Ключевые слова
карботермическое восстановление
оксид цинка
оксиды железа
кинетика
степень металлизации
энергия активации
газо-твердая реакция
вторичное сырье
сканирующая электронная микроскопия
энергодисперсионная спектроскопия
Как цитировать
Аннотация
В настоящей работе представлены результаты научного исследования кинетики и основных факторов, влияющих на процесс карботермического восстановления пыли сталеплавильного производства. Установлено, что пыль электродуговых сталеплавильных печей содержит значительные количества оксидов железа и цинка, представляющих собой ценное вторичное сырьё, однако одновременно являющихся потенциальным источником экологической опасности. Исследование посвящено влиянию температуры, содержания восстановителя, размера частиц, газовой атмосферы и времени восстановления на кинетику процесса. Эксперименты по карботермическому восстановлению проводились в диапазоне температур 700–1150 °C с использованием кокса в качестве восстановителя. Степень восстановления и металлизации определялась гравиметрическими методами и фазовым анализом. Фазовый состав и микроструктурные изменения исследовались методами рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной спектроскопии. Экспериментальные данные были проанализированы с использованием модели сокращающегося ядра для определения стадий, лимитирующих скорость процесса. Полученные результаты показали, что оксид цинка восстанавливается быстрее оксидов железа, что обусловлено его меньшей термодинамической устойчивостью и склонностью к испарению. Энергии активации и кинетические параметры были рассчитаны на основе уравнения Аррениуса. Полученные результаты создают научную основу для оптимизации процессов карботермического восстановления и повышения эффективности переработки сталеплавильной пыли в промышленных условиях.
Список литературы
1. Chen, H. K. (2001). Kinetic study on the carbothermic reduction of zinc oxide. Scandinavian Journal of Metallurgy, 30(5), 292–296.
2. Bafghi, M. S., Fard, A. K., & Sabouri, F. (2013). Kinetic study on the carbothermic reduction of electric arc furnace dust. Iranian Journal of Materials Science & Engineering, 10(2), 45–52.
3. Kim, B. S., Yoo, J. M., Park, J. T., & Lee, J. C. (2006). A kinetic study of the carbothermic reduction of zinc oxide with various additives. Materials Transactions, 47(9), 2421–2426.
4. Grigorova, D., Petrov, A., & Ivanov, S. (2022). Thermodynamic and kinetic investigation of carbothermic reduction of EAF dust. Metallurgy Journal, 56(4), 210–218.
5. Auer, M., Schmidt, L., & Wagner, T. (2022). Influence of different carbon content on ZnO reduction. Applied Sciences, 12(7), 3560–3568.
6. Cui, G., Zhang, X., Xu, Y., et al. (2025). Study on the kinetics of carbothermic reduction using walnut shell biochar. Metals, 15(8), 835.
7. Pickles, C. A. (2019). Thermodynamic analysis of selective carbothermic reduction of EAF dust. Ironmaking & Steelmaking, 46(6), 487–495.
8. Wu, C. C., Chen, Y. L., & Huang, S. T. (2020). Reduction behavior of zinc ferrite in EAF dust recycling with CO gas. Journal of Hazardous Materials, 389, 121940.
9. Natha, M. G., Kumar, R., & Singh, P. (2021). Reduction of zinc oxide using hydrogen: Kinetic study. International Journal of Hydrogen Energy, 46(58), 29350–29360.
10. Brandner, U., Müller, T., & Hoffmann, J. (2024). Comparison of reduction kinetics using H₂ and CO. International Journal of Hydrogen Energy, 49(12), 5782–5794.
11. Wu, Y., Zhang, H., & Li, Q. (2023). Kinetics of gas solid reactions in the reduction of ZnO. Powder Technology, 420, 117242.
12. Rankin, W. J., & Wright, S. (2002). The reduction of zinc from slags by iron carbon melt. Metallurgical and Materials Transactions B, 33(4), 701–710.
13. Donald, J. R., & Pickles, C. A. (2005). A kinetic study of the reaction of ZnO with iron powder. Journal of Materials Science, 40(15), 4013–4020.
14. Draper, P., Thompson, R., & Lewis, M. (2010). Mathematical kinetic modeling of carbothermic reduction in a molten metal bath. Metallurgical and Materials Transactions B, 41(6), 1345–1354.
15.. Peng, Z., Wang, C., Li, M., Deng, Z., & Wei, X. (2024). Volatilization kinetics of zinc from low grade lead–zinc oxide ore during carbothermic reduction. Sustainability, 16(6), 2326.
16. Zhou, Y., Li, M., & Wang, H. (2024). Separation of ZnO from stainless steelmaking dust by microwave irradiation. Journal of Cleaner Production, 423, 137543.
17. Dutra, A., Paiva, P., & Tavares, L. M. (2021). Alkaline leaching of zinc from EAF dust. Hydrometallurgy, 204, 105628.
18. Sofilić, T., Marković, D., & Petrović, S. (2020). Characterization of steel mill electric arc furnace dust. Journal of Environmental Chemical Engineering, 8(5), 104233.
19. Pawlek, F. (2017). Metallhüttenkunde. De Gruyter.
20. Antrekowitsch, J., & Steinlechner, S. (2011). Recycling of heavy metal containing wastes: Mass balances and kinetics. JOM, 63(7), 38–45.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторское право (c) 2026 Ilхamov, M.A., Munosibov, Sh.M., Matkarimov, S.T., Karimjonov, B.R. (Muallif)