Термодинамический анализ и результаты хлорирования природного алюминийсодержащего сырья

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Термодинамический анализ хлорирования минеральной части вскрышной углистой породы Экибастузского месторождения (природного многокомпонентного сырья) показал, что модель, построенная на теоретических расчетах равновесных составов реакций взаимодействия хлора с оксидами, входящими в состав минеральной части углистой породы, в присутствии восстановителя позволяет заключить, что при определенном соотношении концентраций исходных компонентов реакции хлорирования при температурах 1000–1200 K проходят до конца с образованием соединений в газовой и конденсированной фазах. Этот вывод подтверждается выполненными исследованиями. Характер изменения величины энергии Гиббса в заданных условиях позволил установить принципиальную возможность протекания реакции. Оценка целесообразности каждой реакции определяется не только термодинамическим фактором, но и скоростью достижения равновесия, скоростью реакции. Рассчитанные значения энергии Гиббса и константы равновесия, характеризующие выход конечных продуктов реакции в диапазоне температур 400–2000 K, показали, что в присутствии восстановителя равновесие реакций смещено в сторону образования хлоридов. Действие восстановителя в процессе хлорирования оксидных соединений сводится к связыванию кислорода с образованием кислородных соединений углерода. Различия в термодинамических характеристиках соединений, входящих в состав углистой породы, теоретически определяют принципиальную возможность проведения селективного хлорирования многокомпонентного сырья. В идеале должна достигаться высокая степень хлорирования оксида алюминия при минимальной степени хлорирования сопутствующих оксидов. Результаты лабораторных исследований полностью подтвердили возможность термодинамического моделирования процесса хлорирования многокомпонентного сырья, т.е. они представляют теоретический и практический интерес.

Об авторах

Т. Н. Ветчинкина

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (ИМЕТ) РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: tvetchinkina@yandex.ru
Москва

