Исследование процесса воздействия электромагнитного поля СВЧ на нагрев цинксодержащих продуктов

Автор: Рязанов Андрей Геннадьевич, Казбекова Камилла Камилевна, Барышев Иван Сергеевич, Сенин Анатолий Владимирович, Михайлов Геннадий Георгиевич

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy

Рубрика: Металлургия чёрных, цветных и редких металлов

Статья в выпуске: 2 т.21, 2021 года.

Бесплатный доступ

Цинк является одним из востребованных материалов в мире. По объемам использования цинк занимает третье место после алюминия и меди среди цветных металлов. Нехватка рудных запасов, увеличение объема производства и потребления цинка ведут к увеличению доли перерабатываемого вторичного цинксодержащего сырья. Вельц-окись от переработки вторичного цинксодержащего сырья является перспективным источником металлического цинка. Вовлечение в переработку вельц-окиси требует ее предварительной обработки для удаления хлоридов и фторидов. Для удаления галогенов применяются технологии отмывки вельц-окиси в водных и в водно-щелочных растворах. Альтернативным способом удаления галогенов является технология пирометаллургической прокалки вельц-окиси. Микроволновый нагрев является перспективным методом для термической обработки вельц-окиси. Микроволновый нагрев имеет ряд преимуществ, среди которых передача электромагнитной энергии, а не тепла, высокая скорость нагрева, селективный нагрев материалов, объемный нагрев материалов. Выполнен термодинамический анализ химических и фазовых превращений компонентов вельц-окиси при нагреве. Установлены температуры, при которых достигается требуемое содержание хлоридов и фторидов из цинксодержащих продуктов. Экспериментально подтверждена возможность нагрева цинксодержащих веществ при воздействии на них электромагнитного поля сверхвысокой частоты. В лабораторных условиях изучена зависимость увеличения температуры цинксодержащего продукта от длительности обработки микроволновым излучением. Продолжительность нагрева продуктов до температуры 1000 °С составила 128-188 с. Рассчитаны тепловой и материальный балансы нагрева образцов в лабораторных условиях. Показано, что коэффициент полезного действия преобразования мощности, подаваемой на лабораторную установку, в тепловую энергию нагрева цинксодержащего материала составил 60-64 %. Достигнуто остаточное содержание хлорид-ионов в продуктах прокалки менее 0,05 мас. %.

Еще

Вельц-окись, цинксодержащие техногенные продукты, хлориды, термодинамическое моделирование, микроволновое прокаливание

Короткий адрес: https://readera.org/147233982

IDR: 147233982   |   DOI: 10.14529/met210201

Список литературы Исследование процесса воздействия электромагнитного поля СВЧ на нагрев цинксодержащих продуктов

