blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2020-3-4-195-200blackmet-1861Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESРазмер капель металла, образованных на пузыре газа-восстановителя при барботаже оксидного расплаваSize of metal drops formed on a bubble of reducing gas at oxide melt barbotageВусихисА. С.VusikhisA. S.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник.

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Cand Sci. (Eng.), Senior Researcher.

Ekaterinburg

vas58@mail.ruСеливановЕ. Н.SelivanovE. N.

Доктор технических наук, заведующий лабораторией пирометаллургии цветных металлов.

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Dr. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory of Pyrometal-lurgy of Nonferrous Metals.

Ekaterinburg

ЛеонтьевЛ. И.Leont’evL. I.

Академик РАН, советник, Доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник.

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101; 119049, Москва, Ленинский проспект, 4; 119991, Москва, Ленинский проспект, 32а

 

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Academician, Adviser of the Russian Academy of Sciences, Chief Researcher.

Ekaterinburg, Moscow

ЧенцовВ. П.ChentsovV. P.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник.

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher.

Ekaterinburg

Институт металлургии, УрО РАНРоссияInstitute of Metallurgy of the, UB RASRussian FederationИнститут металлургии, УрО РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Президиум РАНРоссияInstitute of Metallurgy of the, UB RAS; National University of Science and Technology “MISIS” (MISIS); Scientific Council on Metallurgy and Metal Science of Russian Academy of Sciences (Department of Chemistry and Material Sciences)Russian Federation202025052020633-4195200Copyright © Вусихис А.С., Селиванов Е.Н., Леонтьев Л.И., Ченцов В.П., 20202020Вусихис А.С., Селиванов Е.Н., Леонтьев Л.И., Ченцов В.П.Vusikhis A.S., Selivanov E.N., Leont’ev L.I., Chentsov V.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1861

Для оценки размера капель, образованных на отдельных пузырях газа-восстановителя в ходе барботажа оксидного расплава, использована модель формирования металлической фазы, включающая следующие стадии: образование пузырей при вдувании газа в расплав; восстановление металла на поверхности пузырей и концентрация его в виде капель в кормовой части. Представлены уравнения, позволяющие оценить предельные размеры пузыря газа и(Rкрп) капли(rкрк), движущихся в оксидном расплаве без дробления. Используя определенные методом лежащей капли плотность (р, кг/м3) и поверхностное натяжение (σ, мДж/м2) расплавов B2O3 - CaO и B2O3 - CaO - CuO в интервале температур 1373 - 1673 К, описываемые уравнениями σ1= 87,0 + 0,242T, р1 = 3,26103 - 0,91T, σ2 = 10,8 + 0,178T, р2 = 3,19103 - 0,70T соответственно, рассчитаны критические размеры газового пузыря (Rкрп), движущегося в оксидном расплаве без дробления. В расплаве B2O3 - CaO - CuO в зависимости от температуры критический радиус пузыря меняется от 0,047 до 0,053 м, а для системы B2O3 - CaO эти значения составляют 0,06 - 0,081 м. Используя методику, позволяющую с помощью расчетов термодинамического равновесия описать особенности барботажа оксидного расплава различными восстановительными газами, определено изменение содержания оксидов меди в расплаве B2O3 - CaO - CuO в зависимости от количества введенного СО при различных температурах. На основании полученных данных рассчитано количество меди, образующееся при взаимодействии Cu2O в расплаве с единичным пузырем СО в зависимости от содержания оксида меди и количества СО в пузыре. Корреляционные зависимости размера капель от содержания Cu2O в расплаве (CСu2O , %), температуры (T, К) и количества СО в пузыре (nСО , моль) получены методами статистической обработки данных.

