ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2021-6-773-781ipolytech-551Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEТермодинамическое моделирование обжига сульфидного молибденового концентрата с гидроксидом кальцияThermodynamic modelling of roasting of molybdenum sulphide concentrate with calcium hydroxidehttps://orcid.org/0000-0002-2404-5452АлешинД. С.AleshinD. S.

Алешин Дмитрий Сергеевич, аспирант, младший научный сотрудник, Лаборатория гетерогенных процессов

620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101, Россия

Dmitriy S. Aleshin, Postgraduate student, Junior Researcher of the Laboratory of Heterogeneous Processes

101, Amundsen St., Yekaterinburg 620016, Russia

dmitriy.aleshin1@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7321-1509КрашенининА. Г.KrashenininA. G.

Крашенинин Алексей Геннадьевич,кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Лаборатория гетерогенных процессов

620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101, Россия

Aleksey G. Krasheninin, Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher of the Laboratory of Heterogeneous Processes

101, Amundsen St., Yekaterinburg 620016, Russia

agkrash@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8401-7867ЗайцеваП. В.ZaitsevaP. V.

Зайцева Полина Владимировна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, Лаборатория аналитической химии

620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101, Россия

Polina V. Zaitseva, Cand. Sci. (Chem.), Senior Researcher of the Laboratory of Analytical Chemistry

101, Amundsen St., Yekaterinburg 620016, Russia

zaitcevapolina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8610-8749ТанутровИ. Н.TanutrovI. N.

Танутров Игорь Николаевич, доктор технических наук, главный научный сотрудник, Лаборатория гетерогенных процессов

620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101, Россия

Igor. N. Tanutrov, Dr. Sci. (Eng.), Chief Researcher of the Laboratory of Heterogeneous Processes

101, Amundsen St., Yekaterinburg 620016, Russia

intan38@live.ruИнститут металлургии Уральского отделения РАНРоссияInstitute of Metallurgy, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202111012022256773781Copyright © Алешин Д.С., Крашенинин А.Г., Зайцева П.В., Танутров И.Н., 20222022Алешин Д.С., Крашенинин А.Г., Зайцева П.В., Танутров И.Н.Aleshin D.S., Krasheninin A.G., Zaitseva P.V., Tanutrov I.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/551

Цель – определение условий формирования CaMoO4, CaSO4, Ca(ReO4)2 при окислении MoS2 и ReS2 в присутствии Ca(ОН)2. В качестве исходного сырья для термодинамического моделирования окислительного обжига в присутствии добавки Ca(ОH)2 выбран концентрат Южно-Шамейского месторождения, расположенного в Свердловской области, с содержанием 37% масс. Мо и 0,005% масс. Re. Термодинамическое моделирование по определению оптимального количества кальцийсодержащей добавки проводили при следующих массовых соотношениях: молибденовый концентрат : Ca(ОH)2 = 1:0,8, 1:1, 1:1,2 и 1:1,5 в диапазоне температур 100–800°С, с шагом 100°С, давлении системы 0,1 МПа в атмосфере воздуха (мольное соотношение: молибденовый концентрат + Ca(ОH)2 : воздух = 1:5). Данные по содержанию всех компонентов в пробе вводились в программный комплекс HSC 6.1 в молях. Показаны основные реакции окислительного обжига молибденового концентрата в присутствии гидроксида кальция. Установлено, что основными фазами, образующимися в результате обжига, являются СаSO4, СаSO3, МоO3, CaMoO4, CaMoO3, CaReO4. Изучено влияние температуры на образование основных газообразных продуктов при различном массовом соотношении молибденового концентрата и Ca(ОH)2. Установлено, что при соотношении в пробе 1:1 молибденового концентрата и Ca(ОH)2 до 600°С не наблюдается выделения сернистого ангидрида выше значений предельно допустимых концентраций. На основе рассчитанных термодинамических данных выполнено моделирование процесса обжига молибденового концентрата с гидроксидом кальция. Установлено оптимальное соотношение, необходимое для успешного протекания процесса: молибденовый концентрат : Ca(ОH)2 = 1:1 по массе. Термодинамическое моделирование показало, что в интервале температур 100–600°С при использовании Са(ОН)2 не происходит потерь рения и молибдена, выделение серы не превышает 10 мг/м3