Список литературы

  1. Борисоглебский, Ю.В. Металлургия алюминия / Ю.В. Борисоглебский, Г.В. Галевский, Н.М. Кулагин, М.Я. Минцис, Г.А. Сиразутдинов. – Новосибирск : Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1999. С.38–48. – (Borisoglebsky, Yu.V. Metallurgy of aluminum / Yu.V. Borisoglebsky, G.V. Galevsky, N.M. Kulagin, M.Ya. Mintsis, G.A. Sirazutdinov. –Novosibirsk : Nauka. Siberian Publishing Company of the Russian Academy of Sciences, 1999. P.38–48.)
  2. Щенков, В.В. Разработка новых технологических процессов получения алюминия / В.В. Щенков, С.Н. Литвак // Цв. металлургия : Бюл. НТИ. Цв. Информация. 1974. №9. С.38–41. – (Shchenkov, V.V. Development of new technological processes for obtaining aluminum / V.V. Shchenkov, S.N. Litvak // Non-ferrous metallurgy : Byul. NTI / Color Information. 1974 . №9. P.38–41.)
  3. Grjotheim, K. Aluminium smelter technolody / K. Grjotheim, B.J. Welch. – Dusseldorf : Aluminium–Verl. GmbH, 1980. 146 p.
  4. Безукладников, А.Б. Новые способы получения алюминия / А.Б. Безукладников, Ю.В. Останин, А.Н. Татаркин [и др.] // Научные исследования и опыт проектирования в металлургии легких металлов. – М. : Металлургия, 1981. С.101–106. – (Bezukladnikov, A.B. New methods of aluminum production / A.B. Bezukladnikov, Yu.V. Ostanin, A.N. Tatarkin [et al.] // Scientific research and design experience in the metallurgy of light metals. – Moscow : Metallurgiya, 1981. P.101–106.)
  5. Лайнер, Ю.А. Особенности хлорирования алюминийсодержащего сырья в кипящем слое / Ю.А. Лайнер, Т.Н. Ветчинкина, Б.А. Симановский // Химическая технология. 2006. №8. С.17–23. – (Liner, Yu.A. Features of chlorination of aluminum-containing raw materials in a fluidized bed / Yu.A. Liner, T.N. Vetchinkina, B.A. Simanovsky // Chemical Technology. 2006. №8. P.17–23.)
  6. Товбин, Ю.К. Основы химической термодинамики неоднородных систем / Ю.К. Товбин. – М. : Изд-во Техносфера, 2024. 460 с. – (Tovbin, Yu.K. Fundamentals of chemical thermodynamics of inhomogeneous systems / Yu.K. Tovbin. – Moscow : Publ. Technosphere, 2024. 460 p.)
  7. Roine, A. Outokumpu HSC chemistry for windows. Chemical reaction and equilibrium software with extensive thermochemical database / A. Ronie. – Pori : Outokumpu Research OY, 2002. 448 p.
  8. Москвитин, В.И. Металлургия легких металлов : учебник для вузов / В.И. Москвитин, И.В. Николаев, Б.А. Фомин. – М. : Интермет Инжиниринг, 2005. С.112–113. – (Moskvitin, V.I. Metallurgy of light metals : a textbook for universities / V.I. Moskvitin, I.V. Nikolaev, B.A. Fomin. – Moscow : Intermet Eng., 2005. P.112, 113.)
  9. Коршунов, Б.Г. Введение в хлорную металлургию редких элементов / Б.Г. Коршунов, С.Л. Стефанюк. – М. : Металлургия, 1970. С.76–86. – (Korshunov, B.G. Introduction to chlorine metallurgy of rare elements / B.G. Korshunov, S.L. Stefanyuk. – M. : Metallurgy, 1970. P.76–86.)
  10. Фурман, А.А. Неорганические хлориды / А.А. Фурман. – М. : Химия, 1980. 416 с. – (Furman, A.A. Inorganic chlorides / A.A. Furman. – M. : Khimiya, 1980. 416 p.)
  11. Фурман, А.А. Основы химии и технологии безводных хлоридов / А.А. Фурман, Б.Г. Рабовский. – М. : Химия, 1970. 256 с. – (Furman, A.A. Fundamentals of chemistry and technology of anhydrous chlorides / A.A. Furman, B.G. Rabovsky. – M. : Khimiya, 1970. 256 p.)
  12. Vetchinkina, T. Thermodynamic analysis of aluminum oxide chlorination / T. Vetchinkina // Inorg. Mater. : Appl. Res. 2024. V.15(2). P.260–265.
  13. Досмухамедов, Н.К. Выделение железа в железосодержащий продукт из золы от сжигания Экибастузских углей / Н.К. Досмухамедов, В.А Каплан, Е.Е. Жолдасбай, Г.С. Даруеш, А.А. Аргын // Уголь. 2021. №1. С.56–61. – (Dosmukhamedov, N.K. Isolation of iron into an iron-containing product from ashes from burning Ekibastuz coals / N.K. Dosmukhamedov, V.A. Kaplan, E.E.Zholdasbai, G.S. Daruesh, A.A. Argyn // Coal. 2021. №1. P.56–61.)
  14. Зимон, А.Д. Физическая химия: учеб. для вузов / А.Д. Зимон. – Изд. 3-е. – М. : Агар, 2006. С.94–96. – (Zimon, A.D. Physical chemistry: textbook for universities / A.D. Zimon. –3rd ed. – M. : Agar, 2006. P.94–96.)
