blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2022-8-531-538blackmet-2364Research ArticleПо материалам конференции «Металлургия – 2021»Based on the materials of the conference “Metallurgy – 2021”Определение оптимальных режимов технологии получения марганцевых сплавов из бедных карбонатных и оксидных руд в агрегате СЭРDetermination of optimal technological modes for obtaining manganese alloys from poor carbonate and oxide ores in a jet-emulsion unithttps://orcid.org/0000-0003-1679-0839РыбенкоИ. А.RybenkoI. A.

Инна Анатольевна Рыбенко, д.т.н, профессор, заведующий кафед­рой прикладных информационных технологий и программирования

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Inna A. Rybenko, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of the Chair of Applied Information Technology and Programming

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

rybenkoi@mail.ruКонголиФ.KongoliF.

Флориан Конголи, доктор философии, президент

3422 Old Capitol Trail No. 791 Wilmington, DE USA, 19808-6192

Florian Kongoli, Doctor of Philosophy, President

3422 Old Capitol Trail No. 791 Wilmington, DE USA, 19808-6192

fkongoli@icloud.comСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian FederationFLOGEN Technologies Inc.Соединённые Штаты АмерикиFLOGEN Technologies Inc.United States202201092022658531538Copyright © Рыбенко И.А., Конголи Ф., 20222022Рыбенко И.А., Конголи Ф.Rybenko I.A., Kongoli F.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/2364

В работе представлены результаты разработки и исследования новой ресурсосберегающей технологии переработки бедных оксидных и карбонатных марганцевых руд в агрегате струйно-эмульсионного типа СЭР. Рассмотрены основные принципы создания струйного агрегата и технология переработки пылевидных марганцевых руд. Для предварительного восстановления марганца из высших оксидов или разложения карбонатов, а также удаления влаги из руды предлагается использовать восстановительный газ, который является продуктом реализации технологии восстановления марганца в агрегате СЭР. Таким образом предлагается замкнуть процесс, то есть создать согласованный поток вещества и энергии, проходящий через основной агрегат СЭР, и подготовительный агрегат кипящего слоя. Основная задача расчета предлагаемой технологии заключается в определении расхода сырой руды в агрегате кипящего слоя, чтобы получить заданный выход полупродукта и одновременно обеспечить возможность полного перевода высших оксидов или карбонатов сырой руды в низшие оксиды восстановительным газом, получаемым в основном агрегате. Для решения этой проблемы поставлена и реализована задача оптимизации. Первый этап – подбор состава и расхода восстановительного газа и определение расхода исходной марганцевой руды, обеспечивающего выход заданного количества полупродукта. Второй этап – решение задачи оптимизации по выходу и составу газа, который должен обеспечивать процесс восстановления во втором агрегате. В работе представлены результаты расчета технологии переработки в агрегате СЭР для оксидной руды Селезеньского и карбонатной руды Усинского месторождений. Проведен сравнительный анализ двух вариантов переработки марганцевых руд по предлагаемой технологии и по технологии без предварительного восстановления и обжига. Предложенная технология переработки марганцевых руд в агрегате СЭР с замкнутым циклом позволяет значительно снизить удельные расходы материалов, повысить производительность, значительно уменьшить энергоемкость процесса по сравнению с технологией переработки бедных марганцевых руд без предварительного восстановления или обжига.

The paper presents the results of development and research of a new resource-saving technology for processing poor oxide and carbonate manganese ores in a unit of jet-emulsion type. The basic principles of creating a jet unit and the technology of processing pulverized manganese ores are considered. For the preliminary reduction of manganese from higher oxides or carbonates decomposition, as well as the removal of moisture from the ore, it is proposed to use a reducing gas, which is a product of the implementation of manganese reduction technology in jet-emulsion unit. Thus, the authors propose to close the process, that is, to create a consistent flow of substance and energy passing through the main jet-emulsion unit and the preparatory unit of the fluidized bed. The main task of calculating the proposed technology is to determine the consumption of crude ore in the fluidized bed unit in order to obtain a given yield of the intermediate product and at the same time to ensure the possibility of complete conversion of high oxides or carbonates of crude ore into lower oxides by reducing gas produced in the main unit. To solve this problem, an optimization task was set and implemented. The first stage is selection of composition and consumption of the reducing gas and determination of consumption of the initial manganese ore, which provides the output of a given amount of the intermediate product. The second stage is solution of the optimization problem for output and composition of the gas, which should ensure the recovery process in the second unit. The paper presents the results of calculating the processing technology in the jet-emulsion unit for oxide ore of the Selezen’skoe and carbonate ore of the Usinskoe deposits. A comparative analysis of two options for processing manganese ores by the proposed technology and by the technology without preliminary recovery and roasting was carried out. The proposed technology of processing manganese ores in a closed-cycle jet-emulsion unit allows one to significantly reduce the specific costs of materials, increase productivity, and significantly reduce the energy intensity of the process compared to the technology of processing poor manganese ores without preliminary reduction or roasting.