This work aims to determine the conditions for the CaMoO4, CaSO4, Ca(ReO4)2 formation during oxidation of MoS2 and ReS2 in the presence of Ca(ОН)2. The concentrate from the Yuzhno-Shameyskoye deposit in the Sverdlovsk region, having 37% wt. Мо and 0.005% wt. Re, was selected as a feedstock for thermodynamic modelling of sweet roasting in the presence of Ca(OH)2. To determine the optimal amount of calcium-containing additives, the thermodynamic modelling was carried out using the following mass ratios: molybdenum concentrate: Ca(OH)2 = 1:0.8, 1:1, 1:1.2 and 1:1.5 in the temperature range of 100–800°С, with a step of 100°С, system pressure of 0.1 MPa in the air (molar ratio: molybdenum concentrate + Ca(OH)2: air = 1:5). The content of all sample components in moles was entered into the HSC 6.1 software package. The main reactions associated with the sweet roasting of molybdenum concentrate in the presence of calcium hydroxide were shown. It was established that the main phases formed as a result of roasting comprise CaSO4, CaSO3, MoO3, CaMoO4, CaMoO3 and CaReO4. The effect of temperature on the formation of the main gaseous products was studied under different mass ratios of molybdenum concentrate and Ca(OH)2. It was found that up to 600°C, with molybdenum concentrate to Ca(OH)2 ratio of 1:1, the concentrations of released sulphurous anhydride are lower than the maximum permissible concentrations. The calculated thermodynamic data was used for modelling the roasting process of molybdenum concentrate with calcium hydroxide. An optimal ratio necessary for the successful process operation was established: molybdenum concentrate: Ca(OH)2 = 1:1 by weight. Thermodynamic modelling showed that, in the temperature range of 100–600°С when using Ca(OH)2, no rhenium and molybdenum loss is observed, the release of sulfur is less than 10 mg/m3.

