Изучение кинетики окисления сульфидного цинкового концентрата в печи кипящего слоя
Автор: Мунц Владимир Александрович, Ивакина Светлана Анатольевна, Чойнзонов Дмитрий Банзарагцаевич
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Рубрика: Теплоэнергетика
Статья в выпуске: 3 т.17, 2017 года.
Бесплатный доступ
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.
Цинковый концентрат, шихта, константа скорости химического реагирования, газообразование, кипящий слой, глубина проникновения реакции, удельная поверхность реагирования
Короткий адрес: https://sciup.org/147158411
IDR: 147158411 | УДК: 66.096.5-932.2 | DOI: 10.14529/power170304
Study of sulphide zinc concentrates oxidation kinetics in the fluidized bed furnace
In order to optimize the operation of the fluidized bed furnace for annealing sulphide zinc concentrates, in particular, to save oxygen for blowing, it is necessary to model thermal processes. For this purpose, the oxidation kinetics of the charge and its basic components - zinc and iron sulfides - was studied under laboratory conditions. The experiments were carried out with the simultaneous thermal analysis tool NETZSCH STA 449 F3; they showed that oxidation reactions of zinc and iron sulfides with oxygen proceed in the intrakinetic region. At the sample weight of 10 mg, the thickness of the reactant layer is less than the penetration depth of oxygen into the layer. Therefore, the expression for the change of a single particle mass can be used. It allowed one to obtain the empirical dependence for determining the reaction velocity constant during zinc concentrate annealing for further calculation of the gas generation in the fluidized bed. The authors also obtained the distribution of the oxygen concentration along the height of the charge layer and calculated the average value of the effective oxygen concentration as a function of the reactant layer thickness. The gas generation analysis in the fluidized bed during zinc concentrate annealing with the use of the obtained constants of chemical reaction velocities allowed one to obtain the formula to determine the specific consumption of the annealed zinc concentrate depending on the oxygen concentration in blowing.
Список литературы Изучение кинетики окисления сульфидного цинкового концентрата в печи кипящего слоя
- Процессы и аппараты цветной металлургии: учеб./С.С. Набойченко, Н.Г. Агеев, С.В. Карелов и др.; под общ. ред. С.С. Набойченко. -Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2013. -564 с.
- Марченко, Н.В. Металлургия тяжелых цветных металлов/Н.В. Марченко, Е.П. Вершинина, Э.М. Гильденбрандт. -Красноярск: ИПК СФУ, 2009. -394 с.
- Синхронный термический анализ (Термогравиметрия и ДСК)//NETZSCH-Gerätebau GmbH. -https://www.netzsch-thermal-analysis.com/ru/produkty-reshenija/sinkhronnyi-termicheskii-analiz/(дата обращения: 01.06.2017).
- Мунц, В.А. Использование закономерностей выгорания углей для описания обжига цинковых концентратов в кипящем слое/В.А. Мунц, С.А. Ивакина//IX Всероссийская конференция с международным участием «Горение топлива: теория, эксперимент, приложения». Новосибирск, 16-18 ноября 2015. -Новосибирск, 2015.
- Новицкий, П.В. Оценка погрешностей результатов измерений/П.В. Новицкий, И.А. Зограф. -Л.: Энергоатомиздат, 1991. -304 с.
- Мунц, В.А. Газообразование при обжиге цинкового концентрата в кипящем слое/В.А. Мунц, С.А. Ивакина, В.М. Терентьев//Цветные металлы. -2017. -№ 2. -С. 40-45 DOI: 10.17580/tsm.2017.02.06
- Мунц, В.А. Определение кинетических характеристик окисления сульфида цинка/В.А. Мунц, С.А. Ивакина//Международный союз ученых «Наука. Технологии. Производство». -2015. -№ 3 (7), ч. 2. -С. 34-37.
- Паньшин, А.М. Кинетика окисления сульфидных цинковых концентратов/А.М. Паньшин, П.А. Козлов, В.М. Терентьев//Цветные металлы. -2014. -№ 2. -С. 34-37.
