Металлы, 2024, № 6

    МЕТАЛЛЫ

научно-технический журнал

Учредители: Российская академия наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки (ФГБУН) Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Р Е Д А К Ц И О Н Н А Я К О Л Л Е Г И Я


Главный редактор акад. РАН К.В. ГРИГОРОВИЧ, ИМЕТ РАН (металлургия, металловедение),
акад. РАН О. А. БАННЫХ, ИМЕТ РАН (председатель редакционного совета, металловедение, термическая обработка сплавов), докт.техн.наук М.В. КОСТИНА, ИМЕТ РАН (зам. гл. редактора, металловедение, термическая обработка сплавов), докт. техн. наук В.С. ЮСУПОВ, ИМЕТ РАН (зам. гл. редактора, пластическая деформация металлических материалов), канд.техн.наук О. А. КОМОЛОВА, ИМЕТ РАН (отв. секретарь, металлургия, математическое моделирование),
член-корр. РАН М.И. АЛЫМОВ, ИСМАН РАН (порошковая металлургия, наноматериалы), докт. техн. наук, проф. С.Я. БЕЦОФЕН, МАИ (металловедение, физика металлов), докт.техн.наук В.М. БЛИНОВ, ИМЕТ РАН (металловедение, термическая обработка черных металлов), докт.техн.наук Е.В. БОГАТЫРЕВА, НИТУ МИСиС (цветная металлургия, гидрометаллургия), докт.физ.-мат.наук, проф. Г.Г. БОНДАРЕНКО, НИУ ВШЭ (физика металлов, материалы для атомной энергетики), докт.техн.наук, проф. С.В. ДОБАТКИН, ИМЕТ РАН (металловедение, термическая обработка цветных металлов), докт.техн.наук А.В. ДУБ, АО «Наука и инновации» (материаловедение, обработка металлов давлением), докт.техн.наук, проф. Е.Е. ЗОРИН, МПУ (методы неразрушающего контроля), докт.техн.наук, проф. А.А. КАЗАКОВ, СПбПУ им. Петра Великого (металловедение, термическая обработка сплавов), член-корр. РАН М.И. КАРПОВ, ИФТТ (физика металлов, пластическая деформация), член-корр. РАН А.Г. КОЛМАКОВ, ИМЕТ РАН (материаловедение, физика металлов), акад. РАН Л.И. ЛЕОНТЬЕВ, ИМЕТ РАН (металлургия),
докт.физ.-мат.наук, проф. А.Е. ЛИГАЧЕВ, ИОФ РАН им. А.Н. Прохорова (металловедение, термическая обработка сплавов), докт. хим. наук А.Г. ПАДАЛКО, ИМЕТ РАН (физикохимия баротермической обработки материалов), докт.техн.наук К.Б. ПОВАРОВА, ИМЕТ РАН (сплавы тугоплавких металлов, интерметаллические соединения), акад. РАН А.И. РУДСКОЙ, СПбПУ (аддитивные технологии, обработка металлов давлением), докт.техн.наук, проф. С.В. СКВОРЦОВА, МАИ (металловедение, термическая обработка сплавов), докт.техн.наук, проф. Е.И. ХЛУСОВА, ГНЦ ФГУП ЦНИИ «Прометей» (металловедение, термическая обработка сплавов), докт.техн.наук, проф. В.Ф. ШАМРАЙ, ИМЕТ РАН (кристаллохимия), докт.техн.наук А.Е. ШЕЛЕСТ, ИМЕТ РАН (обработка металлов давлением)





Зав. редакцией Л.А.Левченкова

           Почтовый адрес редакции журнала „Металлы":
           119334, Москва, Ленинский проспект, 49
           Тел. 8 (499) 135-96-78
           E-mail: eliz@imet.ac.ru www.imet.ac.ru/metally

РОССИЙСКАЯАКАДЕМИЯ НАУК
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ (ФГБУН)
ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ им.АА. БАЙКОВА РАН


        МЕТАЛЛЫ


Журнал основан в январе 1959 года. Выходит 6 раз в год Москва • „ЭЛИЗ“

№6

НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ • 2024

СОДЕРЖАНИЕ

Агафонов Д.Г., Садыхов Г.Б., Олюнина Т.В., Михайлова А.Б., Румянцева С.Б. Изучение фазового состава редкометального шлака, полученного при восстановительном обжиге руды Чуктукон-ского месторождения.........................3
Локшин Э.П., Тареева О.А. О разложении бадделеитового концентрата фторсодержащими растворами................................ 11

