Himičeskaâ fizikaHimičeskaâ fizikaХимическая физика0207-401XThe Russian Academy of Sciences67489910.31857/S0207401X23020164IXXXOZKinetics and mechanism of chemical reactions, catalysisКинетика и механизм химических реакций, катализUnknownPhysicochemical and Mass Transfer Processes when Samples from Fluxed Magnetite Iron Ore Concentrates are Heated in a Thermal PlantФизико-химические и массообменные процессы при нагреве образцов из офлюсованных магнетитовых железорудных концентратов в тепловых установкахYurievB. P.ЮрьевБ. П.yurev-b@mail.ruDudkoV. A.ДудкоВ. А.yurev-b@mail.ruYeltsin Ural Federal University, Yekaterinburg, RussiaУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина01022023422283628022025Copyright ©; 2023, Б.П. Юрьев, В.А. ДудкоCopyright ©; 2023, Б.П. Юрьев, В.А. Дудко2023Б.П. Юрьев, В.А. ДудкоБ.П. Юрьев, В.А. Дудкоhttps://transsyst.ru/0207-401X/article/view/674899

It is established that firing samples (granules) in a layer of fluxed magnetite iron ore concentrates are accompanied by complex physicochemical processes related to the oxidation of magnetite and the decomposition of carbonates. When they are heated, along with heat exchange processes, mass transfer processes also occur. These processes are interrelated and affect each other, as well as the degree of completion of the processes of oxidation and decarbonization in the layer. The oxidation mechanism of the samples containing magnetite is considered. A model of the mass transfer process for the period of decomposition of carbonates is refined. An equation is proposed that describes the kinetics of magnetite oxidation in samples upon heating for a more general form of boundary conditions. An equation is presented that makes it possible to determine the rate constant of the oxidation process depending on the characteristics of the heat-carrier gas and the properties of the material. A calculation procedure is developed to determine the diffusion coefficient of oxygen in the combustion products of various fuels. Experiments are carried out to study the kinetics of oxidation and decarbonization processes in a layer of granules on an experimental setup, which make it possible to simulate these processes in relation to different periods of their heat treatment in thermal plants and determine the mass transfer coefficients. This will make it possible to determine the degree of completion of processes by the height of the layer at the given values of the temperature and duration of firing.

Установлено, что обжиг образцов (гранул) в слое из офлюсованных магнетитовых железорудных концентратов сопровождается протеканием сложных физико-химических процессов, связанных с окислением магнетита и разложением карбонатов. При их нагреве наряду с теплообменными процессами протекают и массообменные. Эти процессы взаимосвязаны и оказывают влияние друг на друга, а также на степень завершенности процессов окисления и декарбонизации в слое. Рассмотрен механизм окисления образцов, содержащих магнетит. Уточнена модель процесса массообмена для периода разложения карбонатов. Предложено уравнение, описывающее кинетику окисления магнетита в образцах при нагреве для более общего вида краевых условий. Приведено уравнение, позволяющее определять константу скорости процесса окисления в зависимости от характеристик газа-теплоносителя и свойств материала. Разработана методика расчета коэффициента диффузии кислорода в продуктах сгорания различных топлив. Проведены эксперименты по изучению кинетики процессов окисления и декарбонизации в слое гранул на экспериментальной установке, позволяющие моделировать эти процессы в различные периоды их термообработки в тепловых установках и рассчитывать коэффициенты массообмена. Это позволит определять степени завершенности процессов по высоте слоя при заданных значениях температуры и продолжительности обжига.

