Electron and Mass Transfer during Solid Carbon Reduction of Metals in Solid Complex Oxides

Рощин, В. Е.; Рощин, А. В.; Гамов, П.А.; Bilgenov, A.S.

doi:10.1134/s0036029520010103

Cited by 8 publications

(5 citation statements)

References 4 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…To explain the observed effects, we propose an ion diffusion-catalytic mechanism of iron oxides' solid-phase reduction, detailing the provisions of the theory of V.E. Roshchin with colleagues [22][23][24][25][26] on the role of electronic processes in the iron oxides' reduction, adapted by us in relation to iron oxides of technogenic origin.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Mechanism of Ion-Diffusion Solid-Phase Reduction of Iron Oxides of Technogenic Origin in the Presence of the Liquid Phase and without it

Sheshukov

Михеенков

Vedmid

et al. 2020

Metals

View full text Add to dashboard Cite

The processes of iron oxides’ reduction have a complex physicochemical mechanism, with the participation of solid, liquid, and gaseous substances. The article discusses the existing models for the reduction of iron oxides and provides data on the thermodynamic possibility of carrying out the reactions of their reduction through the solid and gas phases. Experimental data on the reduction of iron from industrial scale, obtained by the DSC (differential scanning calorimetry) method, show the kinetic dependence of the rate and completeness of recovery on external factors: pressing pressure during sample preparation and the reagents’ composition. The pressing pressure, under conditions of iron ions’ solid-phase diffusion, has the significant effect by increasing the reagents’ contact area. Under conditions of iron ions’ comprehensive diffusion, the pressing pressure does not affect the reduction processes rate. The introduction of 10 mass.% flux into the raw mixture composition leads to a partially liquid-phase diffusion of iron ions and weakens the effect of the pressing pressure in this process. An ion diffusion-catalytic mechanism is proposed to describe the observed effects during the reduction of iron oxide of technogenic origin.

show abstract

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Mechanism of Ion-Diffusion Solid-Phase Reduction of Iron Oxides of Technogenic Origin in the Presence of the Liquid Phase and without it

Sheshukov

Михеенков

Vedmid

et al. 2020

Metals

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…At reduction temperature of 1300 ºС only iron can be reduced from ilmenite grain, whereas titanium remains in the oxide phase. The propagation of the reduction process did not stop at the interface between solid carbon and ilmenite, and it proceeded in the entire volume of particles, which indicates the electron reduction mechanism and presence of anion ionic conductivity [20,21]. According to the electronic reduction mechanism the oxide crystal lattice which is presented by dense pack of oxygen anions has many defects, such as impurity defects and thermal defects.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 98%

Pyro-Metallurgical Processing of Ilmenite Concentrate with Production of Iron and Titanium Oxides

Smirnov

Гамов

2021

SSP

View full text Add to dashboard Cite

The main problem of processing of ores with a high content of titanium oxides is refractory slag based on TiO2, which makes it difficult to melt. The methods of processing of titanomagnetite and ilmenite ores were analyzed. It is shown that the existing scheme of processing does not meet the requirements of complex use of materials. The paper presents the results of laboratory studies on reduction of ilmenite concentrate and subsequent pyrometallurgical separation of reduction products without addition of flux or slag-forming materials. Solid-phase reduction of iron enabled to extract iron selectively from the ilmenite crystal lattice, not diluting the oxide phase with the reducing agent ash. Using the advantages of solid-phase reduction, the possibility of obtaining pure iron and slag with a high content of titanium oxides was shown.

show abstract

“…очаге - в зоне фурм доменных печей и дуг в ферросплавных печах, во всех пирометаллургических агрегатах происходит эмиссия электронов с поверхности жидкого и твердого металла, нагретых до высокой температуры шихтовых материалов, особенно кокса, а также извести и офлюсованного агломерата, в которых содержится легко ионизируемый элемент кальций [42,43]. Эксперименты показали [44], что в слое шихтовых материалов плазма образуется даже при гарантированном отсутствии в углеродном материале летучих соединений, а также высокотемпературного очага.…”

Section: электрон-ионный обмен между твердыми реагентами в восстановительных агрегатахunclassified

General electron theory of reduction and oxidation of metals

Рощин

2020

Izv. vysš. učebn. zaved., Čern. metall.

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Аннотация. Обоснована необходимость разработки новой теории восстановления металлов из руд. Показано, что все существующие вариантытеории основаны на атомно-молекулярных представлениях начала ХХ в. о восстановлении как о процессе обмена между восстановителем и молекулами оксидов атомами кислорода, не учитывают изменений в кристаллическом строении оксидов и состоянии газовой среды при изменении температуры и давления. Обращено внимание на отсутствие в оксидах молекул, а в металлах атомов. Выявлено несоответствие ряда выводов теории практике работы восстановительных агрегатов. Основываясь на положениях об окислительно-восстановительных реакциях как процессах обмена реагентов валентными электронами и исходя из дефектной ионной структуры реальных кристаллов, а также учитывая изменения в состоянии газовой среды при нагреве и повышении давления и используя некоторые положения квантовой механики о распределении электронов в твердых телах, авторы развивают электронную версию теории восстановления. Она основывается на общности анионной подрешетки всех кристаллов оксидной фазы и коллективной электронной системы всех валентных электронов катионов металла в оксиде. Показано, что в восстановительных агрегатах вследствие термической ионизации газов и термо электронной эмиссии с поверхности нагретых тел газовая среда представляет собой плазму. Наличие в плазме заряженных частиц обеспечивает их взаимодействие на значительном расстоянии и протекание химических процессов в кинетическом режиме. Газообразные продукты восстановления удаляются из зоны реакции с отходящими газами, а освобождающиеся в плазме электроны поглощаются поверхностью оксида и существуют в нем вместе с возникающими при удалении кислорода анионными вакансиями. В богатых рудах вакансии сливаются и исчезают на поверхности оксида, а свободные электроны вакансий объединяют ближайшие катионы металлической связью с образованием оболочки металла, который в дальнейшем превращается в карбиды. Образование карбидных оболочек отравляет поверхность оксида и останавливает восстановление. После повышения температуры и оплавления оболочек процесс восстановления возобновляется. Поэтому при углеродотермическом восстановлении получают чугун и высокоуглеродистые ферросплавы. В бедных и комп лексных рудах вакансии рассеиваются в объеме оксида по общей анионной подрешетке, образуя в ней раствор вакансий и свободных электронов. Вакансии сливаются и исчезают в местах повышенной концентрации катионов, уровень Ферми атомов которых меньше химического потенциала свободных электронов. В образующейся анионной пустоте свободные электроны перестраивают катионы металла с низкой энергией Ферми и связывают их металлической связью, минуя стадию образования атомов. Рост кристаллов в анионной пустоте происходит без сопротивления со стороны материнской оксидной фазы.

show abstract

Electron and Mass Transfer during Solid Carbon Reduction of Metals in Solid Complex Oxides

Cited by 8 publications

References 4 publications

Mechanism of Ion-Diffusion Solid-Phase Reduction of Iron Oxides of Technogenic Origin in the Presence of the Liquid Phase and without it

Mechanism of Ion-Diffusion Solid-Phase Reduction of Iron Oxides of Technogenic Origin in the Presence of the Liquid Phase and without it

Pyro-Metallurgical Processing of Ilmenite Concentrate with Production of Iron and Titanium Oxides

General electron theory of reduction and oxidation of metals

Contact Info

Product

Resources

About