К.т.н Мухтар А.А1., к.т.н Мухытбекова М.К.,1  к.х.н Каткеева Г.Л.,1

 к.т.н. Кочегина Е.В2., к.х.н Халикова З.С2, к.х.н. Абсат З.Б.2

 

Химико-металлургический институт им. Абишева1, Казахстан

Карагандинский государственный университет им Е.А. Букетова2, Казахстан

 

Изучение кинетических закономерностей процесса магнетизации Лисаковского гравитационно-магнитного концентрата в присутствии жидкого углеводорода

 

В данной работе изучена кинетика магнетизации бурожелезнякового гравитационно-магнитного концентрата (ГМК) в присутствии жидкого углеводорода. При использовании формально-кинетического похода найдены кинетические параметры: порядок реакции, константы скорости и кажущаяся энергия активации.

В экспериментах использована представительная проба Лисаковского гравитационно-магнитного  концентрата (ГМК). В качестве жидкого восстановителя (ЖУВ) взят 0,75% раствор вязкой нефти месторождения Каражанбас. Степень магнетизации огарков ГМК (α) определяли измерением их магнитной восприимчивости. Дополнительно фазовый состав продуктов обжига контролировался методом рентгеновской дифрактометрии. Эксперименты проводились в интервале температур 500-7000С, шагом 1000С. Время изотермической выдержки изменялась от 15 до 90 минут.

Анализ зависимостей степени превращения (α)–время (τ) показывает, что взаимодействие (1-7) [1], относится к классу реакции с максимальной начальной скоростью, т.е. независимо от того, гетерогенна или гомогенна рассматриваемая система, реакция начинается сразу по всей реакционной поверхности:

 2Fe (OH)2   Fe2O3 +  H2O + H2

                 (1)

В результате деструкции ОМГ образуется активный углерод и водород:

СхНу  хС + уН2                                                                                                                                           (2)

Молекулярный водород диссоциирует на поверхности Fe2O3, Al2O3   и  SiO2  с образованием двух радикалов:

Н2   Н˙+ Н˙                                                                                              (3)

 

Активный углерод при высокой температуре вступает в реакцию разложения воды с образованием CO  и  H2:

C + H2O  CO + H2                                                                                    (4)

H2  H˙+ H˙                                                                                          (5)

 

Радикалы водорода и оксид углерода восстанавливают  Fe2O3  до Fe3O4:

3Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2,                                                                    (6)         

3Fe2O3 +  2Н 2Fe3O4 + H2O.                                                                 (7)

 

Это объясняется высокой химической активности ЖУВ. Индукционный период, с образованием зародышей новой фазы ни в одной из исследованных систем не наблюдается.

Причем скорость реакции с увеличением степени превращения сначала резко уменьшается, а затем происходит плавное ее снижение. Однако следует заметить, что при низких температурах этот эффект выражен слабо, свидетельствует о том, что максимум скорости вызван нагревом пробы до необходимой температуры, а не связан с явлениями автокатализа, кроме того, в условиях наших экспериментов процесс магнетизации ГМК не лимитируется и скоростью внешней диффузии.

Подобные реакции хорошо описываются известными уравнениями Ерофеева-Колмогорова (1)  k 1n = lg (1-)  и  Рогинского (2)  k2n = 1-        [2],     где k и n – константы, характеризующие кинетические режимы реакции. Константы скорости реакции находили по формуле Саковича    представленные в таблице.

 

 

Таблица  – Кинетические параметры уравнений Ерофеева-Колмогорова (1) и  Рогинского (2)

Т, оС

Модель

k 1n = lg (1-)     (1)

k2n = 1-        (2)

n1

k 1

lgK1,

мин-1

Е1,

n2

 k2

lgK2,

 мин-1

Е2,

500

0,32

0,15

-4,96

 

27,77

0,63

0,39

-0,83

 

18,12

550

0,31

0,31

-1,88

0,91

0,31

-0,60

600

0,23

0,47

-1,25

0,50

1,49

-1,22

650

0,28

0,59

 2,39

0,44

0,41

-1,31

 

Энергия активации (E2) процесса магнетизации ЛГМК, вычисленная по модели (2), соответствует значению 18,12 кДж/моль.

Таким образом, обработка экспериментальных данных процесса магнетизации с помощью двух различных моделей показала, что обе модели вполне удовлетворительно описывают кинетические закономерности процесса магнетизации ЛГМК. Низкие значения энергии активации позволяют сделать вывод о том, что изучаемый процесс протекает в диффузионной области. Лимитирующей стадией является диффузия углеводородного восстановителя к межфазной границе взаимодействия через слой свежеобразованного  продукта – магнетита.

Литература

1.  Мухтар А.А., Кочегина Е.В., Байкенов М.И.  Исследование жидкого углеводорода при термической подготовке бурожелезнякового сырья к магнитному обогащению. «Новости Науки Казахстана». Научно-технический сборник.  Каз НИИНТИ Алматы, 2006. №4, С. 56-59.

2. Вольдман  Г.М. Об  использовании уравнения Ерофеева-Колмогорова для описания кинетики гетерогенных процессов. Цветная металлургия. М.:  Изд-во Наука, – 1973. -№ 6.  – С. 91–96.