ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА НАГРЕВАНИЯ РУДНЫХ ФОСФОРИТОВ
Аннотация
Рудные фосфориты – это сложная совокупность химических веществ, в природных минералах. Сложный физико-химический процесс нагрева фосфоритов включает совокупность процессов тепломассообмена, эндотермических реакций диссоциации карбонатов, процессов структурных превращений при твёрдо- и жидкофазном спекании. В работе экспериментально исследованы температурно-концентрационная и температурно-временная зависимость теплоёмкости рудных образцов фосфатов, от тепловых условий протекания реакции декарбонизации в образцах, при структурных модификациях, в результате изменения химического состава образцов. Установлено влияние изменения структуры образцов в диапазоне температур обжига сырья и скоростей нагрева на теплоемкость фосфоритов. Научно обосновано возникновение значительных градиентов температур в исследуемых образцах, в результате нестационарных условий нагрева и действия тепловых эффектов реакции диссоциации карбонатов, что ограничивает возможность использования традиционных методов определения истинной и эффективной теплоемкостей образцов. Определена взаимосвязь между гетерогенными эндотермическими структурными превращениями и теплофизическими условиями эндотермической реакции диссоциации карбонатов, что позволяет повышать энергоресурсоэффективность термической обработки фосфатного сырья при обогащении на обжиговых конвейерных и агломерационных машинах. Анализ экспериментальных данных показывает существенное влияние термической диссоциации карбонатов и внутреннего теплообмена на теплоемкость фосфоритов. Погрешность найденной теплоемкости определяется методикой термоаналитических экспериментов, размером образцов, тепловым эффектом реакции диссоциации карбонатов, концентрацией реагирующей фазы. Установлено что она возрастает с увеличением скорости нагрева образцов, то есть с возрастанием факторов, увеличивающих крутизну поля градиентов температур в образцах. Химико-энерготехнологические особенности проведения термической обработки фосфатного сырья, определяются зависимостью его теплоемкости от эндотермической реакции диссоциации карбонатов при нагреве в широком диапазоне скоростей нагрева в плотной многослойной динамической массе окатышей на колосниковой решетке действующих обжиговых конвейерных машин, что позволяет выбирать оптимальные энергоресурсоэффективные режимы обжига.
Для цитирования:
Мешалкин В.П., Бобков В.И., Дли М.И., Гарабаджиу А.В., Панченко С.В., Орехов В.А. Экспериментальные исследования физико-химического процесса нагревания рудных фосфоритов. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2022. Т. LXVI. № 3. С. 13-22. DOI: 10.6060/rcj.2022663.3.
Литература
Meshalkin V.P., Dovì V.G., Bobkov V.I., Burukhina T.F., Khodchenko S.M. State of the art and research develop-ment prospects of energy and resource-efficient environmentally safe chemical process systems engineering. Mendeleev Communications. 2021. 31(5). P. 593–604.
Meshalkin V.P., Dli M.I., Puchkov A.Yu., Bobkov V.I., Kazak A.S. Software for efficient chemical technologies for processing of apatite-nepheline ore waste. Doklady Chemistry. 2021. V. 496. Part 2. P. 42–47.
Bobkov V.I., Fedulov A.S., Dli M.I., Meshalkin V.P., Morgunova E.V. Scientific basis of effective energy re-source use and environmentally safe processing of phosphorus-containing manufacturing waste of ore-dressing barrows and processing enterprises. Clean Technologies and Environmental Policy. 2018. V. 20. N 10. P. 2209-2221.
Meshalkin V., Bobkov V., Dli M., Dovì V. Optimization of energy and resource efficiency in a multistage drying process of phosphate pellets. Energies. 2019. V. 12. № 17. P. 3376.
Meshalkin V.P., Panchenko S.V., Bobkov V.I., Dli M.I. Analysis of the thermophysical and chemical-technological properties of mining and processing waste materials. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2020. V. 54. N 1. P. 157-164.
Gus'kov A.V., Gagarin P.G., Gus'kov V.N., Tjurin A.V., Gavrichev K.S. Teplojomkost' i termodinamicheskie funkcii tvjordogo rastvora LU2O3 – 2HFO2. Doklady Rossijskoj akademii nauk. Himija, nauki o materialah. 2021. V. 500. N 1. P. 84-88.
Gagarin P.G., Gus'kov A.V., Gus'kov V.N., Horoshilov A.V., Gavrichev K.S., Ivanov V.K. Teplojomkost' i termicheskoe rasshirenie M-ortotantalata terbija. Doklady Rossijskoj akademii nauk. Himija, nauki o materialah. 2021. V. 499. N 1. P. 63-65.
Elgharbi S., Horchani-Naifer K., Férid M. Investigation of the structural and mineralogical changes of Tunisian phosphorite during calcinations. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2015. V. 119. N 1. P. 265-271.
Puchkov A.Ju., Lobaneva E.I., Kultygin O.P. Algoritm prognozirovanija parametrov sistemy pererabotki othodov apatit-nefelinovyh rud. Prikladnaja informatika. 2022. V. 17. N 1(97). P. 55–68.
Butkarev A.A., Verbylo S.N., Bessmertnyj E.A., Butkareva E.A. Sovershenstvovanie i prakticheskoe ispol'zovanie metodologii VNIIMT dlja optimizacii teplotehnicheskih shem obzhigovyh konvejernyh mashin s rabochimi ploshhadjami 278, 306 i 552 m2. Stal'. 2020. N 5. P. 7-13.
Wang S., Guo Y., Zheng F., Chen F., Yang L. Improvement of roasting and metallurgical properties of fluorine-bearing iron concentrate pellets. Powder Technology. 2020. 376. P. 126-135.
Nayak D., Ray N., Dash N., Pati S., De P.S. Induration aspects of low-grade ilmenite pellets: Optimization of oxidation parameters and characterization for direct reduction application. Powder Technology. 2021. 380. P. 408-420.
Krzhizhanovskij R.E., Shtern Z.Ju. Teplofizicheskie svojstva nemetallicheskih materialov (okisly). L. Jenergija. 1973. 335 p.
Spravochnik (kadastr) fizicheskih svojstv gornyh porod. Pod red. Mel'nikova N.V., Rzhevskogo V.V., Protod'ja-konova M.M. M: Nedra. 1975. 281 p.
Bulah A.G., Bulah K.G. Fiziko-himicheskie svojstva mineralov komponentov gidrotermal'nyh rastvorov. L. Nedra, 1978.
Logvinenko V.A., Paulik F., Paulik I. Kvaziravnovesnaja termogravimetrija v sovremennoj neorganicheskoj himii. – Novosibirsk: Nauka. Sib. Otdelenie. 1989. 111 p.
Dli M.I., Vlasova E.A., Sokolov A.M., Morgunova E.V. Creation of a chemical-technological system digital twin using the Python language. Journal of Applied Informat-ics. 2021. V. 16. N 1 (91). P. 22-31.
