МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБРАЗОВАНИЯ И ДВИЖЕНИЯ АНИОННЫХ ВАКАНСИЙ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ МЕТАЛЛОВ В КОМПЛЕКСНЫХ ОКСИДАХ
Аннотация
Предложено математическое описание процесса образования и движения анионных вакансий при восстановлении металлов в комплексных оксидах с позиции диффузионных и тепловых процессов, протекающих в фазах восстановителя и оксида, а также химических реакций на поверхности раздела фаз.
Рассмотрена система, состоящая из сферической частицы руды, находящейся в атмосфере газообразного восстановителя. Частица руды представляет собой гомогенный газонепроницаемый комплексный оксид следующего компонентного состава: O, Fe, Si, Mg. Газовая фаза состоит из двух компонентов – СО и СО2. Поверхность рудной частицы является непроницаемой для компонентов обеих фаз. Восстановитель не может проникать внутрь куска, и все обменные процессы протекают на границе раздела.
Для фазы рудной частицы составлены уравнения теплопроводности, а также уравнения диффузии компонентов фазы. Для газовой фазы, окружающей частицу, также составлены уравнения теплопроводности и диффузии реагентов с учетом изменения размеров частицы. Для поверхности раздела получено уравнение теплопередачи, связывающее тепловые потоки из обеих фаз к поверхности раздела с тепловым эффектом химических реакций. Кроме того, получены уравнения массопереноса компонентов рудной фазы, связывающие удаление атомарного кислорода с поверхности раздела с подводом его к поверхности раздела из глубины рудной частицы. Составлены уравнения массопереноса компонентов газовой фазы, связывающие подвод реагентов к поверхности раздела фаз с расходом их на поверхности. Учтено влияние основных физико-химических параметров на скорость образования и движения восстановительных вакансий. Составлена математическая модель.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Kapelyushin Y.E., Xing X., Zhang J., Jeong S., Sasaki Y., Ostrovski O. Effect of Alumina on the Gaseous Reduction of Magnetite in CO/CO2 Gas Mixtures. Metallurgical and Materials Transactions B, 2015, vol. 46, no. 3, pp. 1175–1185. DOI: 10.1007/s11663-015-0316-z
Kapelyushin Y.E, Sasaki Y., Zhang J., Jeong S., Ostrovski O. In-Situ Study of Gaseous Reduction of Magnetite Doped with Alumina Using High-Temperature XRD Analysis. Metallurgical and Materials Transactions B, 2015, vol. 46, no. 6, pp. 2564–2572. DOI: 10.1007/s11663-015-0437-4
Kapelyushin Y.E, Sasaki Y., Zhang J., Jeong S., Ostrovski O. Effects of Temperature and Gas Composition on Reduction and Swelling of Magnetite Concentrates. Metallurgical and Materials Transactions B, 2016, vol. 47, no. 4, pp. 2263–2278. DOI: 10.1007/s11663-016-0719-5
Roshchin V.E., Salikhov S.P., Povolotskiy A.D. [Solid-Phase Pre-Reduction of Iron as a Basis of Non-Waste Technologies of Processing Complex Ores and Industrial Waste]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy, 2016, vol. 16, no. 4, pp. 78–86. (in Russ.) DOI: 10.14529/met160408
Roshchin V.E., Roshchin A.V., Akhmetov K.T., Salikhov S.P. Role of a Silicate Phase in the Reduction of Iron and Chromium and Their Oxidation with Carbide Formation During the Manufacture of Carbon Ferrochrome. Russian Metallurgy (Metally), 2016, vol. 2016, no. 11, pp. 1092–1099. DOI: 10.1134/S0036029516090123
Kapelyushin Y.E, Sasaki Y., Zhang J., Jeong S., Ostrovski O. Formation of a Network Structure in the Gaseous Reduction of Magnetite Doped with Alumina. Metallurgical and Materials Transactions B, 2017, vol. 48, no. 2, pp. 889–899. DOI: 10.1007/s11663-016-0897-1
Salikhov S.P., Roshchin A.V., Roshchin V.E. Theoretical Aspects of Pyrometallurgical Processing of Sideroplesite Ore. Chernye Metally, 2018, no. 8, pp. 13–18.
Roshchin V.E., Roshchin A.V. Physics of the Solid-Phase Oxidation and Reduction of Metals. Russian Metallurgy (Metally), 2015, no. 3, pp. 19–25. DOI: 10.1134/S0036029515050146
Drozin A.D. Rost mikrochastits produktov khimicheskikh reaktsiy v zhidkom rastvore [The Growth of Microparticles of Products of Chemical Reactions in a Liquid Ssolution]. Chelyabinsk, South Ural St. Univ. Publ., 2007. 57 p.
Gamov P.A., Drozin A.D., Dudorov M.V., Roshchin V.E. Model for Nanocrystal Growth in an Amorphous Alloy. Russian Metallurgy, 2012, vol. 2012, no. 11, pp. 1002–1005. DOI: 10.1134/S0036029512110055
Yaparova N.M., Drozin A.D. Method for Internal Heat Source Identification in a Rod Based on Indirect Temperature Measurements. Ural Conference on Measurements (UralCon), 2017, pp. 93–98. DOI: 10.1109/URALCON.2017.8120693
Drozin A.D. Calculating of the True Sizes and the Numbers of Spherical Inclusions in Metal. Metallography, Microstructure, and Analysis, 2017, vol. 6, no. 3, pp. 240–246. DOI: 10.1007/s13632-017-0354-9
Roshchin V.E., Roshchin A.V. [Physical Interpretation of the Theory of Reduction / Oxidation of Metals]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy, 2016, vol. 16, no. 4, pp. 29–39. DOI: 10.14529/met160404
Roshchin A.V., Roshchin V.E., Salikhov S.P. [Transformation of an Ionic Chemical Bond into a Metal when Metals are Reduced]. XX Mendeleyevskiy s”yezd po obshchey i prikladnoy khimii [XX Mendeleev Congress on General and Applied Chemistry]. 2016, vol. 3, pp. 109–110. (in Russ.)
Bilgenov A.S., Kapelyushin Y., Gamov P.A. Statistical Analysis of Metal Particles Forming during Reduction of Oxides with Low Iron Content. Solid State Phenomena, 2018, vol. 284, pp. 673–678. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.284.673
DOI: http://dx.doi.org/10.14529/met180402
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.
