Клюшников Александр Михайлович, к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории пирометаллургии цветных металлов
620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101, Россия
Alexander M. Klyushnikov, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Laboratory of Non-ferrous Metals Pyrometallurgy
101, Amundsen St., Yekaterinburg 620016, Russia
Гуляева Роза Иосифовна, к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории пирометаллургии цветных металлов
620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101, Россия
Roza I. Gulyaeva, Cand. Sci. (Chem.), Senior Researcher of the Laboratory of Non-ferrous Metals Pyrometallurgy
101, Amundsen St., Yekaterinburg 620016, Russia
Пикалов Сергей Михайлович, научный сотрудник лаборатории пирометаллургии цветных металлов
620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101, Россия
Sergey M. Pikalov, Researcher of the Laboratory of Non-ferrous Metals Pyrometallurgy
101, Amundsen St., Yekaterinburg 620016, Russia
Мальцев Геннадий Иванович, д.т.н., старший научный сотрудник, старший научный сотрудник лаборатории пирометаллургии цветных металлов
620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101, Россия
Gennady I. Maltsev, Dr. Sci. (Eng.), Senior Researcher, Senior Researcher of the Laboratory of Non-ferrous Metals Pyrometallurgy
101, Amundsen St., Yekaterinburg 620016, Russia
Цель – изучение химизма, кинетики и механизма окислительного обжига типичного образца сульфидной медно-кобальтовой руды. Объектом исследования являлась сульфидная медно-кобальтовая руда (основные минералы: пирит, пирротин, халькопирит, сфалерит, тремолит, диоксид кремния, тальк, сидерит и кальцит). В работе использованы методы высокотемпературного рентгенофазового анализа (100–900°C), термогравиметрии, дифференциальной сканирующей калориметрии и масс-спектрометрии выделяемого газа (30–1100°C, скорость нагрева – 5–20°C·мин-1, расход воздуха – 30 см3·мин-1). Исследованы химизм, кинетика и механизм окислительного обжига сульфидной медно-кобальтовой руды (размер частиц <0,1 мм). С использованием указанных методов анализа установлено, что процесс можно представить совокупностью семи элементарных реакций: пяти экзотермических (при 398–445, 394–488, 440–498, 433–549 и 451–562°C), отвечающих интенсивному горению сульфидов железа, меди и цинка, и двух эндотермических (при 561–664 и 743–927°C), связанных с разложением остаточных сульфатов меди и железа. Кинетический анализ (методы Киссинджера, Огиса–Беннетта, идентификации реакционной модели по эталонной функции и итерационной оптимизации) данных дифференциальной сканирующей калориметрии применительно к указанным реакциям показал, что лимитирующей стадией последних являются нуклеация и рост кристаллов. Значения энергии активации, предэкспоненциального множителя и параметра Аврами находятся в интервалах 140–459 кДж·моль-1, 1,41·104–3,49·1031 с-1 и 1,0–1,7, соответственно. Установлено, что кристаллизация продуктов элементарных реакций сопровождается увеличением числа зародышей; зародыши новой фазы могут формироваться как на поверхности, так и в объеме частиц руды. При этом рост кристаллов имеет одномерный характер и контролируется химической реакцией на границе раздела фаз или диффузией реагентов. Результаты работы могут быть использованы в практике окислительного обжига сульфидных руд и концентратов.
The aim of the study was to examine the chemistry, kinetics and mechanism of oxidizing roasting of a typical sample of sulfide copper-cobalt ore. The research object was sulfide copper-cobalt ore with the following main minerals: pyrite, pyrrhotite, chalcopyrite, sphalerite, tremolite, silicon dioxide, talc, siderite and calcite. The methodology involved high-temperature X-ray phase analysis (100–900°C), thermogravimetry, differential scanning calorimetry and mass spectrometry of the released gas (30–1100°C, heating rate – 5–20°C·min-1, air flow rate – 30 cm3·min-1). The chemistry, kinetics and mechanism of oxidizing roasting of sulfide copper-cobalt ore with a particle size of <0.1 mm were studied. It was found that the process can be represented as a set of seven elementary reactions: five exothermic reactions (at 398–445, 394–488, 440–498, 433–549 and 451–562°C), corresponding to the intense combustion of iron, copper and zinc sulfides, and two endothermic reactions (at 651–664 and 743–927°C), associated with the decomposition of residual copper and iron sulfates. Kinetic analysis (Kissinger and Augis-Bennett methods, identification of the reaction model by reference function and iterative optimization) of differential scanning calorimetry data in connection with the above reactions showed that the limiting stage of the latter is nucleation and crystal growth. The values of activation energy, pre-exponential factor and Avrami parameter ranged between 140–459 kJ·mol-1, 1.41·104–3.49·1031 with-1 and 1.0–1.7, respectively. It was established that crystallization of the products of elementary reactions is accompanied by an increase in the number of nuclei; new phase nuclei can be formed both on the surface and in the bulk of ore particles. The crystal growth is one-dimensional and is controlled by a chemical reaction at the interphase boundary or by diffusion of reagents. The results obtained can be applied in the practice of oxidizing roasting of sulfide ores and concentrates.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.