Определение оптимальных режимов технологии получения марганцевых сплавов из бедных карбонатных и оксидных руд в агрегате СЭР

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.

1. Смирнов Л.А., Тигунов Л.П. Марганец в своем отечестве // Металлы Евразии. 1999. № 6. С. 20−23.

2. Емлин Б.И., Гасик М.И. Справочник по электротермическим процессам. М.: Металлургия, 1978. 288 с.

3. Толстогузов Н.В. Теоретические основы и технология плавки кремнистых и марганцевых сплавов. М.: Металлургия, 1992. 239 с.

4. Дедов П.И., Свитов В.С. Обогатительная фабрика карбонатных марганцевых руд. Свердловск: изд. Уралмеханобр, 2004. 400 с.

5. Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Прошунин И.Е. Получение высококачественных концентратов при обогащении марганцевых руд. Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2019. 182 с.

6. 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.

7. 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.380-384.4431

8. Wang 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.644-650.5427

9. Цымбал 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/10.17073/0368-0797-2015-8-572-577

10. Tsymbal 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/150/1/012018

11. Рыбенко 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.

12. 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.

13. Nicolis G., Prigogine I. Self-Organization in Non-Equilibrium Systems. New York: Wiley, 1977. 491 p.

14. Haken H. Synergetics. An Introduction. Berlin: Springer-Verlag, 1978. 351 p.

15. Prigogine I., Stengers I., Toffler A. Order Out of Chaos. Man’s New Dialogue with Nature. London: Heinemann, 1984.

16. Kondepudi D., Prigogine I. Modern Thermodynamics. John Wiley & Sons, Ltd, 2015. 523 р.

17. 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.

18. 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.

19. 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.