Usage of boroxide and ulexite ores in ferromanganese production

Abstract

This study investigated the possibilities of using low-grade manganese ores in ferromanganese production by smelting process. It is aimed to increase the consumption areas of boron ores. Fluorspar, ulexite, and boroxide were added to manganese ores, and slag fluidity at determined temperatures was examined. Reference samples without flux were used for comparison. The charge materials were melted in graphite crucibles at 1650 °C for 2 hours. The metal/slag phases were separated from each other and their chemical analyses were made. At the end of the experiments, thanks to boron ores, Mn leakage in the slag phase was reduced to a minimum, while 99% Mn was obtained in the metal phase. As a result, it has been determined that the slag fluidity increases more with boron ores (compared to fluorspar), the smelting time decreases, it is possible to use boron ores in ferromanganese production, and their usage areas can be increased.

Keywords

• Ferromanganese
• Ulexite
• B2O3
• CaF2
• Smelting
• Manganese

Boroksit ve üleksit cevherlerinin ferromangan üretiminde kullanımı

Öz

Bu çalışmada, düşük tenörlü mangan cevherlerinin ergitme prosesi ile ferromangan üretiminde kullanım olanakları araştırılmıştır. Bor cevherinin tüketim alanlarının arttırılması hedeflenmektedir. Manganez cevherlerine fluorspat, üleksit ve boroksit ilave edilerek cürufun belirlenen sıcaklıklarda akışkanlığı incelenmiştir. Karşılaştırma için flaksız referans numuneleri kullanılmıştır. Şarj malzemeleri kapaklı grafit potalara konularak 1650 °C sabit sıcaklıkta 2 saat ergitilmiştir. Metal/cüruf fazları birbirinden ayrılarak kimyasal analizleri yapıldı. Deneyler sonunda bor cevheri sayesinde cüruf fazında Mn sızıntısı minimuma indirilirken, metal fazında ise %99 Mn elde edilmiştir. Sonuç olarak bor cevherleri ile cüruf akışkanlığının daha fazla arttığı (fluorspat ile karşılaştırıldığında) ve erime süresinin azaldığı, bor cevherlerinin ferromangan üretiminde kullanılmasının mümkün olduğu ve kullanım alanlarının arttırılabileceği tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Ferromanganez
• Üleksit
• B2O3
• CaF2
• Ergitme
• Manganez

Kaynakça

1. E. Arancı, Mekanik aktivasyon işlemine tabi tutulmuş demirli mangan oksit cevherinden karbotermik yöntemle ferromangan üretimine karbonize çay atıklarının etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2014.
2. Lamel grafitli dökme demirde mangan ve kükürt dengesi, https://dokumhane.net/kutuphane/lamel-grafitli-dokme-demirde-mangan-ve-kukurt-dengesi/, Accessed 26 January 2023.
3. AZO Materials, The properties and efects of manganese as an alloying element, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=13027, Accessed 5 October 2022.
4. G. Eroğlu ve M. Şahiner, Üretimden ticarete manganez. MTA Doğal Kaynaklar ve Ekonomi Bülteni, 30, 99-109, 2020.
5. W. Zhang and C. Y. Cheng, Manganese metallurgy review. Part I: Leaching of ores/secondary materials and recovery of electrolytic/chemical manganese dioxide, Hydrometallurgy, 89, 137-159, 2007. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.08.010.
6. Y. Shen, W. Xue, W. Li, S. Li and X. Liu, Recovery of Mn2+, Co2+ and Ni2+ from manganese nodules by redox leaching and solvent extraction. Transactions Nonferrous Metals Society of China, 17, 1105-1111, 2007. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(07)60233-7.
7. O. Yılmaz, A. Dinçer ve E. Tahtakıran, Demir çelik üretiminde bor ürünü kullanımı, Teknik yazı, Türk Mühendis ve Mimar Odaları Birliği Metalurji Mühendisleri Odası Dergisi, 170, 39-42, 2011.
8. A. K. Özçelik, Çelik cüruflarının borlu bileşiklerle kararlı hale getirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2019.