Ковалев И.А., Дробаха Г.С., Кочанов Г.П., Рогова А.Н., Ситников А.И., Шокодько А.В., Шевцов С.В., Дёмин К.Ю., Ашмарин А.А., Огарков А.И., Чернявский А.С., Солнцев К.А. Нитридизация металлической пары Ti-Zr и оценка термоЭДС синтезированного керамического образца...... 18
Румянцев Б.А., Григорович К.В., Андреева Н.А., Володько С.С., Касимцев А.В., Юдин С.Н., Гурьянов А.М., Евстратов Е.В. Исследование форм присутствия кислорода в порошковом интерметаллиде Cr₂Ta, синтезированном ги-дридно-кальциевым методом...................31
Жемков А.А., Ем А.Ю., Морозов А.О., Румянцева С.Б., Демин К.Ю., Комолова О.А., Григорович К.В., Тимохин А.С., Зырянов А.О., Дагман А.И. Анализ образования и модифицирования неметаллических включений при производстве динамной стали..............................41
Винтайкин Б.Е., Черенков Я.В., Смирнов А.Е. Особенности формирования фазового состояния и структуры быстрорежущей стали Р18 при вакуумном азотировании........................49

Зеер Г.М., Зеленкова Е.Г., Шубин А.А., Королёва Ю.П., Кучинский М.Ю. Исследование диффузионного соединения твердого сплава ВК6 и стали 45 через порошковые слои Ni/Co.......57
Басков Ф.А., Логачев И.А., Бычкова М.Я., Логинов П.А., Левашов Е.А. Особенности структуры и свойств жаропрочного никелевого сплава АЖК, полученного методом селективного лазерного сплавления...................................67
Ботвина Л.Р., Болотников А.И., Левин В.П., Демина Ю.А., Тютин М.Р., Белецкий Е.Н., Синев И.О. Особенности деформации и разрушения нержавеющей стали с разным размером зерен........................................75

Батталов Т.Х., Галкин В.И. Изучение напряженно-деформированного состояния в технологическом подпоре при гибке алюминиевого профиля двутаврового сечения на трехвалковой машине......................................87
Спивак Л.В., Щепина Н.Е. Мультиплетный характер аустенитизации стали 07ХЗГНМ и явление термической наследственности................95
Дудоров М.В., Дрозин А.Д., Рощин В.Е., Жеребцов Д.А., Морозов Р.С., Вяткин Г.П. Рост кристаллов в переохлажденных эвтектических расплавах на базе системы Fe-B....................101
Алфавитный указатель...................... 107

© Российская академия наук,
    Федеральное государственное бюджетное учреждение науки (ФГБУН)
    Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН. 2024 г.
© ООО НПП „ЭЛИЗ“. 2024 г.

МЕТАЛЛЫ , № 6^2024
c. 3—10


DOI: 10.31857/S086957332406310

УДК 622.349.3



ИЗУЧЕНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА РЕДКОМЕТАЛЬНОГО ШЛАКА, ПОЛУЧЕННОГО ПРИ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОМ ОБЖИГЕ РУДЫ ЧУКТУКОНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ¹


©2024 г.    Д.Г. Агафонов, Г.Б. Садыхов, Т.В. Олюнина, А.Б. Михайлова,
С.Б. Румянцева

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. АА. Байкова РАН, Москва E-mail: agafonov-1802@mail.ru
Поступила в редакцию 26 июня 2024 г.
После доработки 16 сентября 2024 г. принята к публикации 25 сентября 2024 г.

