Ярош Тетяна Петрівна. Підвищення ефективності хімічного збагачення марганцевмісної сировини на основі встановлення термодинамічних та кінетичних закономірностей процесу

Короткий опис

Ярош Тетяна Петрівна. Підвищення ефективності хімічного збагачення марганцевмісної сировини на основі встановлення термодинамічних та кінетичних закономірностей процесу. : Дис... канд. наук: 05.15.08 2008

Ярош Т. П. Підвищення ефективності хімічного збагачення марганцевмісної сировини на основі встановлення термодинамічних та кінетичних закономірностей процесу. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.08 збагачення корисних копалин. Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2007.
Дисертація присвячена встановленню термодинамічних та кінетичних закономірностей процесу хімічного збагачення марганцевих шламів і залізомарганцевих руд з метою розробки безвідходних технологій переробки сировини та підвищення ефективності використання марганцевмісних ресурсів. Виконаний термодинамічний аналіз рівноважного стану багатокомпонентних систем при термохімічному обробленні марганцевих продуктів. Визначена термодинамічна можливість знефосфорення низькоякісної марганцеворудної сировини при високотемпературних відновних процесах. Установлені кінетичні закономірності вуглецевотермічного відновлення марганцевих шламів і сульфатизуючого випалення залізомарганцевих руд, які в області температур більше 800-900 К описуються рівняннями тривимірної дифузії зі сферичною симетрією (рівняння Джандера). Визначено, що математична модель, яка пов’язує кінетичні характеристики процесів вилуговування випалених марганцевмісних продуктів, при температурі вище 335 К описується рівняннями дифузійної області, а нижче 325 К процес переходить в кінетичну область і лімітується реакціями на межі розділу фаз випалений продукт вилуговуючий агент.

У дисертації, що є закінченою науково-дослідною роботою, вирішено актуальне науково-практичне завдання, яке полягає в розробленні безвідходних технологій хімічного збагачення марганцевих шламів і залізомарганцевих руд і підвищенні ефективності використання сировинних ресурсів на основі встановлення термодинамічних і кінетичних закономірностей процесу.
Основні наукові та практичні результати роботи полягають у наступному.
1. На підставі аналізу сучасного стану і напрямів розвитку технологічних схем збагачення марганцевмісної сировини показано, що для низькосортних продуктів, якими є марганцеві шлами піролюзит-псиломеланового складу, і для біметалічної сировини залізомарганцевих руд піролюзит-гетитового складу необхідно застосовувати хімічні методи збагачення.
2. У результаті термодинамічних досліджень рівноважного стану багатокомпонентних марганцевмісних систем, виконаних в температурному інтервалі 300-1700 К, визначені умови проведення процесу відновного випалення марганцевих шламів у присутності твердого вуглецевовмісного відновника: температура 850-1000 К при тиску 0,1 МПа. Показано, що температуру відновного випалення шихти марганцевих шламів з вугіллям визначає стадія відновлення гаусманіту до манганозиту, яка починається лише при температурі понад 600 К.
3. Проаналізована термодинамічна можливість переходу діоксиду марганцю в сульфат при термічній обробці залізомарганцевої руди в присутності сульфату заліза, що дозволило визначити оптимальні умови проведення процесу: температура 800-900 К при тиску 0,1 МПа. Температурний інтервал процесу сульфатизуючого випалення обмежується з одного боку температурою початку взаємодії піролюзиту з сульфатом заліза, а з іншого початком протікання процесів розкладання сульфатизуючого агента (FeSO4) і цільового продукту (MnSO4).
4. Термогравіметричним методом установлені кінетичні закономірності вуглецевотермічного відновлення марганцевих шламів і сульфатизуючого випалення залізомарганцевих руд та визначені енергії активації для даних процесів: 21,8 і 25,9 кДж/моль відповідно. Установлено, що кінетика термохімічних процесів у області температур вищих за 800-900 К описується рівняннями тривимірної дифузії зі сферичною симетрією, що дозволило визначити тривалість процесів й можливості їх інтенсифікації.
5. Установлено, що математична модель, яка пов’язує кінетичні характеристики процесів вилуговування випалених марганцевмісних продуктів, при температурі вище за 335 К описується рівняннями дифузійної області, а нижче за 325 К процес переходить в кінетичну область і лімітується реакціями на межі розділу фаз випалений продукт вилуговуючий агент. Це дозволило визначити умови проведення процесів вилуговування.
6. Результати експериментальних досліджень підтвердили теоретичні положення і дозволили уточнити умови проведення процесів хімічного збагачення марганцевих шламів і залізомарганцевих руд. Вуглецевотермічне відновлення марганцевих шламів необхідно здійснювати при температурі 650-700 Спротягом 60 хв. при витраті відновника 11-12 % (мас.) і постійному перемішуванні шихти. При подальшому сірчанокислотному вилуговуванні випалених продуктів вилучення марганцю у розчин складає 92-95 %. Процес сульфатизуючого випалення залізомарганцевої руди необхідно здійснювати при температурі 550-600 С протягом 60 хв. і витраті залізного купоросу 110 % від стехіометрично необхідного. Вилучення марганцю у розчин при вилуговуванні випалених залізомарганцевих продуктів водою складає 96-98 %. У результаті хімічного збагачення марганцевмісної сировини утворюються продуктивні розчини сульфату марганцю, з яких після відповідної очистки можна одержати ряд високоякісних марганцевих продуктів: електролітичний металевий марганець, електролітичний діоксид марганцю, хімічний діоксид марганцю, кристалічний сульфат марганцю і т. д.
7. На підставі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень розроблені та перевірені в напівпромислових умовах технологічні схеми хімічного збагачення марганцевмісної сировини. Визначено, що термін окупності цеху продуктивністю 10 тис. т/рік за розчином сульфату марганцю при умові реалізації вітчизняної товарної продукції на світовому ринку складе 4,1 і 4,6 років відповідно для марганцевих шламів і залізомарганцевої руди.