Кинетика процесса удаления хлоридов из вельц-окиси при нагреве под действием электромагнитного излучения

Автор: Рязанов Андрей Геннадьевич, Сенин Анатолий Владимирович, Шунайлов Андрей Владимирович, Барышев Иван Сергеевич, Михайлов Геннадий Георгиевич, Вяткин Герман Платонович

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

Рубрика: Металлургия чёрных, цветных и редких металлов

Статья в выпуске: 3 т.21, 2021 года.

Бесплатный доступ

Мировое потребление оцинкованных продуктов приводит к росту объёма цинксодержащих отходов. Цинксодержащие отходы могут быть переработаны в цинковом производстве в виде вторичного цинксодержащего сырья. При переработке вторичного цинкового сырья традиционными методами образуется вельц-окись. Вельц-окись подлежит предварительной обработке прокаливанием при температуре около 1000 °С с целью удаления хлоридов. Развитие технологий и оборудования открывает новые возможности для нагрева и прокаливания вельц-окиси. Под действием электромагнитного излучения многие диэлектрические материалы нагреваются в соответствии с законом Джоуля - Ленца. Нагрев и прокаливание вельц-окиси под действием электромагнитного излучения является инновационным методом для использования в металлургии. Высокая скорость нагрева, селективная обработка материала и отсутствие продуктов сгорания топлива являются основными преимуществами процесса нагрева и прокаливания электромагнитным излучением. Для проведения исследований по нагреву вельц-окиси под действием электромагнитного излучения разработана опытно-лабораторная микроволновая установка. Опытно-лабораторная микроволновая установка оснащена модулем автоматического управления на базе микроконтроллера Arduino для поддержания установленной температуры и продолжительности прокаливания. На опытно-лабораторной установке изучена кинетика процесса удаления хлоридов из вельц-окиси при нагреве под действием электромагнитного излучения. Подтверждена возможность нагрева и прокаливания вельц-окиси под действием электромагнитного излучения. В работе изучены длительности нагрева вельц-окиси до температур 600, 700, 800, 900 и 1000 °С. Длительность нагрева вельц-окиси до температур 600 и 1000 °С возрастает с 80 до 164 с при массе образца 30 г. Изучено влияние температуры и длительности прокаливания на эффективность удаления хлоридов из вельц-окиси. При температуре 600 °С и длительности выдержки до 150 с эффективность удаления хлоридов составила 30 %, содержание хлора в прокаленном образце 0,70 мас. %. При нагреве до температуры 1000 °С и длительности выдержки до 600 с эффективность удаления хлоридов увеличивается до 96,4 %, остаточное содержание хлора в прокаленной вельц-окиси 0,04 мас. %. Обработка экспериментальных данных в соответствии с уравнением Яндера показывает, что процесс удаления хлоридов реализуется в диффузионном режиме. Кажущаяся энергия активации процесса удаления хлоридов из вельц-окиси при нагреве электромагнитным излучением составила 66,3 кДж/моль.

Еще

Вельц-окись, цинксодержащие материалы, хлориды, микроволновой нагрев, микроволновое прокаливание, электромагнитное излучение

Короткий адрес: https://readera.org/147235286

IDR: 147235286   |   DOI: 10.14529/met210303

Список литературы Кинетика процесса удаления хлоридов из вельц-окиси при нагреве под действием электромагнитного излучения

  • 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: 04.07.2021).
  • 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
  • Grudinsky, P.I. Copper smelter dust is a promising material for the recovery of nonferrous metals by the Waelz process / P.I. Grudinsky, V.G. Dyubanov, P.A. Kozlov // Inorganic Materials: Applied Research. – 2019. – Vol. 10, no. 2. – P. 496–501. DOI: 10.1134/S2075113319020175
  • 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
  • Maccagni M., Nielsen J. C.Z.O. Treatment: Wash and Sulphate EW or Directly to EZINEX®? // 2011-Sustainable Industrial Processing Summit. – Flogen Star Outreach, 2012. – Vol. 6.
  • Martins, F.M. Mineral phases of weathered and recent electric arc furnace dust / F.M. Martins, J.M. dos Reis Neto, C.J. da Cunha // Journal of hazardous materials. – 2008. – Vol. 154, no. 1-3. – P. 417–425. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.10.041
  • Асадулин, Р.Р. Освоение в ПАО «ЧЦЗ» технологии прокалки вельц-окисида / Р.Р. Асадулин, А.Е. Павлюк, О.В. Беляков // Цветные металлы. – 2020. – № 5. – С. 43–50. DOI: 10.17580/tsm.2020.05.07
  • Ryazanov, A.G. The Study of the Melting of Waelz Oxide with an Increase in the Temperature of the Calcination Process / A.G. Ryazanov, A.V. Senin, V.D. Nasonov // Solid State Phenomena. – Trans Tech Publications Ltd, 2021. – Vol. 316. – P. 705–710. – https://www.scientific.net/Paper/Preview/561706 (дата обращения: 08.04.2021).
  • Buarzaiga M. An investigation of the failure mechanisms of aluminum cathodes in zinc electrowinning cells: diss. – 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. – Б. и., 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 // 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 S.A., 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
  • 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. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.887.172
  • 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.
  • Omran, M. Selective zinc removal from electric arc furnace (EAF) dust by using microwave heating / M. Omran, T. Fabritius, E.P. Heikkinen // Journal of Sustainable Metallurgy. – 2019. – Vol. 5, no. 3. – P. 331–340. DOI: 10.1007/s40831-019-00222-0
  • Omran, M. Improved removal of zinc from blast furnace sludge by particle size separation and microwave heating / M. Omran, T. Fabritius // Minerals Engineering. – 2018. – Vol. 127. – P. 265–276. DOI: 10.1016/j.mineng.2018.08.002
  • Omran, M. Treatment of blast furnace sludge (BFS) using a microwave heating technique / M. Omran, T. Fabritius // Ironmaking & Steelmaking. – 2017. – Vol. 44, no. 8. – P. 619–629. DOI: 10.1080/03019233.2016.1224032
  • Lee, J. Metal recovery from industrial wastes by microwave heating / J. Lee, S. Cho, E. Kim // Proceeding of 3rd International Conference on Process Development in Iron and Steelmaking. – 2008. – P. 547–550.
  • The Effects of Microwave-Assisted Leaching on the Treatment of Electric Arc Furnace Dusts (EAFD) / M. Laubertova et al. // Archives of Metallurgy and Materials. – 2020. – Vol. 65. DOI: 10.24425/amm.2020.131733
  • Исследование процесса воздействия электромагнитного поля СВЧ на нагрев цинксодержащих продуктов / А.Г. Рязанов, К.К. Казбекова, И.С. Барышев и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». – 2021. – Т. 21, № 2. – С. 5–17. DOI: 10.14529/met210201
Еще
Статья научная