fluxed magnetite samplesmagnetite oxidationcarbonate decompositionmass transferkineticsoxygen diffusion coefficientmass transfer coefficientsfiringtemperaturediffusionthermal installationsофлюсованные магнетитовые образцыокисление магнетитаразложение карбонатовмассообменкинетикакоэффициент диффузии кислородакоэффициенты массообменаобжигтемпературадиффузиятепловые установки.Королев В.Н. // Тепломассообмен. Екатеринбург: УГТУ–УПИ, 2006.Брюханов О.Н., Шевченко С.Н. // Тепломассообмен. М.: Инфра – М, 2012.Дульнев Г.Н. // Теория тепло- и массообмена. СПб.: НИУ ИТМО, 2012.Yang X.Y., Gong Z.Q., Liu F.L. // J. Cent. South Univ. Technol. 2004. V. 11. № 2. P. 152.Gao Q.J., Shen Y.S., Liu C.S. // J. Iron Steel Res. Intern. 2016. V. 23. № 10. P. 1007.Zhang H.Q., Fu J.T. // Intern. J. Miner. Metall. Mater. 2017. V. 24. № 6. P. 603.Zhang H.Q., Fu J.T., Guo Z.Q. // J. Wuhan Univ. Technol. Mater. Sci. Ed. 2018. V. 33. № 6. P. 1516.Liang R.Q., Yang S., He J.C. // J. Iron Steel Res. Intern. 2013. V. 20. № 9. P. 16.Петров Л.В., Соляников В.М. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 11. С. 9.Шайтура Н.С., Ларичев М.Н. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 9. С. 18.Рязанов А.А., Рахимов Р.З., Винниченко В.И. и др. // Строит. материалы. 2020. № 3. С. 54.Фрумина Н.С., Кручкова Е.С., Муштакова С.П. // Аналитическая химия кальция. Сер. Аналитическая химия элементов. М.: Наука, 1974.Колобердин В.И., Боброва Н.С. // Химия и хим. технология. 2005. Т. 48. Вып. 1. С. 81.Голубев В.О., Белоглазов И.Н. // Записки Горного института. 2006. Т. 169. С. 104.Манташян А.А. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 4. С. 18.Кольцов Н.И. // Хим. физика. 2021, Т. 40. № 11. С. 3.Eriksson A., Andersson C., Semberg P. // ISIJ Intern. 2021. V. 61. № 5. P. 1439.Kumar T.K.S., Viswanathan N.N., Bjorkman B. // Metall. Mater. Trans. B. 2019. V. 50. № 1. P. 162.Sardari A., Alamdari E.K., Toncaboni S.Z. et al. // Intern. J. Miner. Metall. Mater. 2017. V. 24. № 5. P. 486.Кафаров В.В. Основы массопередачи. М.: Высш. шк., 1962.Абзалов В.М., Горбачев В.А., Евстюгин С.Н. и др. Физико-химические и теплотехнические основы производства железорудных окатышей. / Под ред. акад. Леонтьева Л.И. Екатеринбург: МИЦ, 2015.Эдстрем И.О. // Пробл. современной металлургии. 1958. № 1. С. 3.Юрьев Б.П., Брук Л.Б., Спирин Н.А. и др. Основы теории процессов при обжиге железорудных окатышей. Нижний Тагил: НТИ (филиал) УрФУ, 2018.Берман Ю.А., Марков А.Д. // Изв. вузов. Черн. металлургия. 1971. № 1. С. 31.Ball D.F., Buler F.G., Ratter H. // Iron and Steel. 1966. V. 39. № 4. P. 150.Фон Богданди Л., Энгель Г.Ю. Восстановление железных руд. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1971.Братчиков С.Г., Берман Ю.А., Белоцерковский Я.Л. и др. Теплотехника окускования железорудного сырья. М.: Металлургия, 1970.Копырин И.А., Перминов Н.И., Борц Ю.М. // Изв. вузов. Черн. металлургия. 1970. № 6. С. 28.Похвиснев А.Н., Савельев Б.А. // Сталь. 1958. № 2. С. 105.Юсфин Ю.С., Базилевич Т.Н., Савицкая Л.Ю. // Изв. вузов. Черн. металлургия. 1968. № 9. С. 31.Есин О.А., Гельд П.В. // Физическая химия пирометаллургических процессов. Т. 1. М.: Металлургиздат, 1950.