           Исследован фазовый состав ниобий-редкоземельного шлака при восстановительном обжиге высокожелезистой редкометальной руды Чуктуконского месторождения — одного из самых богатых источников ниобия и редкоземельных металлов (РЗМ) в России. Установлено, что при восстановительном обжиге (1400 °C) образуются четыре основные фазы: бетафит Ca₂(Nb,Ti)₃O₈, бритолит Ca₄(Ce,La,Nd,Pr)(Si,P)₆O₂₆, шпинель с общей формулой (Mn,Fe,Mg)(Al,V)₂O₄ и стекловидная матрица. С увеличением расхода твердого восстановителя (кокса) с 11 до 17% массы руды меняется количественное соотношение фаз редкометального шлака, в то время как фазовый состав остается неизменным. По мере увеличения добавки кокса количество марганцевой шпинели и бритолита в шлаке (без учета стекловидной фазы) уменьшается соответственно с 46 до 27 и с 42 до 34%, а количество бетафита, наоборот, увеличивается с 12 до 39%. По данным микрозон-дового анализа ниобий и титан сосредоточены в бетафите и стекловидной матрице. Редкоземельные элементы распределяются по всем фазам кроме шпинели, которая не разлагается минеральными кислотами даже при высоких температурах в автоклавных условиях. Показано, что в результате удаления железа и фосфора в составе чугуна шлак, получающийся при восстановлении руды, становится в 5—6 раз более богатым редкими и редкоземельными элементами по сравнению с рудой. Это приводит к снижению материальных потоков при дальнейшем солянокислотном выщелачивании шлака с извлечением РЗМ в раствор и концентрированием ниобия и титана в остатке.


            Ключевые слова: редкоземельные металлы; ниобий; Чуктуконское месторождение; восстановительный обжиг; ниобий-редкоземельный шлак; фазовый состав.

   Чуктуконское месторождение (Красноярский край, Россия) — уникальный источник ниобия и редкоземельных металлов (РЗМ), потребление которых в высокотехнологичных материалах неуклонно растет [1, 2]. Руды этого месторождения содержат до 1,5% Nb₂O₅ и 7% XTR₂O₃, что сопоставимо с рудами богатого ниобиевого месторождения Араша (Бразилия) и крупнейшего редкоземельного месторождения Баюнь-Обо (Китай) [3]. Однако простота добычи и низкая себестоимость переработки бразильского и китайского редкометального сырья привели к монополизации Бразилией и Китаем рынка ниобия и РЗМ [4]. При ужесточении условий

    1Работа выполнена по государственному заданию №075-00320-24-00.

импорта в РФ возникла реальная угроза для развития многих гражданских и военных отраслей промышленности. Принимаемые в связи с этим меры направлены на увеличение внутреннего потребления РЗМ и развитие собственной редкометальной промышленности — от добычи сырья до получения готовой продукции для перспективных технологий [5].
   Сложный минеральный состав и отсутствие эффективных технологических решений по обогащению высокожелезистых руд Чуктуконского месторождения требуют нового технологического подхода к разработке комплексной схемы их переработки [6— 8]. Для этого в Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (ИМЕТ РАН) разрабатывается новая технология

3

комплексной переработки руд Чуктуконско-го месторождения, направленная на получение ниобиевого, редкоземельного и марганцевого концентратов, а также высокофосфористого чугуна. Ранее в работе [9] были проведены исследования по восстановительному обжигу чуктуконской руды твердым восстановителем (коксом) с получением редкометального шлака и фосфористого чугуна. Проба этой руды имела следующий состав², %: Fe₂O₃ 64,80; MnO 7,10; Al₂O₃ 3,06; P₂O₅ 4,14; CaO 2,42; XTR₂O₃ 3,66; Nb₂O₅ 1,54; TiO₂ 1,20. Основными фазами шлака после восстановительного обжига при 1400 °C были фазы со структурой лопарита и перовскита, марганцевая шпинель и стекловидная фаза. В лопарите и перовските концентрируется основное количество ниобия и титана, а редкие земли распределены по всем образующимся фазам кроме марганцевой шпинели. Однако при ином содержании некоторых элементов в руде, например кальция и титана, при тех же условиях восстановительного обжига в ниобий-редкоземельном шлаке возможно образование других фаз. Формирование нового фазового состава может повлиять на технологические показатели при дальнейшей гидрометаллургической переработке шлака, в частности на извлечение РЗМ, ниобия и марганца в конечные продукты.
   В связи с этим целью данной работы было изучение фазового состава шлака, полученного при восстановительном обжиге пробы высокожелезистой чуктуконской руды с разным количеством углеродного восстановителя, в сравнении с данными [9].
   Материалы и методика исследований. Исследования проводились на пробе руды, химический состав которой представлен в табл. 1. Основными железосодержащими минералами этой пробы являются гётит (FeOOH) и гематит (Fe₂O₃). Марганец и ниобий находятся соответственно в Ba-псиломелане (BaMn₅O₁₀-H₉O) и Ba-Sr-пирохлоре ((Ba,Sr)Nb₂O₆(OH)), РЗМ входят в состав фосфатов — флоренсита (LaAl₃(PO₄)₂(OH)₆) и монацита ((Ce,La,...)PO₄). В отличие от пробы руды, использованной в работе [9], данная проба имеет более низкое содержание кальция, марганца и титана (см. табл. 1).

