Изучение кинетики окисления сульфидного цинкового концентрата в печи кипящего слоя

Владимир Александрович Мунц, Светлана Анатольевна Ивакина, Дмитрий Банзарагцаевич Чойнзонов

Аннотация


С целью оптимизации работы печи кипящего слоя для обжига сульфидных цинковых концентратов, в частности, экономии кислорода на дутье, необходимо моделирование тепловых процессов. Для этого в лабораторных условиях изучена кинетика окисления шихты и основных ее компонентов – сфалерита и пирита. Проведенные на приборе синхронного термического анализа NETZSCH STA 449 F3 эксперименты показали, что реакции окисления сульфидов цинка и железа кислородом протекают во внутрикинетической области. При массе образца 10 мг толщина слоя реагирующего вещества меньше глубины проникновения кислорода в слой, поэтому можно использовать выражение для изменения массы одиночной частицы. Это позволило получить эмпирическую зависимость для определения константы скорости химического реагирования при обжиге цинкового концентрата для дальнейшего расчета газообразования в кипящем слое.

Также получено распределение концентрации кислорода по высоте слоя шихты и рассчитано среднее значение действующей концентрации кислорода в зависимости от толщины слоя реагирующего вещества.

Анализ газообразования в кипящем слое при обжиге цинкового концентрата с использованием полученных констант скоростей химического реагирования позволил получить выражение для определения удельного расхода обжигаемого цинкового концентрата в зависимости от концентрации кислорода в дутье.


Ключевые слова


цинковый концентрат; шихта; константа скорости химического реагирования; газообразование; кипящий слой; глубина проникновения реакции; удельная поверхность реагирования

Полный текст:

PDF

Литература


Naboychenko S.S. (Ed.), Ageev N.G., Karelov S.V., Mamyachenkov C.V., Sergeev V.A. Protsessy i apparaty tsvetnoy metallurgii: uchebnik [Processes and Apparatuses of Non-Ferrous Metallurgy: Tutorial]. Ekaterinburg, Izdatelstvo Uralskogo universiteta Publ., 2013. 564 p.

Marchenko N.V., Vershinina E.P., Gildenbrandt E.M. Metallurgiya tyazhelykh tsvetnykh metallov [Metallurgy of Heavy Non-Ferrous Metals]. Krasnoyarsk, IPK SFU Publ., 2009. 394 p.

Simultaneous Thermal Analysis (Thermogravimetry and DSC). NETZSCH-Gerätebau GmbH. Available at: https://www.netzsch-thermal-analysis.com/ru/produkty-reshenija/sinkhronnyi-termicheskii-analiz/ (accessed 01.06.2017).

Munts V.A., Ivakina S.A. [Using Coal Burning Regularities for Description of Zinc Concentrates Annealing in Fluidized Bed]. IX Vserossiyskaya konferentsiya s mezhdunarodnym uchastiem “Gorenie topliva: teoriya, eksperiment, prilozheniya” [IX All-Russian Conference with International Participation “Fuel Burning: Theory, Experiment, Applications”]. Novosibirsk, 16–18 November 2015. (in Russ.)

Novitskiy P.V., Zograf I.A. Otsenka pogreshnostey rezul'tatov izmereniy [Assessment of Uncertainites of Measuring Results]. Leningrad, Energoatomizdat Publ., 1991. 304 p.

Munts V.A., Ivakina S.A., Terentev V.M. [Gas Generation During Zinc Concentrate Annealing]. Tsvetnye Metally [Non-Ferrous Metals]. 2017, no. 2, pp. 40–45 (in Russ.) DOI: 10.17580/tsm.2017.02.06

Munts V.A., Ivakina S.A. [Determination of Kinetic Characteristics of Zinc Sulfide Oxidation]. Mezhdunarodnyy soyuz uchenykh “Nauka. Tekhnologii. Proizvodstvo” [International Union of Scientists “Science. Technologies. Production”]. 2015, no. 3 (7), part 2, pp. 34–37. (in Russ.)

Panshin A.M., Kozlov P.A., Terentev V.M. [Kinetics of Oxidation of Sulfide Zinc Concentrates]. Tsvetnye Metally [Non-Ferrous Metals]. 2014, no. 2, pp. 34–37. (in Russ.)