To estimate the size of the drops formed on individual bubbles of the reducing gas during the oxide melt barbotage, a metal phase formation model was used. This model includes the following stages: formation of bubbles upon injection of gas into the melt; metal recovery on the bubbles surface and its concentration in the form of drops in stern. Equations are presented that make it possible to estimate the limiting sizes of a gas bubble (Rкрп) and drops (rкрк) moving in oxide melt without crushing. Using the densities (p, kg/m3) and surface tension (σ, mJ/m2) of B2O3 - CaO (1) and B2O3 - CaO - CuO (2) melts in the temperature range of 1373 - 1673 K, described by the equations σ1= 87,0 + 0,242T, p1 = 3,2610-3 - 0,91T, σ2= 10,8 + 0,178T, p2 = 3,1910-3 - 0, 70T, respectively , the critical dimensions of a gas bubble (Rкрп)moving in an oxide melt without crushing were calculated. In B2O3 - CaO - CuO melt, critical radius of the bubble varies from 0.047 to 0.053 m depending on temperature, and for the B2O3 - CaO system these values are 0.06 - 0.081 m. Using a technique with thermodynamic equilibrium calculations that allows to describe the features of oxide melt barbotage by various reducing gases, we determined the change of the copper oxides content in B2O3 - CaO - CuO melt depending on the amount of CO introduced at different temperatures. Based on the obtained data, the amount of copper formed during the interaction of Cu2O in the melt with a single CO bubble wascalculated depending on the content of copper oxide and the amount of CO in the bubble. The correlation dependences of the drop size on the content of Cu2O in the melt (CCu O, %), temperature (T, K) and the amount of CO in the bubble (nCO , mol) were obtained by statistical data processing methods.

