ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССА АГЛОМЕРАЦИИ ФОСФАТНОГО СЫРЬЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕФТЯНОГО КОКСА

В статье приведены результаты физико-химических и термодинамических исследований использования нефтяного кокса, полученного из отходов нефтепереработки, для использования в агломерации фосфатного сырья в качестве топлива.
С использованием метода тонкослойной хроматографии и ИК-спектроскопии определены группы органических соединений в составе тяжелых отходов, используемых для медленного коксования нефтяного кокса. Полученные результаты анализа тяжелых нефтяных отходов показали высокое содержание сильных ароматических групп 35,1-54,1%, смоляных групп 12,0-25,7%, парафиновых групп 3,0-41,4%. Все эти показатели свидетельствуют о пригодности тяжелых нефтяных отходов для получения нефтяного кокса.
С использованием растрового электронного микроскопа JSM-6490LV идентифицирован поэлементный состав и микроструктура полученного нефтяного кокса, который содержит С-78,56%, Te-4,05%, Al-12,14%, Si-1,18%.
Приведены результаты термодинамических исследований реакций, характерных агломерационному обжигу рабочей смеси состава фосфорит ─ фосфато-кремнистый сланец ─ нефтекокс, выполнены с использованием программного комплекса HSC-5.1 Chemistry разработанного Outokumpu Research Oy. Результаты расчета изменения энергии Гиббса от температуры реакций декарбонизации свидетельствуют о термодинамической вероятности протекания всех исследуемых реакций в высокотемпературной области. Причем вероятность протекания реакций 5,6 возможна только выше 1200К. Термодинамическое моделирование декарбонизации рабочих систем СаСО_з – С – С₆Н₆ – О₂ и СаСО₃ – С – С₆Н₅О – О₂ выполнены в температурном интервале 500-1500К и давлениях 0,1-0,01МПа, характерные для агломерационного процесса с использованием программного комплекса «Астра-4».
Результаты графических зависимостей равновесного распределения основных компонентов кальция и углерода в зависимости от температуры и давления носят однотипный характер. Причем по мере уменьшения давления возможность образования СаО и СО₂ на 100К перемещается в низкотемпературную область.

1. Бугенов Е.С. Физико-химические основы производства фосфора из низкосортных фосфоритов / Е.С. Бугенов, У.Ж. Джусипбеков. – Алматы, 2005. – 384 с.

2. Ершов В.А. Электротермическая переработка фосфоритов Каратау / В.А. Ершов // Труды ЛенНИИГипрохима. ─ 1972. – № 4. ─ 198 с.

3. Термическая обработка и окускование фосфатного сырья / С. Шумаков и др. ─ М.: Химия,1987 .─ 92 с.

4. Мирошников Н.А. Утилизация мелких фракции фосфоритов Каратау методов высокотемпературного окомкования во вращающей печи: автореф.…канд.тех.наук: 05.17.01 / Мирошников Н.А.; Ленингр.тех. инст-т им. Ленсовета. – Л., 1988. – 20 с.

5. Abildayeva A. Systematization of Material Flows of Natural and Secondary Raw Materials of Phosphorus Industry of the Republic of Kazakhstan / A. Abildayeva, Kh. Turgumbayeva // Environmental and Climate Technologies – 2021. ─ vol. 25, № 1. ─ Р. 894-906. DOI: https://doi.org/10.2478/rtuect-2021-0067.

6. Ruan Y. Review on Beneficiation Techniques and Reagents Used for Phosphate Ores / Y. Ruan, D. He, R. Chi // Minerals. – 2019. – № 9. ─ 253 р. DOI: https://doi.org/10.3390/min9040253.

7. Vereyina E.K. Experimental study of the coefficients for thermal conductivity and thermal diffusivity in agglomerates of phosphate ore raw materials during heating / E.K. Vereyina, V.I. Bobkov, V.A. Orekhov // II International Scientific And Practical Conference «Technologies, Materials Science And Engineering», 5-7 April, 2023. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0158769.

8. Тлеуов А.С. Энерго– и ресурсосберегаюшая технология агломерации фосфоритов: учебное пособие / А.С. Тлеуов. – Шымкент: ЮКГУ им. М. Ауэзова, 2008. ─ 229 с.

9. State of the art and research development prospects of energy and resource-efficient environmentally safe chemical process systems engineering / V.P. Meshalkin et al // Mendeleev Commun. ─ 2021/ – vol. 31, № 5. ─ Р. 593-604. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mencom.2021.09.003.

10. Sintering behaviour and sinter properties of phosphorite / Xuewei Lv et al // Mineral Processing and Extractive Metallurgy: Transactions of the Institutions of Mining and Metallurgy. – 2014. – P.16-26. DOI: https://doi.org/10.1179/1743285514Y.0000000072.

11. Orekhov, V.A. Features of the study on thermal destruction of carbonates in pelletized phosphorites at high-temperature roasting / V.A. Orekhov, V.I. Bobkov // Tepl. ProtsessyTekh. – 2022. – vol. 14, № 12. ─ Р. 555-562. DOI: https://doi.org/10.34759/tpt-2022-14-12-555-562.

12. Копелиович Л.В. Теория и практика современных технологий производства кокса / Л.В. Копелиович. С.Г. Стахеев. – Екатеринбург: УрФУ, 2012. – 116 с.

13. Aldo R.S. Analysis of Petroleum Coke Consumption in Some Industrial Sectors / R.S. Aldo, J. da S. Rogério, L.G.R. Maria // Journal of Petroleum Science Research. – 2015. – Vol. 4. – Р. 2168‐5517. DOI: https://doi.org/10.12783/jpsr.2015.0401.01.

14. Gascoina N. Marc Bouchezb Characterisation of coking activity during supercritical hydrocarbon pyrolysis / N. Gascoina, Ph. Gillarda, S. Bernarda // Fuel Processing Technology. – 2008. – Vol. 89. – P. 1416-1428. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2008.07.004.