  • U.S. Geological Survey, 2020, Mineral commodity summaries 2020: U.S. Geological Survey. – 200 p. DOI: 10.3133/mcs2020
  • Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2019 году». – http://www.mnr.gov.ru/docs/o_sostoyanii_i_ispolzovanii_mineralno_syrevykh_resursov_rossiyskoy_federatsii/gosudarstvennyy_doklad_o_sostyanii_i_ispolzovanii_mineralno_syrevykh_resursov_rossiyskoy_federatsii/ (дата обращения: 04.05.2021).
  • Ковязин, А.А. Серонкислое выщелачивание медеплавильных пылей / А.А. Ковязин, С.В. Гимгин, С.А. Краюхин // Пром-Инжиниринг. – 2018. – С. 138–140.
  • Dust formation in electric arc furnace: birth of the particles / A.G. Guézennec et al. // Powder technology. – 2005. – Vol. 157, no. 1-3. – P. 2–11. DOI: 10.1016/j.powtec.2005.05.006
  • Ryazanov, A.G. The Effect of Temperature and Roasting Time on the Conversion of Zinc Ferrite to Zinc Oxide in the Electric Arc Furnace Dust / A.G. Ryazanov, A.V. Senin, N.A. Kornilov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2020. – Vol. 969, no. 1. – P. 012–040. DOI: 10.1088/1757-899X/969/1/012040
  • Технология переработки пыли электродуговых печей ОАО «Северсталь» в вельц-комплексе ОАО «ЧЦЗ» / А.М. Паньшин, Л.И. Леонтьев, П.А. Козлов и др. // Экология и промышленность России. – 2014. – № 11. – С. 4–6. DOI: 10.18412/1816-0395-2012-11-4-6
  • Queneau, P.B. Recycling lead and zinc in the United States / P.B. Queneau, R. Leiby, R. Robinson // World of Metallurgy-ERZMETALL. – 2015. – Vol. 68. – P. 149.
  • Gamroth, M. SDHL waelz technology: state of the art for recycling of zinccontaining residues / M. Gamroth, K. Mager // Proceedings LEAD-ZINC ‘2010, TMS, Vacouver, Kanada. – 2010. – С. 861.
  • Снурников, А.П. Гидрометаллургия цинка / А.П. Снурников. – М.: Металлургия, 1981. – 384 с.
  • Кляйн, С.Э. Извлечение цинка из рудного сырья: учеб. / С.Э. Кляйн, П.А. Козлов, С.С. Набойченко. – Екатеринбург: Изд-во: УГТУ-УПИ, 2009. – 491 с.
  • Buarzaiga M. An investigation of the failure mechanisms of aluminum cathodes in zinc electrowinning cells: dis. – University of British Columbia, 1999. DOI: 10.14288/1.0078757
  • Егоров, В.В. Исследование и разработка технологии очистки растворов цинкового производства от фторид-ионов: дис. … канд. техн. наук: 05.16.02 / В.В. Егоров. – Екатеринбург, 2018.
  • Lashgari, M. Lead-silver anode degradation during zinc electrorecovery process: chloride effect and localized damage / M. Lashgari, F. Hosseini // Journal of Chemistry. – 2013. – Vol. 2013. DOI: 10.1155/2013/538462
  • Nyberg, J. Challenges for non-ferrous industry – less waste and recovering more metals / J. Nyberg // World of Metallurgy – ERZMETALL. – 2019. – Vol. 72, no. 3. – P. 158–166.
  • Working Experience on the New WOX Washing and Leaching Plant at ZGH Boleslaw SA, Poland / A. Selke, L. Stencel, M. Fatyga et al. // Proceedings of the 3rd Pan American Materials Congress. – Springer, Cham, 2017. – P. 661–668. DOI: 10.1007/978-3-319-52132-9_66
  • Асадулин, Р.Р. Освоение в ПАО «ЧЦЗ» технологии прокалки вельц-оксида / Р.Р. Асадулин, А.Е. Павлюк, О.В. Беляков // Цветные металлы. – 2020. – No. 5. – P. 43–50. DOI: 10.17580/tsm.2020.05.07
  • Comparison of oxidative roasting and alkaline leaching for removing chloride and fluoride from brass ashes / J.M. Martins, A.J.B. Dutra, M.B. Mansur, A.S. Guimarães // Hydrometallurgy. – 2021. DOI: 10.1016/j.hydromet.2021.105619
  • Промышленное применение СВЧ-нагрева / О. Морозов, А. Каргин, Г. Савенко и др. // Электроника: наука, технология, бизнес. – 2010. – № 3 (101). – С. 110–113.
  • Рахманкулов, Д.Л. Применение микроволнового излучения для сушки дерева и пиломатериалов / Д.Л. Рахманкулов, С.Ю. Шавшукова, И.Н. Вихарева // Башкирский химический журнал. – 2008. – Т. 15, № 1.
  • Microwave-assisted reduction of electric arc furnace dust with biochar: an examination of transition of heating mechanism / Q. Ye, Z. Peng, G. Li et al. // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. – 2019. – Vol. 7, no. 10. – P. 9515–9524. DOI: 10.1021/acssuschemeng.9b00959
  • Investigation on microwave carbothermal reduction behavior of low-grade pyrolusite / G. Chen, Y. Ling, Q. Li et al. // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol. 9, no. 4. – P. 7862–7869. DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.05.097
  • Pilot-scale study on enhanced carbothermal reduction of low-grade pyrolusite using microwave heating / K.Q. Li, J. Chen, J.H. Peng et al. // Powder Technology. – 2020. – Vol. 360. – P. 846–854. DOI: 10.1016/j.powtec.2019.11.015
  • Ушаков, А.О. Исследование процесса воздействия СВЧ-излучения на оксиды урана в воздушной и восстановительной атмосферах / А.О. Ушаков, О.А. Ожерельев // Известия высших учебных заведений. – 2021. – Т. 64, № 2-2.
  • Рыбаков, К.И. Эффекты воздействия электромагнитного поля в процессах высокотемпературной микроволновой обработки материалов: дис. … д-ра физ.-мат. наук / К.И. Рыбаков. – Н. Новгород: Институт прикладной физики Российской академии наук, 2013.
  • The Effects of Microwave-Assisted Leaching on the Treatment of Electric Arc Furnace Dusts (EAFD) / M. Laubertova, T. Havlik, L. Parilak et al. // Archives of Metallurgy and Materials. – 2020. – Vol. 65. DOI: 10.24425/amm.2020.131733
  • Bykov, Y.V. High-temperature microwave processing of materials / Y.V. Bykov, K.I. Rybakov, V.E. Semenov // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2001. – Vol. 34, no. 13. – P. R55. DOI: 10.1088/0022-3727/34/13/201
  • Microwave processing of materials and applications in manufacturing industries: a review / S. Singh, D. Gupta, V. Jain, A.K. Sharma // Materials and Manufacturing Processes. – 2015. – Vol. 30, no. 1. – P. 1–29. DOI: 10.1080/10426914.2014.952028
  • Быков, Ю.В. Микроволновая высокотемпературная обработка материалов / Ю.В. Быков, К.И. Рыбаков, В.Е. Семенов // Вакуумная СВЧ электроника: сборник обзоров. – 2002. – С. 26–33.
  • Освоение технологии прокалки вельц-оксида в трубчатой вращающейся печи / А.М. Дегтярев, Д.А. Ивакин, Ю.П. Шумилин, С.П. Майоров // Цветные металлы. – 2015. – № 5. – С. 31–35. DOI: 10.17580/tsm.2015.05.06
  • Ryazanov, A.G. Purification of Zinc Oxide from Chlorides Using Microwave Radiation / A.G. Ryazanov, A.V. Senin, D.M. Galimov // Key Engineering Materials. – Trans Tech Publications Ltd, 2021. – Vol. 887. – P. 172–177. – https://www.scientific.net/Paper/Preview/575577 (дата обращения: 08.04.2021).
Еще
Статья научная