металлическая фазаоксидный расплавгаз-восстановительбарботажгазовый пузырькапля металлакритические размерыповерхностные свойстваmetal phaseoxide meltreducing gasbarbotagegas bubblemetal dropcritical sizesurface propertiesРабота  выполнена  при  поддержке  РФФИ  по  проекту  №  18-2924093мкThe work was financially supported by the RFBR under the project No.18-29-24093mkReferencesВанюков A.B., Быстров В.П., Васкевич А.Д. и др. Плавка в жидкой ванне. - М.: Металлургия, 1986. - 259 с.Vanyukov A.B., Bystrov V.P., Vaskevich A.D. etc. Plavka v zhidkoi vanne [Melting in liquid bath]. Moscow: Metallurgiya, 1986, 259 p. (In Russ.).Schlesinger M.E., King M.J., Sole K.C., Davenport W.G. Extractive Metallurgy of Copper. 5th Ed. Elsevier, 2011. - 481 p.Schlesinger M.E., King M.J., Sole K.C., Davenport W.G. Extractive Metallurgy of Copper. 5th Ed. Elsevier, 2011, 481 p.Vignes A. Extractive Metallurgy 3: Processing Operations and Routes. ISTE Ltd, John Wiley & Sons, Inc., 2011. - 352 p.Vignes A. Extractive Metallurgy 3: Processing Operations and Routes. ISTE Ltd, John Wiley & Sons, Inc., 2011, 352 p.Bakker M.L., Nikolic S., Mackey PJ. ISASMELT TSL - Applications for nickel // An International Journal Devoted to Innovation and Developments in Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2011. Vol. 24. No. 7. Р. 610 - 619.Bakker M.L., Nikolic S., Mackey PJ. ISASMELT TSL - Applications for nickel. An International Journal Devoted to Innovation and Developments in Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2011, vol. 24, no. 7, pp. 610-619.Bakker M.L., Nikolic S., Burrows A.S., Alvear G.R.F. ISACON-VERTTM - continuous converting of nickel/PGM mattes // J. S. Afr. Inst. Mining and Met. 2011. Vol. 111. No. 10. Р. 285 - 294.Bakker M.L., Nikolic S., Burrows A.S., Alvear G.R.F. ISACON-VERTTM - continuous converting of nickel/PGM mattes. J. S. Afr Inst. Mining andMet. 2011, vol. 111, no. 10, pp. 285-294.Romenets V.A. Romelt process // ISM (Iron Steelmaker). 1995. Vol. 22. No. 1. P. 37 - 41.Romenets V.A. Romelt process. ISM (Iron Steelmaker). 1995, vol. 22, no. 1, pp. 37-41.Комков А.А., Баранова Н.В., Быстрое В.П. Исследование восстановительного обеднения высокоокисленных шлаков в условиях барботажа // Цветные металлы. 1994. № 12. С. 26 - 30.Komkov A.A., Baranova N.V., Bystroe V.P. Reductive depletion of highly oxidized slags during barbotage. Tsvetnye metally. 1994, no. 12, pp. 26-30. (In Russ.).Крашенинников М.В., Маршук Л.А., Леонтьев Л.И. Селективное восстановление никеля из оксидного расплава // Расплавы. 1998. № 4. С. 45 - 48.Krasheninnikov M.V., Marshuk L.A., Leont’ev L.I. Selective reduction of nickel from oxide melt. Rasplavy. 1998, no. 4, pp. 45-48. (In Russ.).Фомичев В.Б., Князев М.В., Рюмин А.А. и др. Исследование процесса обеднения шлаков продувкой их газовыми смесями с различным парциальным давлением кислорода // Цветные металлы. 2002. № 9. С. 32 - 36.Fomichev V.B., Knyazev M.V., Ryumin A.A., Tsemekhman L.Sh., Ryabko A.G., Pavlinova L.A., Tsymbulov L.B. Study of slag depletion process with blowing by gas mixes having different partial oxygen pressure. Tsvetnye metally. 2002, no. 9, pp. 32-36. (In Russ.).Комков А.А., Камкин Р.И. Поведение меди и примесей при продувке медеплавильных шлаков газовой смесью СО-СО2 // Цветные металлы. 2011. № 6. С. 26 - 31.Komkov A.A., Kamkin R.I. Behavior of copper and impurities when blowing copper smelting slag with a CO-CO2 gas mixture. Tsvetnye metally. 2011, no. 6, pp. 26-31. (In Russ.).Комков А.А., Камкин Р.Н. О механизме восстановления оксидов при продувке медеплавильных шлаков газовыми смесями СО-СО2 // Изв. вуз. Цветная металлургия. 2019. № 6. С. 13 - 22.Komkov A.A., Kamkin R.N. On the mechanism of oxides reduction when blowing copper smelting slag with CO-CO2 gas mixtures. Izv. vuz. Tsvetnaya metallurgiya. 2019, no. 6, pp. 13-22. (In Russ.).Yusupkhodjaev A.A., Khojiev Sh.T., Berdiyarov B.T. etc. Technology of processing slags of copper production using local secondary technogenic formations // International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE). 2019. Vol. 9. No. 11. P. 5461 - 5472.Yusupkhodjaev A.A., Khojiev Sh.T., Berdiyarov B.T., Yavkochiva D.O., Ismailov J.B. Technology of processing slags of copper production using local secondary technogenic formations. Int. Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE). 