    ²Здесь и далее по тексту статьи содержание компонентов и фаз в мас.%.

Таблица 1

Химический состав исследованной пробы руды Чуктуконского месторождения, %

Компонент %     Компонент %    
Al2O8     2,64  ThO2      <0,05
BaO       0,20  TiO2      0,42 
CaO       0,28  V2O5      0,11 
Fe2O8     66,97 ZnO       0,92 
MgO       0,20  ZrO2      0,03 
MnO       2,44  CeO2      1,89 
Na2O      0,22  Gd2O3     0,06 
Nb2O5     1,03  La2O8     0,99 
P2O5      3,55  Nd2O3     0,79 
SiO2      1,63  Pr2O3     0,15 
SrO       0,27    Y2O3    0,13 

Таблица 2

Химический состав золы кокса, %

Компонент   %   Компонент %    
SiO2      57,89    SrO    0,15 
A^        23,65   V2O5    0,07 
  Fe2O3   7,12     MnO    0,067
CaO       2,87    ZrO2    0,06 
MgO       1,72    Cr2O3   0,02 
K2O       1,55      S     <0,02
Na2O      1,19    Nb2O5   <0,01
TiO2      1,13    Y2O3    0,009
P2O3      0,27   П.п.п.   0,76 
BaO       0,19                 

   В исследованиях в качестве твердого восстановителя использовали кокс крупностью -0,1 мм и зольностью 11% (табл. 2). Добавляемый кокс смешивали с измельченной РЗМ-рудой в количестве от 11 до 17% ее массы. Полученную шихту брикетировали на гидравлическом прессе при давлении прессования 550 МПа с получением брикета массой 14 г. Образец помещали в алундовый тигель на угольную подложку и подвергали восстановительному обжигу в вертикальной трубчатой электропечи при температуре 1400 °C. Длительность нагрева с 1000 до 1400 °C составляла 10 мин с последующей выдержкой при заданной температуре 10 мин для лучшего разделения металла и шлака. Полученные образцы шлака измельчали и исследовали методами оптического, РФА, микрозондового и химического анализов. Оптический и микрозондовый анализы проводили с помощью электронного микроскопа Joel JXA-iSP 100. Для проведения РФА использовали дифрактометр Tongda 3700. Количественный химический состав шлака


4

.Металлы“. № 6. 2024 г.

определяли методом рентгенофлюоресцентного спектрального анализа (спектрометр MagiX PRO PANalytical).
   Результаты исследований и их обсуждение. Шлак, полученный при восстановительном обжиге чуктуконских руд, представляет собой искусственное редкометальное сырье. Согласно оптическому анализу образцов все шлаки имеют практически одинаковый фазовый состав. Они состоят из трех кристаллических фаз: бетафита, бритолита и шпинели, находящихся в стекле. Их содержание меняется в зависимости от количества добавленного восстановителя. На фиг. 1 представлена микроструктура шлака, полученного при восстановительном обжиге. Так, по данным РФА количество шпинели в шлаке уменьшается с 46 до 27% с увеличением количества восстановителя от 11 до 17% (табл. 3). При расходе кокса 13—17% основной кристаллической фазой является бетафит. Шлак, полученный при минимальном расходе кокса (11% массы руды), содержит около 10% монацита, который остается в руде. Это связано с недостаточным количеством углерода, необходимого для восстановления рудных фаз (фиг. 2).