- Heukelman, S. Fluidized bed roasting of micro-pelletized zinc concentrate: Part II -Particle entrainment and residence time/S. Heukelman, D. Groot//Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. -2011. -Vol. 111. -P. 767-772.
- Roasting of a sulfide polymetallic concentrate in a fluidized bed furnace/Y.A. Savinova, V.A. Popov, A.B. Portov, L.S. Tsemekhman//Russian Metallurgy (Metally). -2014. -Vol. 2014. -P. 351-357 DOI: 10.1134/S0036029514050115
- Experimental and modeling study of single coal particle combustion in O2/N2 and Oxy-fuel (O2/CO2) atmospheres/T. Maffei, R. Khatami, S. Pierucci et al.//Combustion and Flame. -2013. -Vol. 160. -P. 2559-2572 DOI: 10.1016/j.combustflame.2013.06.002
- Prins, W. Fluidised bed combustion of a single carbon particle/W. Prins. -The Netherlands, Quick Service Drukkerij Enschede, 1987. -258 p.
- Effect of particle size, liquid content and location on the stability of agglomerates in a fluidized bed/F. Parveen, C. Briens, F. Berruti, J. McMillan//Powder Technology. -2013. -Vol. 237. -P. 376-385 DOI: 10.1016/j.powtec.2012.12.021
- Канторович, Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива/Б.В. Канторович. -М.: Издательство АН СССР, 1958. -598 с.
- Feng, B. Activation energy distribution of thermal annealing of a bituminous coal/B. Feng, A. Jensen, S.K. Bhatia, K. Dam-Johansen//Energy and Fuels. -2003. -Vol. 17(2). -P. 399-404 DOI: 10.1021/ef020108v
- Miura, K. A simple method for estimating f(E) and k0(E) in the distributed activation energy model/K. Miura, T. Maki//Energy and Fuels. -1998. -Vol. 12. -P. 864-869 DOI: 10.1021/ef970212q
- Бабий, В.И. Горение угольной пыли и расчет пылеугольного факела/В.И. Бабий, Ю.Ф. Куваев. -М.: Энергоатомиздат, 1986. -208 с.
- Хитрин, Л.Н. Физика горения и взрыва/Л.Н. Хитрин. -М.: Изд-во Московского ун-та, 1957. -452 с.
- Experimental study on combustion characteristics of coals under enriched-oxygen condition by thermo-gravimetric analysis/G.-W. Liu, P. Dong, Y.-F. Han, R.-S. Bie//Harbin Gongye Daxue Xuebao/Journal of Harbin Institute of Technology. -2011. -Vol. 43. -P. 104-108.
- Fan, S.Y. Experimental research of rich oxygen content on improving combustion characteristics of pulverized coal/S.Y. Fan, Z. Qiu, J.B. Gao//Journal of Xi’an Jiaotong University. -2006. -Vol. 40, no. 1. -P. 18-21.
- Demonstration of the conditions conducive to agglomeration of zinc calcine in fluidized bed roasters/J.P. Constantineau, S.C. Bouffard, J.R. Grace et al.//Minerals Engineering. -2011. -Vol. 24. -P. 1409-1420 DOI: 10.1016/j.mineng.2011.06.002
- Мунц, В.А. Расчет газообразования при горении твердого топлива в кипящем слое/В.А. Мунц, А.П. Баскаков, А.А. Ашихмин//Инженерно-физический журнал. -1988. -Т. 54, № 3. -С. 432-438.
- Хзмалян, Д.М. Теория топочных процессов/Д.М. Хзмалян. -М.: Энергоатомиздат, 1990. -352 с.
- Zhang, L. Control of mean residence time difference for particles with wide size distribution in fluidized beds/L. Zhang, J. Li, Q. Hu et al.//Powder Technology. -2017. -Vol. 312. -P. 270-276 DOI: 10.1016/j.powtec.2017.02.052