Heukelman, S, Groot D. Fluidized Bed Roasting of Micro-pelletized Zinc Concentrate: Part II – Particle Entrainment and Residence Time. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2011, vol. 111, pp. 767–772.

Savinova, Y.A., Popov V.A., Portov A.B., Tsemekhman L.S. Roasting of a Sulfide Polymetallic Concentrate in a Fluidized Bed Furnace. Russian Metallurgy (Metally), 2014, vol. 2014, pp. 351–357. DOI: 10.1134/S0036029514050115

Maffei, T., Khatami R., Pierucci S., Faravelli T., Ranzi E., Levendis Y.A. Experimental and Modeling Study of Single Coal Particle Combustion in O2/N2 and Oxy-fuel (O2/CO2) Atmospheres. Combustion and Flame, 2013, vol. 160, pp. 2559–2572. DOI: 10.1016/j.combustflame.2013.06.002

Prins, W. Fluidised Bed Combustion of a Single Carbon Particle. The Netherlands, Quick Service Drukkerij Enschede, 1987. 258 p.

Parveen, F., Briens C., Berruti F., McMillan J. Effect of Particle Size, Liquid Content and Location

on the Stability of Agglomerates in a Fluidized Bed. Powder Technology, 2013, vol. 237, pp. 376–385. DOI: 10.1016/j.powtec.2012.12.021

Kantorovich B.V. Osnovy teorii goreniya i gazifikatsii tverdogo topliva [Basis of Theory of Burning and Gasification of Solid Fuel]. Moscow, Izdatelstvo AN SSSR Publ., 1958. 598 p.

Feng, B., Jensen A., Bhatia S.K., Dam-Johansen K. Activation Energy Distribution of Thermal Annealing of a Bituminous Coal. Energy and Fuels, 2003, vol. 17(2), pp. 399–404. DOI: 10.1021/ef020108v

Miura, K., Maki T. A Simple Method for Estimating f(E) and k0(E) in the Distributed Activation Energy Model. Energy and Fuels, 1998, vol. 12, pp. 864–869. DOI: 10.1021/ef970212q

Babiy V.I., Kuvaev Yu.F. Gorenie ugol'noy pyli i raschet pyleugol'nogo fakela [Combustion of Coal Dust and Calculation of Pulverized Coal Flare]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1986. 208 p.

Khitrin, L.N. Fizika goreniya i vzryva [Physics of Combustion and Explosion]. Moscow, Izdatel'stvo Moskovskogo universiteta Publ., 1957. 452 p.

Liu, G.-W., Dong P., Han Y.-F., Bie R.-S. Experimental Study on Combustion Characteristics of Coals under Enriched-Oxygen Condition by Thermo-Gravimetric Analysis. Harbin Gongye Daxue Xuebao/Journal of Harbin Institute of Technology, 2011, vol. 43, pp. 104–108.

Fan, S.Y., Qiu Z., Gao J.B. Experimental Research of Rich Oxygen Content on Improving Combustion Characteristics of Pulverized Coal. Journal of Xi’an Jiaotong University, 2006, vol. 40, no.1, pp. 18–21.

Constantineau, J.P., Bouffard S.C., Grace J.R., Richards G.G., Lim C.J. Demonstration of the Conditions Conducive to Agglomeration of Zinc Calcine in Fluidized Bed Roasters. Minerals Engineering, 2011, vol. 24, pp. 1409–1420. DOI: 10.1016/j.mineng.2011.06.002

Munts V.A., Baskakov A.P., Ashikhmin A.A. [Gas Generation Calculations During Solid Fuel Burning in Fluidized Bed]. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal [Engineering and Physical Journal]. 1988, vol. 54, no. 3,

pp. 432–438. (in Russ.)

Khzmalyan, D.M. Teoriya topochnykh protsessov [Theory of Furnace Processes]. Moscow, Energo-atomizdat Publ., 1990. 352 p.

Zhang, L., Li J., Hu Q., Hu C., Li H. Control of Mean Residence Time Difference for Particles with Wide Size Distribution in Fluidized Beds. Powder Technology, 2017, vol. 312, pp. 270–276. DOI: 10.1016/j.powtec.2017.02.052




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power170304

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.