агрегат струйно-эмульсионного типабедная пылевидная марганцевая рудавосстановление марганцаресурсосберегающая технологияunit of jet-emulsion typepoor pulverized manganese oremanganese recoveryresource-saving technologyReferencesСмирнов Л.А., Тигунов Л.П. Марганец в своем отечестве // Металлы Евразии. 1999. № 6. С. 20−23.Smirnov L.A., Tigunov L.P. Manganese in his fatherland. Metally Evrazii. 1999, no. 6, pp. 20−23. (In Russ.).Емлин Б.И., Гасик М.И. Справочник по электротермическим процессам. М.: Металлургия, 1978. 288 с.Emlin B.I., Gasik M.I. Handbook of Electrothermal Processes. Moscow: Metallurgiya, 1978, 288 p. (In Russ.).Толстогузов Н.В. Теоретические основы и технология плавки кремнистых и марганцевых сплавов. М.: Металлургия, 1992. 239 с.Tolstoguzov N.V. Theoretical Foundations and Technology of Melting of Siliceous and Manganese Alloys. Moscow: Metallurgiya, 1992, 239 p. (In Russ.).Дедов П.И., Свитов В.С. Обогатительная фабрика карбонатных марганцевых руд. Свердловск: изд. Уралмеханобр, 2004. 400 с.Dedov P.I., Svitov V.S. Processing Plant of Carbonate Manganese Ores. Sverdlovsk: izd. Uralmekhanobr, 2004, 400 p. (In Russ.).Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Прошунин И.Е. Получение высококачественных концентратов при обогащении марганцевых руд. Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2019. 182 с.Nokhrina O.I., Rozhikhina I.D., Proshunin I.E. Obtaining High-Quality Concentrates during Manganese Ores Dressing. Novokuznetsk: izd. SibSIU, 2019, 182 p. (In Russ.).Литвинцева Э.Г., Тигунов Л.П., Броницкая Е.С. и др. Разработка эффективных способов обогащения и переработки окисленных и карбонатных руд марганца месторождений России. В кн.: Состояние марганцево-рудной базы России и вопросы обеспечения промышленности марганцем. Красноярск: КНИИГиМС, 2001. С. 138–143.Litvintseva E.G., Tigunov L.P., Bronitskaya E.S., etc. Development of effective methods of dressing and processing of oxidized and carbonate ores from Russian manganese deposits. In: State of Russian Manganese Ore Base and Issues of Providing the Industry with Manganese. Krasnoyarsk: KNIIGiMS, 2001, pp. 138–143. (In Russ.).Ding P., Liu Q.J., Pang W.H. A review of manganese ore beneficiation situation and development // Applied Mechanics and Materials. 2013. Vol. 380-384. Р. 4431–4433. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.380-384.4431Ding P., Liu Q.J., Pang W.H. A review of manganese ore beneficiation situation and development. Applied Mechanics and Materials. 2013, vol. 380-384, pp. 4431–4433. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.380-384.4431Wang Z., Yang D., Yang K., Guo L., Tan J. A green enriching process of Mn from low grade ore of manganese carbonate // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 644-650. Р. 5427–5430. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.644-650.5427Wang Z., Yang D., Yang K., Guo L., Tan J. A green enriching process of Mn from low grade ore of manganese carbonate. Applied Mechanics and Materials. 2014, vol. 644-650, pp. 5427–5430. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.644-650.5427Цымбал В.П., Кожемяченко В.И., Рыбенко И.А., Падалко А.Г. Оленников А.А. Использование принципов самоорганизации и диссипативных структур при создании нового струйно-эмульсионного металлургического процесса // Известия вузов. Черная металлургия. 2015. Т. 45. № 8. С. 572−577. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2015-8-572-577Tsymbal V.P., Kozhemyachenko V.I., Rybenko I.A., Padalko A.G. Olennikov A.A. Usage of the principles of self-organization and dissipative structures in a new jet-emulsion metallurgical process. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2015, vol. 45, no. 8, pp. 572−577. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2015-8-572-577Tsymbal V.P., Kozhemyachenko V.I., Rybenko I.A., Mochalov S.P., Padalko A.G., Kalashnikov S.N., Krasnoperov S.Yu., Ermakova L.A., Olennikov A.A. Background and principles of self-organizing jet-emulsion metallurgical unit // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 150. Article 012018. https://doi.org/10.1088/1757-899X/150/1/012018Tsymbal V.P., Kozhemyachenko V.I., Rybenko I.A., Mochalov S.P., Padalko A.G., Kalashnikov S.N., Krasnoperov S.Yu., Ermakova L.A., Olennikov A.A. Background and principles of self-organizing jet-emulsion metallurgical unit. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016, vol. 150, article 012018. https://doi.org/10.1088/1757-899X/150/1/012018Рыбенко И.А. Оптимизация технологий в струйно-эмульсионном металлургическом агрегате с использованием методики и инструментальной системы моделирования // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2017. № 3. C. 60−66.Rybenko I.A. The optimization of the technologies in the jetemulsive metallurgical plant with the use of the methodology and instrumented system of the simulation. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2017, no. 3, pp. 60−66. (In Russ.).Рыбенко И.А. Развитие теоретических основ и разработка ресурсосберегающих технологий прямого восстановления металлов с использованием метода и инструментальной системы моделирования и оптимизации: автореф. дис. … докт. техн. наук: спец. 05.16.02. Новокузнецк, 2018. 40 с.Rybenko I.A. Development of theoretical foundations and resource-saving technologies for direct reduction of metals using the method and instrumental system of modeling and optimization: Extended Abstract of Dr. Sci. Diss. Novokuznetsk, 2018, 40 p. (In Russ.).Nicolis G., Prigogine I. Self-Organization in Non-Equilibrium Systems. New York: Wiley, 1977. 491 p.Nicolis G., Prigogine I. Self-Organization in Non-Equilibrium Systems. New York: Wiley, 1977, 491 p.Haken H. Synergetics. An Introduction. Berlin: Springer-Verlag, 1978. 351 p.Haken H. Synergetics. An Introduction. Berlin: Springer-Verlag, 1978, 351 p.Prigogine I., Stengers I., Toffler A. Order Out of Chaos. Man’s New Dialogue with Nature. London: Heinemann, 1984.Prigogine I., Stengers I., Toffler A. Order Out of Chaos. Man’s New Dialogue with Nature. London: Heinemann, 1984.Kondepudi D., Prigogine I. Modern Thermodynamics. John Wiley & Sons, Ltd, 2015. 523 р.Kondepudi D., Prigogine I. Modern Thermodynamics. John Wiley & Sons, Ltd, 2015, 523 р.Gladyshev G.P. Hierarchical thermodynamics rules the world to the extent of its applicability // Norwegian Journal of Development of the International Science. 2019. No. 27. Р. 60−65.Gladyshev G.P. Hierarchical thermodynamics rules the world to the extent of its applicability. Norwegian Journal of Development of the International Science. 2019, no. 27, pp. 60−65.Pat. 5.558.695 USA. Process and unit for continuous metal refinement / V.P. Tsymbal, S.P. Mochalov, K.M. Shakirov, R.S. Aizatulov, B.A. Kustov, N.I. Mikheev, A.I. Toropov. 1995.Tsymbal V.P., Mochalov S.P., Shakirov K.M., Aizatulov R.S., Kustov B.A., Mikheev N.I., Toropov A.I. Process and unit for continuous metal refinement. Pat. USA 5.558.695. 1995.Яшин В.Д., Колпак В.П., Дмитриенко В.И. и др. Селезеньская площадь проявлений марганцевых руд и перспективы их использования на ОАО «Запсибметкомбинат». В кн.: Состояние марганцево-рудной базы России и вопросы обеспечения промышленности марганцем. Красноярск: КНИИГиМС, 2001. С. 44–45.Yashin V.D., Kolpak V.P., Dmitrienko V.I., etc. Selezenskaya area of manganese ore manifestations and prospects for their use at JSC Zapsibmetkombinat. In: State of Russian Manganese Ore Base of Russia and Issues of Providing the Industry with Manganese. Krasnoyarsk: KNIIGiMS, 2001, pp. 44–45. (In Russ.).

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