Фиг. 1. Микроструктура шлака: 1 — бетафит; 2 — бритолит; 3 — шпинель; 4 — стекло

Таблица 3

Содержание фаз в шлаках, полученных при 1400 °C с выдержкой 10 мин (без учета стекловидной фазы)

  Расход        Содержание фазы, %          
 кокса, %  бетафит бритолит шпинель монацит
массы руды                                 
11         12      42         46    10     
13         50      25         25        --15         42      31         27        --17         39      34         27        --    Фиг. 2. Дифрактограммы шлаков, полученных восстановительным обжигом (1400 °C, 10 мин) при расходе кокса от массы руды 11 (а), 13 (б), 15 (в) и 17% (г)

Металлы“. № 6. 2024 г.

5

о>

Таблица 4

Химический состав, %, фаз шлака в зависимости от расхода кокса при восстановительном обжиге чуктуконской руды

„Металлы^. № 6. 2024 г.

 Расход  MgO А12О3 SiO2 Р2О6 СаО TiO2 v2o6 MnO FeO BaO SrO Nb2O6 y2o3 La.2O3 CeO2 Pr6°n Nd2O3
кокса, %                                                                                     

Стекло

11 0,58 9,12  23,52 4,55 3,52 2,82 --- 16,05 8,15 3,53 2,52 7,67 --- 5,67 9,62 1,62 4,44
13 0,37 15,58 28,57 2,58 3,04 ---  --- 18,83 8,03 4,16 3,81 ---  --- 4,75 5,21 1,28 1,07
15 0,12 16,86 25,94 0,52 3,70 1,23 --- 16,06 3,67 4,48 3,38 6,05 --- 4,84 7,70 2,39 4,61
17 0,43 18,24 24,74 ---  3,72 2,10 --- 17,61 1,10 3,72 2,95 7,14 --- 5,24 8,16 0,65 1,77

Шпинель

11 4,62 52,90 --- --- --- 0,56 3,23 15,33 24,62 --- --- --- --- --- --- --- --13 5,28 53,54 --- --- --- 0,42 1,78 23,52 15,45 --- --- --- --- --- --- --- --15 8,34 53,89 --- --- --- ---  3,79 24,78 9,21  --- --- --- --- --- --- --- --17 7,92 56,22 --- --- --- 0,73 1,98 28,07 5,10  --- --- --- --- --- --- --- --Бритолит

11 --- 0,04 16,94 6,64 8,26 --- ---  2,83 0,31 --- ---  ---  0,82 15,29 31,59 4,15 12,46
13 --- ---  19,35 3,19 6,58 --- 0,47 1,39 ---  --- 0,42 ---  1,40 16,61 33,38 4,41 12,62
15 --- ---  20,63 1,44 5,80 --- ---  0,97 ---  --- 1,98 ---  2,21 16,77 33,83 4,31 11,96
17 --- ---  22,01 0,40 5,81 --- ---  0,80 ---  --- 1,21 0,10 1,47 17,38 34,35 4,63 11,78

Бетафит

11 --- --- --- --- 3,18 12,07 --- 13,63 4,43 --- --- 28,89 0,30 7,58 19,00 2,48 8,32 
13 --- --- --- --- 2,54 12,16 --- 11,52 3,09 --- --- 30,89 1,31 8,18 19,23 2,64 8,45 
15 --- --- --- --- 4,30 10,99 --- 17,41 3,06 --- --- 25,88 0,54 8,54 19,01 2,87 7,44 
17 --- --- --- --- 2,90 12,22 --- 10,56 ---  --- --- 32,29 1,00 7,25 20,48 2,40 10,93

   По результатам микрозондового анализа стекловидная фаза имеет очень богатый химический состав, представленный практически всеми элементами, которые находятся в руде (табл. 4). С увеличением расхода восстановителя содержание FeO в стекле уменьшается с 8,15 до 1,10%, а содержание P₂O₅ — c 4,55 до 0,52%, что связано с восстановлением этих элементов до металла. Содержание других элементов остается примерно одинаковым вне зависимости от количества восстановителя.