9. A. Reuter, E. Málaga-Trillo, U. Binkle, E. Rivera-Milla, R. Beltre, Y. Zhou, M. Bastmeyer and C. A. O. Stuermer, Evolutionary analysis and expression of teleost Thy-1. Zebrafish, 1(3), 191-201, 2004. https://doi.org/10.1089/zeb.2004.1.191
10. F. F. Uysal ve S. Bahar, Cüruf çeşitleri ve kullanım alanları, Trakya University Journal of Engineering Sciences, 19(1), 37-52, 2018.
11. L. Özmen ve C. S. İmer, Çelik üretiminde bor oksitlerin kullanımı, 12. Uluslararası Metalurji-Malzeme Kongresi, sayfa 19-27, İstanbul, Türkiye, 28 Eylül-2 Ekim 2005.
12. A. A. Babenko and A. G. Upolovnikova, Influence of basıcıty and boron oxıde content ın slags of CaO–SiO2–B2O3–Al2O3 system on solubılıty of perıclase-carbon refractorıes. Ferrous Metallurgy Bulletin, 76, 4, 2020. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2020-4-390-395.
13. F. F. Grillo, J. L. Coletı, J. R. Olıveıra, J. A. S. Tenórıo, E. Junca, D. C. R. Espınosa, Use of computational thermodynamics in the analysis of hot metal desulphurization with slags based on marble waste and sodalite. Materials Transactions, 58, 1332-1338, 2016. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2016016.
14. S. Taşkaya, Ferro alaşımların genel yapısı ve ferro molibden (FeMo) istihsali. Uluslararası Doğu Anadolu Fen Mühendislik ve Tasarım Dergisi, 1(1), 99-121, 2019.
15. X. Lu, Z. Qin, Y. Zhang, X. Wang and F. Li, Effect of carbon on the paramagnetic antiferromagnetic transition and γ →ε martensitic transformation of Fe-24Mn alloysEffect of carbon on the paramagnetic-antiferromagnetic transition and γ →ε martensitic transformation of Fe-24Mn alloys. Ph.D. Thesis, Department of Materials Science & Engineering, Dalian Railway Institute, Dalian 116028, China, 2000.
16. İ. S. Çardaklı, Production of high carbon ferromanganese from a manganese ore located in Erzincan. Ph.D. Thesis, Metallurgical and Materials Engineering Department, Middle East Technical University, Türkiye, 2010.
17. F. Emeksiz, Smelting of high carbon ferromanganese from Denizli-Tavas manganese ore, Ph.D. Thesis, Middle East Technical University, Türkiye, 1991.
18. K. Tereyama, and I. Masao, I. Study on Thermal Decomposition of MnO2 and Mn2O3 by Thermal Analysis, Transactions of the Japan Institute of Metals, 24 (11), 754–758, 1983. https://doi.org/10.2320/matertrans1960.24.754
19. A. Geveci, METE 516 production of ferroalloys, METU Press, Middle East Technical University, Ankara, 1998.
20. E. T. Türkdoğan and R. A. Hancock, Equilibrium measurements between carbon saturated Mn – Fe – Si melts and CaO – Al2O3 – MnO – SiO2 slags, Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy, 67, 573–600, 1957.
21. G. J. W. Kor, Equilibria between liquid Mn – Si alloys and MnO – SiO2 – CaO – MgO slags, Metallurgical Transaction B., 10B, 367–374, 1979. https://doi.org/10.1007/BF02652507
22. V. I. Zhuchkov, A. A. Akberdin, N. A. Vatolin, L.I. Leont’ev, O. V. Zayakin, A. S. Kim, and U. K. Konurov, Application of boron containing materials in metallurgy, Russian Metallurgy (Metally), 12, 1134–1137, 2011, https://doi.org/10.1134/S003602951112024X.