С. В. Сергеева, Р. И. Гуляева, Л. Ю. Удоева, С. А. Петрова, С. Н. Тюшняков.
АННОТАЦИЯ
Представлены результаты изучения кальциетермического восстановления металлов из ниобатов марганца (MnNb2O6) и железа (FeNb2O6), являющихся аналогами природного минерала колумбита (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6, содержащегося в редкометалльных рудах промышленного значения. Методами термодинамического моделирования с использованием программы HSC Chemistry рассчитаны величины изменения свободной энергии Гиббса, констант равновесия и тепловых эффектов реакций взаимодействия MnNb2O6, FeNb2O6 и Nb2O5 с кальцием, показавшие высокую вероятность образования, как ниобия, так и его сплавов с железом или марганцем. Оценены изменения равновесных фазовых составов продуктов взаимодействия оксидов с кальцием в зависимости от температуры (в интервале 1000–2500oC) и соотношений реагентов. Согласно расчетам адиабатической температуры и удельного теплового эффекта, восстановление металлов из FeNb2O6 осуществимо в условиях «внепечного» процесса, а из MnNb2O6 – потребует предварительного разогрева шихты до 600–800oC. Экспериментально в условиях непрерывного нагрева до 1200оС методами совмещенной термогравиметрии и дифференциально-термического анализа установлены температуры термических эффектов, связанных с превращениями реагентов и формированием фаз в продуктах взаимодействия. Выявлено, что полное восстановление ниобатов марганца и железа происходит при участии расплавленного кальция и при мольном соотношении ниобат/кальций, равном 6, с образованием, как металлического ниобия, так и его интерметаллидов – NbMn2 или FeNb, соответственно. При избытке восстановителя твердофазные продукты затрудняют диффузию расплава кальция к реакционной поверхности, что тормозит завершение процесса и способствует развитию вторичных взаимодействий между промежуточными оксидами (NbO, Mn0.95O, Mn2.907O4) и оксидом кальция. Для завершения процесса восстановления требуется повышение температуры, либо продолжительность нагрева.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
ниобаты марганца и железа, расплавленный кальций, металлотермия, восстановление
DOI: 10.31857/S0235010622030094