  15. Леенсон, И.А. Как и почему происходят химические реакции. Элементы химической термодинамики и кинетики ; учеб. пособ. / И.А. Леенсон. – Долгопрудный : Издат. дом «Интеллект», 2020. 224 с. – (Leenson, I.A. How and why chemical reactions occur. Elements of chemical thermodynamics and kinetics ; textbook / I.A. Leenson. – Dolgoprudny : Publ. house «Intellect», 2020. 224 p.)
  16. Бондарев, Б.В. Курс общей физики. Кн.3. Термодинамика. Статистическая физика. Строение вещества: учеб. для вузов / Б.В. Бондарев, Н.П. Калашников, Г.Г. Спирин. – 2-е изд. — М. : Изд. Юрайт, 2016. 369 с. – (Bondarev, B.V. Course of general physics. Book 3. Thermodynamics. Statistical physics. The structure of matter: textbook for universities / B.V. Bondarev, N.P. Kalashnikov, G.G. Spirin. – 2nd ed. – Moscow : Yurayt Publ. House, 2016. 369 p.)
  17. Трусов, Б.Г. Программная система моделирования фазовых и химических равновесий при высоких температурах. / Б.Г. Трусов // Вестн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2012. Спец. вып. 2. С.240–249. – (Trusov, B.G. A software system for modeling phase and chemical equilibria at high temperatures / B.G. Trusov // Bull. Bauman Moscow State Tech. University. Ser. Instrument Eng. 2012. Special is.2. P.240–249.)
  18. Сеченов, П.А. Численный метод и математическая модель нахождения равновесного состава термодинамической системы программного комплекса T-Energy / П.А. Сеченов, И.А. Рыбенко // Вестн. Дагестанского гос. техн. ун-та. Техн. науки. 2022. №49(4). С.104–112. – (Sechenov, P.A. Numerical method and mathematical model for finding the equilibrium composition of the thermodynamic system of the T-Energy software package / P.A. Sechenov, I.A. Rybenko // Bull. of the Dagestan State Tech. University. Tech. Sci. 2022. №49(4). P.104–112).
  19. Досмухамедов, Н.К. Особенности поведения компонентов золы в условиях хлорирующего обжига / Н.К. Досмухамедов, Г.С. Даруеш, Е.Е. Жолдасбай // Межд. журн. прикл. и фундамент. исследований. 2020. №2. С.91–98. – (Dosmukhamedov, N.K. Features of the behavior of ash components in conditions of chlorinating roasting / N.K. Dosmukhamedov, G.S. Daruesh, E.E. Zholdasbai // Intern. J. Appl. Fundamental Res. 2020. №2. P.91–98.)
  20. Бричкин, В.Н. Современные тенденции в переработке низкокачественного алюминиевого сырья и их влияние на развитие минерально-сырьевой базы производства глинозема / В.Н. Бричкин, М.В. Черкасова // Горный информационно-аналитический бюл. 2015. №19. С.172–181. – (Brichkin, V.N. Modern trends in the processing of low-quality aluminum raw materials and their impact on the development of the mineral resource base for alumina production / V.N. Brichkin, M.V. Cherkasova // Mining Information and Analytical Bul. 2015. №19. P.172–181.)
  21. Маматов, Э.Д. Кинетика хлорирования глинозема / Э.Д. Маматов, Х.Э. Бобоев, У.М. Мирсаидов // ДАН РТ (Душанбе). 2001. Т.XLIV. №1–2. С.85–87. – (Mamatov, E.D. Kinetics of alumina chlorination / E.D. Mamatov, H.E. Boboev, U.M. Mirsaidov // Reports of the Academy of Sciences of the Republic of Tadjikistan (Dushanbe). 2001. V.XLIV. №1–2. P.85–87.)
  22. Ветчинкина, Т.Н. Фазовые превращения при термообработке гидроксидов и кристаллогидратов алюминия / Т.Н. Ветчинкина // Хим. технология. 2009. №6. С.342–349. – (Vetchinkina, T.N. Phase transformations during heat treatment of aluminum hydroxides and crystal hydrates / T.N. Vetchinkina // Chem. Tech. 2009. №6. P.342–349.)
  23. Ветчинкина, Т.Н. Рациональное использование отходов углеобогащения и угледобычи с применением хлорной технологии переработки / Т.Н. Ветчинкина, Ю.А. Лайнер // Сб. матер. VI ежегод. конф. «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии». – М. : МИСиС, 2008. С.175–180. – (Vetchinkina, T.N. Rational use of coal enrichment and coal mining waste using chlorine processing technology / T.N. Vetchinkina, Yu.A. Liner // Collection of materials of the VI annual conference «New trends in the rational use of secondary resources and environmental problems». – Moscow : MISIS. 2008. P.175–180.)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025