Reduction kinetics in titaniferous slags

Abstract

The work described in this paper is part of a wider investigation into the reduction behaviour of titaniferous slags, particularly in blast-furnace smelting. It is generally agreed that if the reduction of titania (TiO2) could be slowed or stopped, the problems of smelting titaniferous ores could be minimized or eliminated. The reduction kinetics are important for a clear understanding of the process.Several iron oxide-bearing slags of the system CaO- F eO-Al2O3- TiO2-SiO2 of varying CaO/SiO2 ratio (0.6 to 1.2) and TiO2 content (0 to 30%) were reduced in contact with a metallic iron phase in graphite crucibles. The progress of reduction was observed by measuring the rate of gas evolution and by analyzing samples taken after measured time intervals, for iron in the slag and titanium in the metal.It was shown that the effect of titania on the activity of iron oxide in slag, particularly acid slags, was qualitatively similar to that of lime but less effective. It was found that titanium was reduced and approached saturation in the metal faster from basic slags than with acid slags and that acid slags permit a higher titanium content. For successful smelting of titaniferous ores the CaO/SiO2 ratio of the slag should vary between 0.8 and 1.0, decreasing in value as the titania content of the slag increases. Résumé Cet article s'inscrit dans le plan d'un ouvrage de plus grande envergure, concernant l'étude de la réductibilité des scories titanifères de haut fourneau. Il est couramment admis que, si la réduction de l'oxyde de titane (TiO2) peut être amoindrie ou annihilée, les problèmes propres au smeltage des minerais titaniféres seront minimisés ou éliminés. L'étude des mécanismes de réduction est, de ce fait, importante pour une compréhension claire et nette du procédé.Plusieurs scories, à base d'oxyde de fer, du type CaO-FeO-Al2O3-TiO2-SiO2, avec un rapport CaO/SiO2 variant de 0.6 à 1.2 et un contenu en TiO2 vari ant de 0 à 30%, furent réduites, en présence d'une phase de fer métallique, dans des creusets de graphite. L'évolution de la réduction fut suivie en mesurant le taux du dégagement gazeux et en analysant la teneur en fer de la scorie et la teneur en titane, dans la phase métallique à partir de certains échantillons, prélevés de la scorie et de la phase métallique à des intervalles précis de temps.Il put être montré que l'effet du TiO2 sur L'activité de l'oxyde de fer dans la scorie, particulierement pour les scories acides, était qualitativement semblable à celui de la chaux mais moins effectif. Il fut rouvé: 1) que le titane est plus vite réduit, et sa teneur de saturation plus vite atteinte, dans la phase métallique, à partir de scqries basiques, plutôt qu'à partir de scories acide; et 2) que dans les scories acides, une teneur en titane plus élevée est permi se. Les conditions optimal es de smeltage de minerais titanifères sont fixées par le rapport CaO/SiO2 qui devrait varier entre 0.8 et 1.0, la valeur du rapport allant en diminuant au fur et à mesure que la teneur en oxyde de titane dans la scorie va en croissant.