Mathematical modeling of zinc concentrate roasting in a fluidized bed

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper aims to stabilize the roasting of zinc sulfide concentrates in fluidized-bed furnaces using oxygen- enriched air. The balance between the given excess air blast (on average 20%) and the amount of loaded charge is achieved by selecting an appropriate number of evaporative cooling elements in the fluidized-bed furnace. Through the evaluation of scientific and technical information, as well as literature sources on the research topic, data were collected on the effects produced by an oxygen excess in the blast on the quality of sulfide concentrate roasting and by a blast volume on the state of the fluidized bed. In addition, statistical data for the study were obtained by analyzing the operation of fluidized-bed furnaces at Electrozinc. As part of the study, the heat balance in roasting was determined, taking into account the following technical characteristics of fluidized-bed furnaces used for roasting zinc sulfide concentrates: fluidized- bed level, number of nozzles, furnace diameter, diameter in the bed zone, hearth thickness, and the total weight of the furnace. Relying on the operation analysis of fluidized-bed furnaces, a method was proposed to regulate the oxygen supply depending on the amount of loaded charge. The oxygen supply is regulated in order to ensure a stable excess of oxygen in the blast without causing any significant changes in the blast volume and, consequently, to maximize the sulfur removal from the charge. A decrease in the excess air blast below 15% was found to significantly degrade the quality of the resulting cinder and dust, while an increase of over 20% reduced the SO2 content in the exhaust gases with no noticeable improvement in the quality of cinder. Therefore, the proposed method for regulating the oxygen supply to the furnace can improve the techno-economic performance of zinc sulfide concentrate roasting in fluidized-bed furnaces.

About the authors

V. M. Alkatsev

North Caucasian Mining and Metallurgical Institute (State Technological University)

Email: avm340@mail.ru

A. L. Rutkovsky

North Caucasian Mining and Metallurgical Institute (State Technological University)

Email: rutkowski@mail.ru

A. K. Makoeva

North Caucasian Mining and Metallurgical Institute (State Technological University)

Email: makoeva_alla@mail.ru

References

  1. Fleissner F., Eberhard P. Load balanced parallel simulation of particle-fluid DEM-SPH systems with moving boundaries // Parallel Computing: Architectures, Algorithms and Applications: Proceedings of Conference (Julich, 4–7 September 2007). Julich, 2007. Vol. 38. Р. 37–44.
  2. Алкацев М. И., Алкацева В. М. Исследование зависимости показателей обжига сульфидных никелевых концентратов в печах кипящего слоя от различных факторов методом планируемого имитационного эксперимента // Известия вузов. Цветная металлургия. 2009. № 3. С. 60–63.
  3. Constantineau J. P., Bouffard S. C., Grace J. R., Richards G. G., Lim C. Jim. Demonstration of the conditions conducive to agglomeration of zinc calcine in fluidized bed roasters // Minerals Engineering. 2011. Vol. 24. Iss. 13. P. 1409–1420. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2011.06.002.
  4. Chen T. T., Dutrizac J. E. Mineralogical changes occurring during the fluid-bed roasting if zinc sulfide concentrates // JOM. 2004. Vol. 56. Iss. 12. Р. 46–51. https://doi.org/10.1007/s11837-004-0235-y.
  5. Davies R. H., Dinsdale A. T., Gisby J. A., Robinson J. A. J., Martin S. M. MTDATA - thermodynamic and phase equilibrium software from the national physical laboratory // Calphad. 2002. Vol. 26. Iss. 2. P. 229–271. https://doi.org/10.1016/S0364-5916(02)00036-6.
  6. Svens K., Kerstiens B., Runkel M. Recent experiences with modern zinc processing technology // Erzmetall. 2003. Iss. 2. Р. 94–103.
  7. Рутковский А. Л., Дюнова Д. Н., Бигулов А. В., Яковенко И. С., Билаонов Б. Д., Дзантиев С. Ш. Исследование процесса обжига цинковых концентратов в кипящем слое методом математического моделирования // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2013. №. 3. С. 217–222.
  8. Герасименко Н. П., Рутковский А. Л. Исследование процесса обжига цинковых концентратов в кипящем слое с целью оптимизации // Науч.-техн. конф. обучающихся и молодых ученых СКГМИ «НТК-2018»: сб. докл. по итогам науч.-иссл. работ (г. Владикавказ, 17– 25 мая 2018 г.). Владикавказ: Изд-во СевероКавказского горно-металлургического института, 2018. С. 13–17.
  9. Ивакина С. А., Мунц В. А. Печь кипящего слоя для обжига цинковых концентратов как объект регулирования // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329. № 9. С. 31–42. https://doi.org/10.18799/24131830/2018/9/2086.
  10. Кубашевский О., Олкокк С. Б. Металлургическая термохимия / пер. с англ. М.: Изд-во «Металлургия», 1982. 392 с.
  11. Седов Л. И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Изд-во «Наука», 1977. 440 с.
  12. Пестунова Н. П., Ремизов Ю. С., Комков Н. М. О механизме обжига цинковых концентратов в печах кипящего слоя // Комплексное использование минерального сырья. 1990. № 8. С. 55–60.
  13. Паньшин А. М., Шакирзянов Р. М., Избрехт П. А., Затонский А. В. Основные направления совершенствования производства цинка на ОАО «Челябинский цинковый завод» // Цветные металлы. 2015. № 5. С. 19–21. https://doi.org/10.17580/tsm.2015.05.03.
  14. Boateng A. A. Rotary kilns: transport phenomena and transport processes. Amsterdame: Elsevier Science, 2015. 369 p.
  15. Orhan G. Leaching and cementation of heavy metals from electric arc furnace dust in alkaline medium // Hydrometallurgy. 2005. Vol. 78. Iss. 3-4. P. 236–245. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2005.03.002.
  16. Krasheninin A. G., Khalezov B. D., Bornovolokov A. S., Ordinartsev D. P. Technology for extracting manganese from vanadium converter slag after leaching vanadium // Metallurgist. 2019. Vol. 63. Iss. 5. P. 534–542. https://doi.org/10.1134/S0036029520010073.
  17. Паньшин А. М., Видуецкий М. Г., Козлов Д. А., Ивакин Д. А. Использование флотации цинковых кеков в аппаратах колонного типа для повышения эффективности вельц-процесса // Цветные металлы. 2015. № 5. С. 59–64. https://doi.org/10.17580/tsm.2015.05.12.
  18. Козлов П. А., Казанбаев Л. А., Затонский В. А., Травкин В. Ф. Экстракционно-электролизные методы переработки цинкового сырья. М.: Изд-во «Руда и металлы», 2008. 269 с.
  19. Farkhondehkavaki M., Soleimani M., Latifi M., Berruti F., Briens C., McMillan J. Characterization of moisture distribution in a fluidized bed // Measurement. 2014. Vol. 47. Iss. 1. P. 150–160. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2013.08.063.
  20. Молодцова М. Ю., Добрыднев С. В. Условия получения основных карбонатов цинка из аммиачнокарбонатных водных растворов // Успехи в химии и химической технологии. 2013. Т. 27. № 7. С. 102–105.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).