   Шпинель представлена черными в оптике кристаллами кубического габитуса разного размера. Ее состав можно выразить формулой (Mn,Fe,Mg)(Al,V)₂O₄. Содержание FeO в шпинели уменьшается с 24,62 до 5,1% из-за восстановления железа в чугун, а содержание MgO и MnO возрастает с увеличением расхода кокса, содержание Al₂O3, V₂O₅ и TiO₂ остается практически неизменным (табл. 4).
   Фаза бритолита относится к силикофос-фатам редкоземельных элементов — редкий

Фиг. 3. Результаты элементного картирования по площади шлифа образца шлака

.Металлы“. № 6. 2024 г.

7

Таблица 5

тип соединений, относящийся к группе апатита [10,11]. Состав бритолита, образующегося в шлаках при восстановлении руды, можно представить формулой Ca₄(Ce,La,Nd,Pr)(Si,P)₆O₂₆. В основном выделения бритолита представляют собой длиннопризматические кристаллы разных размеров. Химический состав бритолита практически одинаковый для всех образцов за исключением содержания кремния и фосфора (см. табл. 4). Содержание SiO₂ возрастает с 16,94 до 22,01%, а содержание P₂O5 снижается с 6,64 до 0,4% вследствие увеличения степени восстановления фосфора и его перехода в чугун.
   Бетафит относится к группе пирохлора с общей формулой A₂B₂O₆(O,OH,F), где A — Ca, TR; B — Nb, Ti, Fe, Mn [12]. В условиях высокотемпературного обжига образуются редкоземельные бетафиты, но без добавочных анионов OH⁻ и F⁻ с формулой A₂B₃O₈. По данным микроскопического анализа в шлифах бетафит представлен в основном очень мелкими дендритными кристаллами. Они могут образовывать выделения в стекле в виде «облаков», состоящих из мелких (~1 мкм) дендритов. Химический состав бетафита с увеличением расхода кокса практически не изменяется (см. табл. 4). Основными его элементами являются ниобий (28—32% Nb₂O5), титан (11 —12% TiO₂), марганец (10—17% MnO) и церий (19—20% CeO₂).
   Монацит представляет собой фосфат РЗМ с формулой (Ce,La,Nd,Pr)PO₄ и содержит примерно 29% P₂O5, 38% CeO₂, 22% La₂O₃. Данная фаза присутствует только в шлаке, полученном при минимальной добавке восстановителя (11%).
   Для визуальной оценки распределения элементов по фазам шлака было проведено элементное картирование по площади шлифа образца шлака, полученного при восстановительном обжиге руды с расходом кокса 13% (фиг. 3). Результаты картирования подтверждают, что основное количество РЗМ сосредоточено в стекле, бритолите и бетафите. Ниобий и титан в основном связаны с бетафитом и стеклом. Недовосстановленный фосфор распределен между стеклом и бритолитом. Марганец находится практически во всех присутствующих фазах.
   Таким образом, увеличение расхода кокса на восстановительный обжиг руды практически не влияет на фазовый состав ниоХимический состав шлака, %

Компонент   %   Компонент   %  
Al2O8     16,79   ThO2    <0,01
BaO       1,10    TiO2    2,37 
CaO       1,82    V2O5    0,48 
  Feтв    4,56     ZnO    0,04 
MgO       1,26    ZrO2    0,16 
MnO       13,20   CeO2    10,16
Na2O      1,29    La2O8   5,32 
 NI>2O,   5,26    Nd2O3   4,25 
  P2O5    0,47    Pr2O3   0,81 
SiO2      15,13   Y2O3    0,70 
SrO       1,47                 

бий-редкоземельного шлака. Однако при этом уменьшается количество шпинели из-за восстановления железа, присутствующего в данной фазе. Ниобий, титан и РЗМ распределены между всеми фазами кроме шпинельной, которая не разлагается минеральными кислотами при любых условиях. В табл. 5 представлен химический состав шлака, полученного при восстановительном обжиге руды при 1400 °C с расходом кокса 15% массы руды. Его сравнение с химическим составом исходной руды показывает, что содержание ниобия, РЗМ и марганца в шлаке увеличилось в 5—6 раз, что заметно упрощает дальнейшую обработку шлака соляной кислотой. Стоит отметить, что в отличие от результатов работы [9] в шлаке вместо фаз лопарита и перовскита в стекловидной матрице образуются фазы бритолита и бетафита. Стекловидная матрица и бритолит легко разлагаются в разбавленных растворах соляной кислоты уже при атмосферных условиях. Однако бетафит, в котором концентрируется основное количество ниобия, титана и РЗМ, вскрывается только при более высоких давлениях и температурах (выше 200 °C) [13]. Аналогичное поведение наблюдается при разложении лопарита и перовскита [14].
   После солянокислотной обработки измельченного шлака в раствор переходят РЗМ и марганец, которые в дальнейшем методом дробного осаждения извлекаются в виде карбонатов [15]. Ниобий-титановый остаток направляется на обескремнивание разбавленным раствором NaOH для удаления выпавшего аморфного кремнезема при солянокислотном выщелачивании шлака. После ще8