2019. vol. 9, no. 11, pp. 5461-5472.Махмадияров T.M., Деев В.И., Худяков И.Ф. Кинетика восстановления закиси меди окисью углерода из силикатных расплавов // Изв. АН СССР. Металлы. 1974. № 4. С. 34 - 37.Makhmadiyarov T.M., Deev V.I., Khudyakov I.F. Kinetics of copper oxide reduction by carbon monoxide from silicate melts. Izv. AN SSSR. Metally. 1974, no. 4, pp. 34-37. (In Russ.).Красиков С.А., Лямкин С.А. Кинетика восстановления меди из расплавленного шлака монооксидом углерода // Цветные металлы. 1994. № 7. С. 19 - 21.Krasikov S.A., Lyamkin S.A. Kinetics of copper reduction from molten slag by carbon monoxide. Tsvetnye metally. 1994, no. 7, pp. 19-21. (In Russ.).Вусихис А.С., Дмитриев А.Н., Леонтьев Л.И., Шаврин С.В. Кинетика восстановления оксидов металлов из расплава газом-восстановителем в барботируемом слое // Материаловедение. 2002. № 10. С. 30 - 34.Vusikhis A.S., Dmitriev A.N., Leont’ev L.I., Shavrin S.V. Kinetics of metal oxides reduction from the melt by reducing gas in barbotage layer. Materialovedenie. 2002, no. 10, pp. 30-34. (In Russ.).Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Ченцов В.П. и др. Формирование металлической фазы при барботаже газом-восстановителем многокомпонентного оксидного расплава. Сообщение 1. Теоретические основы процесса // Изв. вуз. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 9. С. 639 - 644.Vusikhis A.S., Leont’ev L.I., Chentsov V.P., Kudinov D.Z., Selivanov E.N. Formation of metallic phase by passing gaseous reducing agent through multicomponent oxide melt. Part 1. Theoretical principles. Steel in Translation. 2016, vol. 46, no. 9, pp. 629-632.Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Ченцов В.П. и др. Формирование металлической фазы при барботаже газом-восстановителем многокомпонентного оксидного расплава. Сообщение 3. Разделение ферроникеля и оксидного расплава // Изв. вуз. Черная Металлургия. 2017. Т. 60. № 12. C. 960 - 965.Vusikhis A.S., Leont’ev L.I., Chentsov V.P., Kudinov D.Z., Seliva-nov E.N. Formation of metallic phase by passing gaseous reducing agent through multicomponent oxide melt. Part 3. Separation of fer-ronickel and oxide melt. Theoretical principles. Steel in Translation. 2017, vol. 47, no. 12, pp. 772-776.Белоусов А.А., Селиванов Е.Н., Бедяев В.В., Литовских С.Н. Применение борсодержащих флюсов для повышения качества черновой меди // Цветная металлургия. 2003. № 10. С. 13 - 17.Belousov A.A., Selivanov E.N., Bedyaev V.V., Litovskikh S.N. The use of boron fluxes to improve the quality of blister copper. Tsvetnaya metallurgiya. 2003, no. 10, pp. 13-17. (In Russ.).Chentsov V.P., Shevchenko V.G., Mozgowoi A.G., Pokrasin M.A. Density and surface tension of heavy liquid-metal coolants: Gallium and Indium // Inorganic Materials: Applied Research. 2011. Vol. 2. No. 5. P. 468 - 473.Chentsov V.P., Shevchenko V.G., Mozgowoi A.G., Pokrasin M.A. Density and surface tension of heavy liquid-metal coolants: Gallium and Indium. Inorganic Materials: Applied Research. 2011. vol. 2, no. 5, pp. 468-473.Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Ченцов В.П. и др. Формирование металлической фазы при барботаже газом-восстановителем многокомпонентного оксидного расплава. Сообщение 2. Плотность и поверхностные свойства // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 1. С. 48 - 54.Vusikhis A.S., Leont’ev L.I., Chentsov V.P., Kudinov D.Z., Selivanov E.N. Formation of metallic phase by passing gaseous reducing agent through multicomponent oxide melt. Part 2. Density and surface properties. Steel in Translation. 2017, vol. 47, no. 1, pp. 21-25.Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Селиванов Е.Н., Ченцов В.П. Mоделирование процесса газового восстановления металлов из многокомпонентного оксидного расплава в барботируемом слое // Бутлеровские сообщения. 2018. Т. 55. № 7. С. 58 - 63.Vusikhis A.S., Leont’ev L.I., Selivanov E.N., Chentsov V.P. Modeling of metals gas reduction of from multi-component oxide melt in barbotage layer. Butlerovskie soobshcheniya. 2018. vol. 55, no. 7, pp. 58-63. (In Russ.).Арсентьев П.П. Коледов Л.А. Металлические расплавы и их свойства. - М.: Металлургия, 1976. - 376 с.Arsent’ev P.P. Koledov L.A. Metallicheskie rasplavy i ikh svoistva [Metal melts and their properties]. Moscow: Metallurgiya, 1976, 376 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.