производство молибденасульфидный молибденовый концентратпылегазоочисткаэнергия Гиббсасернистый ангидридобжиг молибденового концентратаmolybdenum productionsulfide molybdenum concentratedust and gas purificationGibbs energysulfur dioxideroasting of molybdenum concentrateReferencesЗеликман А. Н. Молибден. М.: Изд-во «Металлургия», 1970. 441 с.Zelikman A.N. Molybdenum. Moscow: Metallurgiya; 1970. 441 р. (In Russ.).Shi Lihua, Wang Xue-Wen, Wang Ming-Yu, Peng Jun, Xiao Caixia. Extraction of molybdenum from high-impurity ferromolybdenum by roasting with Na2CO3 and CaO and leaching with water // Hydrometallurgy. 2011. Vol. 108. Iss. 3-4. P. 214–219. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2011.04.009.Shi Lihua, Wang Xue-Wen, Wang Ming-Yu, Peng Jun, Xiao Caixia. Extraction of molybdenum from high-impurity ferromolybdenum by roasting with Na2CO3 and CaO and leaching with water. Hydrometallurgy. 2011;108(3-4):214-219. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2011.04.009.Lianyong Wang, Wenqiang Sun, Jingfan Zhang, Jiuju Cai. A novel self-heated roasting technology for molybdenum concentrate // Rare Metal Materials and Engineering. 2015. Vol. 44. Iss. 11. P. 2618–2622. https://doi.org/10.1016/S1875-5372(16)60005-X.Lianyong Wang, Wenqiang Sun, Jingfan Zhang, Jiuju Cai. A novel self-heated roasting technology for molybdenum concentrate. Rare Metal Materials and Engineering. 2015;44(11):2618-2622. https://doi.org/10.1016/S1875-5372(16)60005-X.Fan Xiao-hui, Deng Qiong, Gan Min, Chen Xu-ling. Roasting oxidation behaviors of ReS2 and MoS2 in powdery rhenium-bearing, low-grade molybdenum concentrate // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019. Vol. 29. Iss. 4. P. 840–848. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)64994-0.Fan Xiao-hui, Deng Qiong, Gan Min, Chen Xu-ling. Roasting oxidation behaviors of ReS2 and MoS2 in pow-dery rhenium-bearing, low-grade molybdenum concentrate. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019;29(4):840-848. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)64994-0.Wang Xue-Wen, Peng Jun, Wang Ming-Yu, Ye PuHong, Xiao Yuan. The role of CaO in the extraction of Ni and Mo from carbonaceous shale by calcification roasting, sulphation roasting and water leaching // International Journal of Mineral Processing. 2011. Vol. 100. Iss. 3-4. P. 130–135. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2011.05.012.Wang Xue-Wen, Peng Jun, Wang Ming-Yu, Ye Pu-Hong, Xiao Yuan. The role of CaO in the extraction of Ni and Mo from carbonaceous shale by calcification roasting, sulphation roasting and water leaching. International Journal of Mineral Processing. 2011;100(3-4):130-135. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2011.05.012.Wang Lu, Zhang Guo-hua, Dang Jie, Chou Kuo-chih. Oxidation roasting of molybdenite concentrate // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015. Vol. 25. Iss. 12. P. 4167–4174. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(15)64067-5.Wang Lu, Zhang Guo-hua, Dang Jie, Chou Kuo-chih. Oxidation roasting of molybdenite concentrate. Transac-tions of Nonferrous Metals Society of China. 2015;25(12):4167-4174. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(15)64067-5.Zhou Qiu-sheng, Yun Wei-tao, Xi Jun-tao, Li Xiao-bin, Qi Tian-gui, Liu Gui-hua. Molybdenite−limestone oxidizing roasting followed by calcine leaching with ammonium carbonate solution // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017. Vol. 27. Iss. 7. P. 1618–1626. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(17)60184-5.Zhou Qiu-sheng, Yun Wei-tao, Xi Jun-tao, Li Xiao-bin, Qi Tian-gui, Liu Gui-hua. Molybdenite−limestone oxidizing roasting followed by calcine leaching with ammonium carbonate solution. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017;27(7):1618-1626. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(17)60184-5.Sun Hu, Li Guanghui, Yu Junjie, Luo Jun, Rao Mingjun, Peng Zhiwei, et al. A novel simultaneous oxidizingvolatilizing process for efficient separation of pure MoO3 from structure self-sustained molybdenite concentrate pellets // Powder Technology. 2019. Vol. 345. P. 338–345. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.01.021.Sun Hu, Li Guanghui, Yu Junjie, Luo Jun, Rao Mingjun, Peng Zhiwei, et al. A novel simultaneous oxidizing-volatilizing process for efficient separation of pure MoO3 from structure self-sustained molybdenite concentrate pellets. Powder Technology. 2019;345:338-345. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.01.021.Fu Yun-feng, Xiao Qing-gui, Gao Yi-ying, Ning Pengge, Xu Hong-bin, Zhang Yi. Pressure aqueous oxidation of molybdenite concentrate with oxygen // Hydrometallurgy. 2017. Vol. 174. P. 131–139. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2017.10.001.Fu Yun-feng, Xiao Qing-gui, Gao Yi-ying, Ning Peng-ge, Xu Hong-bin, Zhang Yi. Pressure aqueous oxidation of molybdenite concentrate with oxygen. Hydrometallurgy. 2017;174:131-139. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2017.10.001.Fan Xiao-hui, Deng Qiong, Gan Min, Chen Xu-ling. Roasting oxidation behaviors of ReS2 and MoS2 in powdery rhenium-bearing, low-grade molybdenum concentrate // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019. Vol. 29. Iss. 4. P. 840–848. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)64994-0.Fan Xiao-hui, Deng Qiong, Gan Min, Chen Xu-ling. Roasting oxidation behaviors of ReS2 and MoS2 in powdery rhenium-bearing, low-grade molybdenum concentrate. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019;29(4):840-848. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)64994-0.Li Xiao-bin, Wu Tao, Zhou Qiu-sheng, Qi Tian-gui, Peng Zhi-hong, Liu Gui-hua. Kinetics of oxidation roasting of molybdenite with different particle sizes // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2021. Vol. 31. Iss. 3. P. 842–852. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(21)65543-7.Li Xiao-bin, Wu Tao, Zhou Qiu-sheng, Qi Tian-gui, Peng Zhi-hong, Liu Gui-hua. Kinetics of oxidation roasting of molybdenite with different particle sizes. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2021;31(3):842-852. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(21)65543-7.Zhou Qiu-sheng, Yun Wei-tao, Xi Jun-tao, Li Xiao-bin, Qi Tian-gui, Liu Gui-hua, et al. Molybdenite−limestone oxidizing roasting followed by calcine leaching with ammonium carbonate solution // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017. Vol. 27. Iss. 7. Р. 1618−1626. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(17)60184-5.Zhou Qiu-sheng, Yun Wei-tao, Xi Jun-tao, Li Xiao-bin, Qi Tian-gui, Liu Gui-hua, et al. Molybdenite−limestone oxidizing roasting followed by calcine leaching with am-monium carbonate solution. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017;27(7):1618-1626. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(17)60184-5.Fan Xiao-hui, Deng Qiong, Gan Min, Chen Xu-ling. Roasting oxidation behaviors of ReS2 and MoS2 in powdery rhenium-bearing, low-grade molybdenum concentrate // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019. Vol. 29. Iss. 4. Р. 840−848. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)64994-0.Fan Xiao-hui, Deng Qiong, Gan Min, Chen Xu-ling. Roasting oxidation behaviors of ReS2 and MoS2 in pow-dery rhenium-bearing, low-grade molybdenum concentrate. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019;29(4):840-848. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)64994-0.Li Xiao-bin, Wu Tao, Zhou Qiu-sheng, Qi Tian-gui, Peng Zhi-hong, Liu Gui-hua. Kinetics of oxidation roasting of molybdenite with different particle sizes // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2021. Vol. 31. Iss. 3. Р. 842−852. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(21)65543-7.Li Xiao-bin, Wu Tao, Zhou Qiu-sheng, Qi Tian-gui, Peng Zhihong, Liu Gui-hua. Kinetics of oxidation roasting of molybdenite with different particle sizes. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2021;31(3):842-852. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(21)65543-7.Харин Е. И., Халезов Б. Д., Зеленин Е. А. Разработка экологически чистой комплексной технологии переработки молибденового концентрата Южно-Шамейского месторождения // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2015. № 5. С. 129–134.Harin E. I., Halezov B. D., Zelenin E. A. Development of an environmentally friendly integrated processing technology for molybdenum concentrate of the Yuzhno-Shameyskoye deposit. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Gornyj zhurnal = News of the Higher Institutions. Mining Journal. 2015;5:129-134. (In Russ.).Ватолин Н. А., Халезов Б. Д., Харин Е. И., Зеленин Е. А. Поиск экологически чистой технологии переработки молибденовых концентратов // Химическая технология. 2012. Т. 13. № 4. С. 229–232.Vatolin N. A., Halezov B. D., Harin E. I., Zelenin E. A. Search for environmentally friendly processing technology for molybdenum concentrates. Himicheskaya tekhnologiya. 2012;13(4):229-232.Киреев В. А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. М.: Изд-во «Химия», 1975. 536 с.Kireev V. A. Practical calculation methods in the thermodynamics of chemical reactions. Moscow: Himiya; 1975, 536 р. (In Russ.).Ватолин Н. А., Моисеев Г. К., Трусов Б. Г. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. М.: Изд-во «Металлургия», 1994. 234 с.Vatolin N. A., Moiseev G. K., Trusov B. G. Thermodynamic modeling in high-temperature inorganic systems. Moscow: Metallurgy; 1994, 234 р. (In Russ.).Gan Min, Fan Xiao-hui, Chen Xu-ling, Wu Cheng-qian, Ji Zhi-yun, Wang Song-rong, et al. Reaction mechanisms of low-grade molybdenum concentrate during calcification roasting process // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016. Vol. 26. Iss. 11. P. 3015−3023. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(16)64432-1.Gan Min, Fan Xiao-hui, Chen Xu-ling, Wu Cheng-qian, Ji Zhi-yun, Wang Song-rong, et al. Reaction mechanisms of low-grade molybdenum concentrate during calcification roasting process. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016;26(11):3015-3023. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(16)64432-1.Мельчакова О. В., Зайцева П. В., Майорова А. В., Куликова Т. В., Печищева Н. В., Шуняев К. Ю. Расчет термодинамических свойств перренатов металлов и их использование при моделировании подготовки проб к химическому анализу // Аналитика и контроль. 2019. Т. 23. № 4. С. 570–579. https://doi.org/10.15826/analitika.2019.23.4.015.Mel'chakova O. V., Zajceva P. V., Majorova A. V., Kulikova T. V., Pechishcheva N. V., Shunyaev K. Yu. Thermodynamic properties calculation of perrhenates and their application in the simulation of sample pretreatment for the chemical analysis. Analitika i control = Analytics and Control. 2019;23(4):570-579. https://doi.org/10.15826/analitika.2019.23.4.015.

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