Металлы“. № 6. 2024 г.

лочного выщелачивания остаток в основном состоит из оксидов ниобия и титана, а также неразлагаемой минеральными кислотами марганцевой шпинели. С учетом того, что шпинель проявляет слабомагнитные свойства, одним из вариантов ее удаления из обескремненного остатка может стать мокрая магнитная сепарация с выделением шпинели в магнитную, а оксидов ниобия и титана в немагнитную фракции. Применение данного процесса позволит выделить оксидный ниобий-титановый концентрат, пригодный для хлорирования по известной технологии и дальнейшего получения из хлоридов металлических ниобия и титана. Для доизвле-чения марганца и алюминия выделенную марганцевую шпинель можно направить на переработку по способу спекания с содой.
   Выводы. 1. Исследован процесс восстановительного обжига высокожелезистой нио-бий-редкоземельной руды Чуктуконского месторождения при температуре 1400 °C и длительности выдержки 10 мин с разным расходом твердого восстановителя (кокса). Установлено, что основными фазами образующегося при этом ниобий-редкоземельного шлака являются бетафит, бритолит, стекло и марганцевая шпинель.
   2.    Выявлено, что расход кокса практически не влияет на фазовый состав редкометального шлака, но при этом оказывает влияние на количественное соотношение фаз в нем. С увеличением расхода кокса с 11 до 17% массы руды содержание шпинели в шлаке уменьшается с 45 до 27%, а количество бетафита, наоборот, растет с 12 до 39%.
   3.    Редкоземельные элементы присутствуют во всех фазах за исключением марганцевой шпинели. Ниобий и титан в шпинели также не обнаружены, что исключает дальнейшие потери этих элементов при солянокислотном выщелачивании шлака с извлечением РЗМ и марганца в раствор при концентрировании ниобия и титана в остатке.
   4.    В результате восстановления железа и фосфора руды с образованием фосфористого чугуна содержание РЗМ, ниобия и других элементов в шлаке, отделенном от чугуна, повышается в 5—6 раз, что во столько же раз уменьшит материальные потоки при дальнейшей гидрометаллургической переработке шлака с получением ниобий-титанового, марганцевого и РЗМ-концентратов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Никулин, АА. Металлы для высоких технологий: тенденции мирового рынка редкоземельных металлов / А.А. Никулин // Проблемы национальной стратегии. 2014. №1 (22). С.134—152.
2. Машковцев, ГА. Минеральное сырье для металлов высоких технологий / Г.А. Машковцев, Л.З. Бы-ховский, Т.Д. Онтоева // Разведка и охрана недр. 2020. №2. С.10—24.
3. Яценко, В А. Особенности мирового рынка редкоземельных металлов / В.А. Яценко, Н.Ю. Самсонов, Я.В. Крюков // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2018. №6. С.68—72.
4. U.S. Geological Survey: Mineral Commodity Summaries 2023. 210 p.
5. Государственная программа Российской Федерации «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности». Подпрограмма 15. Развитие промышленности редких и редкоземельных металлов. URL: https://sudact.ru/law/rasporiazhenie-pravitelstva-rf-ot-29082013-n-1535-r/ gosudarstvennaia-programma-rossiiskoi-federatsii-razvitie/podprogramma-15/ (дата обращения 05.04.24).
6. Кузьмин, В.И. Состав и структурные особенности редкометальных руд Чуктуконского месторождения / В.И. Кузьмин, Н.В. Гудкова, Д.В. Кузьмин, А.М. Жижаев, Г.Н. Бондаренко, М.А. Мулагалеева, А.С. Романченко // Химия в интересах устойчивого развития. 2018. №18. С.157—166.
7. Лихникевич, Е.Г. Минералогические критерии выбора технологии переработки руд редких металлов / Е.Г. Лихникевич, Е.Г. Ожогина, А.С. Фатов // Вестн. ИГ Коми НЦ УрО РАН. 2019. №4. С.42— 48.
8. Лихникевич, Е.Г. Опережающие минералогические исследования руд редких металлов — основа для прогнозирования технологических свойств и выбора оптимальных технологических решений: дис. ... докт. геол.- минерал. наук / Е.Г. Лихникевич. — М. : Всерос. науч.-исслед. ин-т мин. сырья им. Н.М. Федоровского. ФГБУ ВИМС. 2020. 180 с.
9. Садыхов, Г.Б. Исследования по восстановительному обжигу ниобий-редкоземельных руд Чуктуконского месторождения с получением фосфористого чугуна и ниобий-редкоземельного шлака / Г.Б. Садыхов, Д.Ю. Копьев, Д.Г. Агафонов, Т.В. Олюнина, К.Г. Анисонян, Е.Н. Левченко // Металлы. 2020. №3. С.3—13. — (G.B. Sadykhov, D.Yu. Kop’ev, D.G. Agafonov, T.V. Olyunina, K.G. Anisonyan, E.N. Levchenko, «Reducing Roasting of the Niobium-REM Ores of the Chuktukon Deposit with the Production of Phosphorus Cast Iron and Niobium-REM Slag». Russian Metallurgy (Metally). 2020. №5. P.507—516.)
10. Куприянова, И.И. Минералы группы бритолита / И.И. Куприянова, Г.А. Сидоренко, М.А. Кудрина // Геология месторождений редких элементов. Редкоземельные силикаты. 1966. Вып.26. С.23—66.
11. Li, J. Innovative methodology to enrich britholite (Ca3Ce2[(Si,P)O4]3F) phase from rare-earth-rich slag by super gravity / J. Li, Z. Guo // Met. Mater. Trans. 2014. V.45. P.1272—1280.
12. Зеликман, А.Н. Ниобий и тантал / А.Н. Зеликман, Б.Г. Коршунов, А.В. Елютин, А.М. Захаров. — М. : Металлургия, 1990. 296 с.

