Особенности электропроводности и структуры фосфоритов при высокотемпературном нагреве

Авторы

Бобков В. И.

Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Смоленске, Энергетический пр-д, 1, Смоленск, Смоленская обл., 214013

e-mail: vovabobkoff@mail.ru

Аннотация

Исследуются особенности электропроводности и дилатометрических характеристик термически активируемых процессов, протекающих в фосфатном сырье при термической подготовке и возгонке желтого фосфора в рудно-термических печах. Представлены результаты экспериментальных исследований зависимостей электропроводности от суммы концентраций CaO, MgO и SiO₂ и относительных удлинений от температуры. Они служат для моделирования и количественных расчетов электротермических аппаратов, а также при разработке новых химико-энерготехнологических систем термической обработки фосфатного сырья. Разработанный, сравнительно простой и точный, метод определения электропроводности может быть использован в исследованиях структуры и состава фосфоросодержащих руд и пород, а также при изучении физико-химических превращений, происходящих в них при нагреве.

Выявлено существенное влияние примесей на электропроводность. Установлено, что характер температурной зависимости термического расширения в значительной степени зависит от состава фосфоросодержащих руд и пород, с повышением содержания карбонатов деформации в высокотемпературной области увеличиваются. Фосфориты с высоким естественным модулем кислотности переходят в расплав, непрерывно увеличивая свои размеры, что обусловлено совмещением температурных диапазонов термической декарбонизации основного фосфатного вещества и образованием существенных в количественном отношении жидких фаз. Переработка в фосфорной печи кусковых фосфоритов с высоким естественным модулем кислотности вызывает явления, отрицательно влияющие на устойчивость работы печи. Вспучивание зерен перед переходом в расплав снижает порозность слоя и ухудшает условия выхода газообразных продуктов из зоны реакции и может способствовать образованию газопроницаемого «свода», нарушающего теплообмен в электропечи и затрудняющего сход шихты в зону реакции. Термическая переработка фосфоритов с высоким естественным модулем кислотности в рудно-термической печи сопровождается значительными термическими расширениями, уплотнением слоя шихты, появлением электропроводного слоя в верхней зоне фосфорной рудно-термической печи и, как следствие, образованием паразитной цепи тока, прогоранием оболочки электродов под зоной расплава и их обрывом, прогреванием оболочки печи.

Ключевые слова

моделирование, тепломассообмен, электропроводность, температурное расширение, спекание, кинетика, фосфорит

Библиографический список

1. Пак М.И., Панченко С.В., Стояк В.В., Панченко А.И. Комплекс свойств фосфоритного сырья для оптимизации теплотехнологических процессов производства желтого фосфора. В сб. Интенсификация процессов химических производств. Алма-Ата: КазПТИ, 1988. С. 117–120.

2. Талхаев М.П., Борисова Л.И., Сухарников Ю.И., Гальперина С.Я. Производство фосфоритовых окатышей. Алма-Ата: Наука, 1989. 312 с.

3. Богатырев А.Ф., Панченко С.В. Математические модели в теплотехнологии фосфора. М.: МЭИ, 1996. 264 с.

4. Юсфин Ю.С., Пашков Н.Ф., Антоненко Л.К., Жак Р.М., Майзель Г.М., Базилевич Т.Н. Интенсификация производства и улучшение качества окатышей. М.: Металлургия, 1994. 240 с.

5. Бобков В.И. Исследование технологических процессов в обжиговых машинах конвейерного типа // Электрометаллургия. 2015. № 12. С. 2–9.

6. Бобков В.И. Ресурсосбережение в электротермии при подготовке сырья на обжиговых машинах конвейерного типа // Электрометаллургия. 2015. № 7. С. 26–34.

7. Юсфин Ю.С., Каменов А.Д., Буткарев А.П. Управление окускованием железорудных материалов. М.: Металлургия, 1990. 280 с.

8. Bobkov V.I., Borisov V.V., Dli M.I., Meshalkin V.P. Modeling the calcination of phosphorite pellets in a dense bed // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2015. V. 49. N 2. P. 176–182.

9. Бобков В.И. Исследование технологических и тепло-массообменных процессов в плотном слое дисперсного материала // Тепловые процессы в технике. 2014. Т. 6. № 3. С. 139–144.

10. Luis P., Van der Bruggen B. Exergy analysis of energy-intensive production processes: Advancing towards a sustainable chemical industry // Journal of Chemical Technology and Biotechonology. 2014. V. 89. N 9. P. 1288–1303.

11. 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.

12. Бобков В.И. Моделирование термически активируемых процессов обжига окомкованного сырья // Тепловые процессы в технике. 2016. Т. 8. № 1. С. 42–47.

13. Panchenko S.V., Shirokikh T.V. Thermophysical processes in burden zone of submerged arc furnaces // Theoretical Foundation of Chemical Engineering. 2014. V. 48. N 1. P. 77–81.

14. Bobkov V.I., Dli M.I., Fedulov A.S. Chemical and technological thermally activated process research of roasting pellets in dense bed of conveyor indurating machine // Solid State Phenomena. 2017. V. 265. P. 925–930.

15. Pancnehko S. V., Dli M. I., Bobkov V. I., Panchenko D. S. Problems of analysis of thermal physic processes in a reaction zone of electro thermal reactor // Non-ferrous Metals. 2017. 42(1). P. 36–42.

16. Pancnehko S. V., Dli M. I., Bobkov V. I., Panchenko D. S. Certain of the thermal physics problems of reducing processes in chemical electro thermal reactors // Non-ferrous Metals. 2017. 42(1). P. 43–48.

17. Meshalkin V.P., Bobkov V.I., Dli M.I., Khodchenko S.M. Computer-aided modeling of the chemical process of drying of a moving dense multilayer mass of phosphorite pellets // Doklady Chemistry. 2017. V. 475(2). P. 188–191.

18. Meshalkin V.P., Men’shikov V.V., Panchenko S.V., Panchenko D.S, Kazak A.S. Computer-aided simulation of heat- and mass-transfer processes in an ore-reduction electro thermal reactor // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2015. V. 49. N 5. P. 55–60.

19. Pancnehko S.V., Dli M.I., Borisov V.V., Panchenko D.S. Analysis of thermal physic processes in near-electrode zone of electro thermal reactor // Non-ferrous Metals. 2016. N 2. P. 57–64.

20. Panchenko S.V., Meshalkin V.P., Dli M.I., Borisov V.V. Computer-visual model of thermos physical processes in electro thermal reactor // Non-ferrous Metals. 2015. N 4. P. 55–60.

21. Meshalkin V.P., Kolesnikov V.A., Desyatov A.V., Milyutina A.D., Kolesnikov A.V. Physicochemical efficiency of electroflotation of finely divided carbon nanomaterial from aqueous solutions containing surfactants // Doklady Chemistry. 2017. V. 476 (1). P. 219–222.

Скачать статью