Peculiarities of High-Temperature Refining of Carbon Materials
Loading...
Files
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Ukrainian State University of Chemical Technology, Dnipro
Abstract
ENG: The purpose of the study was to determine the influence of the main following factors on the efficiency of the process of high-temperature refining of natural and artificial graphite: processing temperature, distribution of metal oxides, and changes in the aggregate state of ash impurities. Thermal processing of natural graphite from Ukrainian deposits and anthracite from Donetsk coal basin was carried out in a chamber furnace at a holding time of 10–20 minutes in a temperature range of 1500–30000 Ñ. The quality of refining was carried out by ICP-OES and XRF analysis methods. It was established that the refining process may be divided into three following periods: 0–16000 Ñ (removal of moisture, volatiles, and decomposition of carbonates); 1600–26000 Ñ (evaporation of main ash-forming metals Fe, Si, Al, Ca, Mg in the form of oxides, silicides, and carbides); and 2600–30000 Ñ (evaporation of refractory compounds Ti, V, Mo, the content of which in the initial raw material determines the processing temperature and the quality of the final product). The distribution of metal oxides in the initial carbon material is not uniform, which complicates the use of equilibrium state models. The transition of ash into the liquid and then gaseous state has a significant impact on the result of heat treatment. This is what determines the choice of the process scheme. Intermittent process is the heating by an external heater in an inert gas environment. Continuous process is the heating of the material in moving containers or processing in an electrothermal fluidized bed.
UKR: Мета дослідження – визначити вплив на ефективність процесу високотемпературного рафінування природного та штучного графіту основних факторів: температури обробки, розподілу оксидів металів, зміни агрегатного стану зольних домішок. Термічну обробку природного графіту українських родовищ та антрациту Донецького вугільного басейну проводили в камерній печі при витримці 10–20 хвилин у діапазоні температур 1500–30000 С. Якість рафінування проводили методами аналізу ICP-OES та XRF. Встановлено, що процес переробки можна розділити на три періоди: 0–16000 С (видалення вологи, летких речовин і розкладання карбонатів); 1600–26000 С (випаровування основних золоутворюючих металів Fe, Si, Al, Ca, Mg у вигляді оксидів, силіцидів, карбідів); 2600–30000 С (випаровування тугоплавких сполук Ti, V, Mo, вміст яких у вихідній сировині визначає температуру переробки та якість кінцевого продукту). Розподіл оксидів металів у вихідному вуглецевому матеріалі неоднорідний, що ускладнює використання моделей рівноважного стану. На результат термічної обробки істотно впливає перехід золи в рідкий, а потім газоподібний стан. Саме це визначає вибір схеми процесу. Переривчастий процес - це нагрівання зовнішнім нагрівачем в середовищі інертного газу. Безперервний процес - це нагрівання матеріалу в рухомих контейнерах або обробка в електротермічному киплячому шарі.
UKR: Мета дослідження – визначити вплив на ефективність процесу високотемпературного рафінування природного та штучного графіту основних факторів: температури обробки, розподілу оксидів металів, зміни агрегатного стану зольних домішок. Термічну обробку природного графіту українських родовищ та антрациту Донецького вугільного басейну проводили в камерній печі при витримці 10–20 хвилин у діапазоні температур 1500–30000 С. Якість рафінування проводили методами аналізу ICP-OES та XRF. Встановлено, що процес переробки можна розділити на три періоди: 0–16000 С (видалення вологи, летких речовин і розкладання карбонатів); 1600–26000 С (випаровування основних золоутворюючих металів Fe, Si, Al, Ca, Mg у вигляді оксидів, силіцидів, карбідів); 2600–30000 С (випаровування тугоплавких сполук Ti, V, Mo, вміст яких у вихідній сировині визначає температуру переробки та якість кінцевого продукту). Розподіл оксидів металів у вихідному вуглецевому матеріалі неоднорідний, що ускладнює використання моделей рівноважного стану. На результат термічної обробки істотно впливає перехід золи в рідкий, а потім газоподібний стан. Саме це визначає вибір схеми процесу. Переривчастий процес - це нагрівання зовнішнім нагрівачем в середовищі інертного газу. Безперервний процес - це нагрівання матеріалу в рухомих контейнерах або обробка в електротермічному киплячому шарі.
Description
S. Hubynskyi: ORCID 0000-0002-4598-5136
Keywords
thermal refining, refractory metal oxide, ash distribution, aggregate state, external heater, electrothermal fluidized bed, термічне рафінування, оксид тугоплавкого металу, зольність, агрегатний стан, зовнішній нагрівач, електротермічний киплячий шар, КЕСЕ
Citation
Sybir A. V., Hubynskyi S. M., Fedorov S. S., Sukhyy K. M., Hubynskyi M. V., Vvedenska T. Y. Peculiarities of High-Temperature Refining of Carbon Materials. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii. 2023. No. 6. P. 177–186. DOI: 10.32434/0321-4095-2023-151-6-177-186.