Металлы“. № 6. 2024 г.

9

13. Агафонов, Д.Г. Фазовое разложение при двустадийном солянокислотном выщелачивании ниобий-ред-коземельного шлака, полученного при восстановительном обжиге редкометально-редкоземельной руды Чуктуконского месторождения / Д.Г. Агафонов, Д.Ю. Копьев, Г.Б. Садыхов // Редкие металлы и материалы на их основе : технологии, свойства и применение : Сб. тезисов 2-й Международной научно-практической конференции, посвященной памяти академика Н.П. Сажина. Москва. 2022. С.278, 279.
14. Садыхов, Г.Б. Особенности солянокислотного разложения ниобий-редкоземельного шлака, полученного при восстановительном обжиге редкоземельной руды Чуктуконского месторождения / Г.Б. Садыхов, Д.Ю. Копьев, Д.Г. Агафонов, Т.В. Олюнина, К.Г. Анисонян // Металлы. 2021. №4. С.3—10. —

   (G.B. Sadykhov, D.Yu. Kop’ev, D.G. Agafonov, T.V. Olyunina, K.G. Anisonyan, «Hydrochloric Acid Decomposition of the Niobium-Rare-Earth Slag Produced by Reducing Roasting of the Rare-Earth Ore from the Chuktukon Deposit». Russian Metallurgy (Metally). 2021. №7. P.809—815.)
15. Агафонов, Д.Г. Некоторые особенности дробного осаждения редкоземельных металлов и марганца из солянокислотных растворов карбонатом аммония / Д.Г. Агафонов, Г.Б. Садыхов, Т.В. Олюнина // Металлы. 2023. №6. С.3—8. — (D.G. Agafonov, G.B. Sadykhov, T.V. Olyunina, «Fractional Preci pitation of Rare-Earth Metals and Manganese from Hydrochloric Acid Solutions by Ammonium Carbonate». Russian Metallurgy (Metally). 2023. №11. P.1577—1582.)

10

,Металлы“. № 6. 2024 г.