Kromitin karbotermal redüksiyonunda proses parametrelerinin mekanik aktivasyonla geliştirilmesi

Abstract

ÖZET Kromit, metalik krom ve krom bileşiklerinin tek mineralidir. Spinel grubu minerallerinden olup genel kompozisyonu (Mg,Fe2+)O.(Cr,Al,Fe3+)2O3 şeklinde gösterilir. Kromun en bilinen kullanım alanları özellikle paslanmaz çelik üretiminde olarak metalurjik uygulamalarda, krom kimyasalları olarak deri tabaklamada, pigmentlerde, boyalarda, baskı endüstrisinde, fotoğrafçılıkta ve metal kaplama alanları önde gelmektedir. Ferrokrom, paslanmaz ve yüksek alaşımlı ferritik çeliklerin üretiminde en önemli alaşımlama malzemelerinden biridir. Yüksek karbonlu ferrokrom günümüzde daldırmalı ark fırınlarında üretilmektedir. Bu prosesin dezavantajı, hem pahalı metalurjik kok hem de pahalı elektrik enerjisine bağımlı olması nedeniyle krom cevherlerinin kullanımını sınırlandırmasıdır. Maliyet etkinliğini geliştirmek için katı hal karbotermal redüksiyon işleminin önemi artmaktadır. Minerallerin mekanik aktivasyon işlemi, geleneksel öğütme işlemlerinden farklı, enerji yoğunluklu bir proses olup ekstraktif metalurjide proseslerin sürecine etki etmektedir. Mekanik aktivasyon sonrası partiküllerin küçülmesi ve dolayısıyla yüzey alanının artmasıyla beraber mineral yapısında da kusurları arttırmakta, reaksiyon oluşum sıcaklıkları ve verimlere etki etmektedir. Bu proje kapsamında, mekanik aktive edilmiş kromitin hem grafitle hem de metalurjik kokla, argon atmosferi altında karbotermal redüksiyonu 1100 – 1400°C sıcaklıkları arasında ara ştırılmış ve kromit yapısı üzerine mekanik aktivasyonun etkileri X-ışını difraksiyonu, taramalı elektron mikroskopisi ve spesifik yüzey alanı analizi ile incelenmiştir. Aktivasyon prosedürü kromitte amorflaşma ve yapısal düzensizlikler sağlamış olup, kromitin redükleyici ile karışımında redüksiyon derecesini ve metalleşmeyi hızlandırmıştır. Anahtar kelimeler: kromit, ferrokrom, karbotermal redüksiyon, mekanik aktivasyon ÖZET

ABSTRACT Chromite is the only ore mineral of metallic chromium and chromium compounds and chemicals. Chromite comprises a range of the spinel group of mineral, described as (Mg,Fe2+)O.(Cr,Al,Fe3+)2O3. The most important uses of chromium are in metallurgical applications, like as stainless steel production, and in chemical applications, like as leather tanning, pigments, dyes, the printing and photography, metal plating. Ferrochromium is one of the most important alloying materials for the production of stainless and highalloy ferritic steels. High-carbon ferrochromium is currently produced in submerged-arc furnaces. Disadvantages of this process are the limited use of chrome ore fines and friable chrome ores as well as its dependence on both expensive metallurgical coke and electrical energy. To improve cost effectiveness, solid-state carbothermal prereduction has grown in importance. Mechanical activation of minerals by intensive grinding is a non-traditional way of influencing the processes in extractive metallurgy. The resulting creation of fine particles, the increase in specific surface area and the formation of defective structures accelerate metallurgical processes. The reaction temperatures decrease and yield increase with mechanical activation. In this project, the carbothermal reduction of mechanically activated chromite with graphite and metallurgical coke under an argon atmosphere was investigated at temperatures between 1100 and 1400°C and the effects of the mechanical activation on chromite structure were analyzed by x-ray diffraction, scanning electron microscopy and specific surface area analysis. The activation procedure led to amorphization and structural disordering in chromite and accelerated the degree of reduction and metalization in the mixture of chromite and reductant. Keywords: chromite, ferrochromium, carbothermal reduction, mechanical activation