в обожженных при 200°С ЖМК, наряду с час�
тично обезвоженными оксигидратами марганца и железа, обнаружены сла�
бые линии α�Mn2O3, α� и γ�Fe2O3 (2,68; 2,53 Å), а в продукте обжига при
400°С – линии гаусманита Mn3O4 (2,46 Å).
Рис. 2. Микроструктура конкреций
после восстановительного обжига при
200°С (а), 600°С (б) и 900°С (в), ×100
В обожженных при 600°С конкрециях в структуре разрушенных же�
лезистых глин наблюдали включения металлической фазы неправильной
формы с отражательной способностью, отличающейся от меди, что свиде�
тельствует об образовании при этой температуре комплексного сплава. Фазы
марганца в образце представлены Mn2O3 и Mn3O4. Надо отметить, что в тем�
пературном интервале 200–600°С металлическая фаза в ЖМК формирует�
ся преимущественно в железистых глинах (рис. 2б) и слабораскристалли�
зованных марганцевых и железистых массах, т.е. восстанавливаются в ос�
новном соединения меди, никеля и кобальта, поступившие в конкреции в
результате протекания сорбционных процессов, и кристаллохимические
связи цветных металлов со структурой слагающих ЖМК минералов сла�
бые либо отсутствуют.
При температурах выше 600°С, особенно при 900°С, процессы вос�
становления ведущих элементов ЖМК протекают более активно, и, на�
ряду с формированием включений комплексного сплава в глинах и про�
дуктах диссоциации слабораскристаллизованных марганцевых и желе�
зистых масс, протекает восстановление меди, никеля и кобальта, нахо�
ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕДИ, НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА...
ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2 83
дящихся в виде изоморфных примесей в кристаллических фазах марган�
ца (рис. 2в) и железа.
Микроструктура фаз марганца в огарке представлена прорастаниями
гаусманита в основной массе Mn2O3. Включения комплексного сплава фор�
мируются из матрицы Mn2O3 в промежутке между кристаллами шпинели
Mn3O4 (рис. 3). Соответственно в фазах железа включения комплексного
сплава наблюдали в виде прорастаний между кристаллами магнетита Fe3O4.
Судя по окраске и отражательной способности металлических вклю�
чений в огарке, в процессе восстановительного обжига конкреций наиболее
полно восстанавливается медь. Степень восстановления никеля и кобальта
в условиях обжига значительно ниже.
Выводы. 1. В процессе восстановительного обжига железомарганце�
вых конкреций восстановление меди начинается при низких температурах
и протекает наиболее полно. Никель и кобальт восстанавливаются частич�
но при температуре выше 500оС.
2. В интервале 200–600оС металлическая фаза формируется в струк�
туре железистых глин и слабораскристаллизованных марганцевых и же�
лезистых масс, куда соединения цветных металлов поступают сорбционным
путем. При температурах выше 600оС, особенно при 800–900оС, протекает
восстановление Cu, Ni и Co, находящихся в виде изоморфных примесей в
кристаллических фазах марганца и железа.
1. Батурин Г.М. Геохимия железомарганцевых конкреций океана. – М.: Наука,
1986. – 328с.
2. Минеральные ресурсы международного района морского дна Мирового океана
/ Глумов И.Ф, Глумов А.И., Казмин Ю.Б. и др. // Геология и полезные иско�
паемые мирового океана.– 2005. – №1. – С. 11– 28.
3. Скорнякова Н.С., Успенская Т.Ю., Мурдмаа И.О. Железомарганцевые конкре�
ции Гватемальской котловины // Литология и полезные ископаемые, 1996. –
№6. – С. 648–662.
4. Гасик М.И. Марганец. – М.: Металлургия, 1992. – 608с.
Рис. 3. Форма проявления металла в марганцевой фазе, ×500: 1 – гаусманит, 2 –
металлическая фаза в матрице β�Mn2O3
НЕФЕДОВ Ю.А., АНЕЛОК Л.И., КРЮКОВ Е.В.
84 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2
5. Гасик М.И. Железомарганцевые конкреции Мирового океана: юрисдикция, гео�
логия, металлургия // Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2005.
– №1. – С.34–50.
6. Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов. – М.: Метал�
лургия, 1988. – 288с.
Встановлено послідовність і ступінь відновлення міді, нікелю та кобальту в про�
цесі попереднього випалу Fe�Mn конкрецій.
It has been found the extend and the order of reduction of Cu, Ni and Co in preliminary
roasting of Fe�Mn nodules.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-44838 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-7566 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-26T14:59:26Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Відділення морської геології та осадочного рудоутворення НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Нефедов, Ю.А. Анелок, Л.И. Крюков, Е.В. 2013-06-04T18:47:33Z 2013-06-04T18:47:33Z 2010 Особенности восстановления меди, никеля и кобальта при предварительном обжиге железомарганцевых конкреций / Ю.А. Нефедов, Л.И. Анелок, Е.В. Крюков // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2010. — № 2. — С. 79-84. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1999-7566 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44838 669.2/.8:669.02/.09:621.785.3 Установлена последовательность и степень восстановления меди, никеля и кобальта в процессе предварительного обжига Fe-Mn конкреций. Встановлено послідовність і ступінь відновлення міді, нікелю та кобальту в про цесі попереднього випалу Fe-Mn конкрецій. It has been found the extend and the order of reduction of Cu, Ni and Co in preliminary roasting of Fe-Mn nodules. ru Відділення морської геології та осадочного рудоутворення НАН України Геология и полезные ископаемые Мирового океана Полезные ископаемые Особенности восстановления меди, никеля и кобальта при предварительном обжиге железомарганцевых конкреций Особливості відновлення міді, нікелю та кобальту в процесі попереднього випалу Fe–Mn конкрецій Characteristics of reduction of Cu, Ni and Co in the preliminary roasting Fe–Mn nodules Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности восстановления меди, никеля и кобальта при предварительном обжиге железомарганцевых конкреций Нефедов, Ю.А. Анелок, Л.И. Крюков, Е.В. Полезные ископаемые |
| title | Особенности восстановления меди, никеля и кобальта при предварительном обжиге железомарганцевых конкреций |
| title_alt | Особливості відновлення міді, нікелю та кобальту в процесі попереднього випалу Fe–Mn конкрецій Characteristics of reduction of Cu, Ni and Co in the preliminary roasting Fe–Mn nodules |
| title_full | Особенности восстановления меди, никеля и кобальта при предварительном обжиге железомарганцевых конкреций |
| title_fullStr | Особенности восстановления меди, никеля и кобальта при предварительном обжиге железомарганцевых конкреций |
| title_full_unstemmed | Особенности восстановления меди, никеля и кобальта при предварительном обжиге железомарганцевых конкреций |
| title_short | Особенности восстановления меди, никеля и кобальта при предварительном обжиге железомарганцевых конкреций |
| title_sort | особенности восстановления меди, никеля и кобальта при предварительном обжиге железомарганцевых конкреций |
| topic | Полезные ископаемые |
| topic_facet | Полезные ископаемые |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44838 |
| work_keys_str_mv | AT nefedovûa osobennostivosstanovleniâmedinikelâikobalʹtapripredvaritelʹnomobžigeželezomargancevyhkonkrecii AT anelokli osobennostivosstanovleniâmedinikelâikobalʹtapripredvaritelʹnomobžigeželezomargancevyhkonkrecii AT krûkovev osobennostivosstanovleniâmedinikelâikobalʹtapripredvaritelʹnomobžigeželezomargancevyhkonkrecii AT nefedovûa osoblivostívídnovlennâmídíníkelûtakobalʹtuvprocesípoperednʹogovipalufemnkonkrecíi AT anelokli osoblivostívídnovlennâmídíníkelûtakobalʹtuvprocesípoperednʹogovipalufemnkonkrecíi AT krûkovev osoblivostívídnovlennâmídíníkelûtakobalʹtuvprocesípoperednʹogovipalufemnkonkrecíi AT nefedovûa characteristicsofreductionofcuniandcointhepreliminaryroastingfemnnodules AT anelokli characteristicsofreductionofcuniandcointhepreliminaryroastingfemnnodules AT krûkovev characteristicsofreductionofcuniandcointhepreliminaryroastingfemnnodules |