""بررسی اثر نوع و میزان ناخالصی ها در تلفات حرارتی فرایند تف جوشی سنگ معدن منیزیت ""
مهندسی متالورژی و مواد
مقاله 2 ، دوره 36، شماره 3 - شماره پیاپی 39 ، شهریور 1404، صفحه 27-38 اصل مقاله (1.31 M )
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2025.92053.1185
نویسنده
محسن موسوی نژاد*
گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده فنی و مهندسی، مجتمع آموزش عالی گناباد، خراسان رضوی
چکیده
در این مقاله اثر نوع ناخالصی و مقدار آن بر مصرف انرژی در کورههای تفجوشی منیزیا به کمک مدلسازی ترمودینامیکی مورد بررسی قـــرار گرفته است. بررسی های ترمودینامیکی توسط نرم افزار FactSage 6.1 در بازهی دمایی ℃ 2000-800، فشار atm 1 و به صورت همدما انجام شده است. نتایج نشان می دهد، افزایش خلوص سنگ معدن با افزایش مصرف انرژی همراه است. به عنوان مثال در فرایند کلسیناسیون در دمای ℃ 800، افزایش خلوص سنگ معدن از 85% به 100% باعث افزایش 16 درصدی در مصرف انرژی می شود. این در حالیست که با افزایش دمای حرارتدهی به ℃ 1900، همان میزان افزایش خلوص باعث افزایش 7% انرژی مصرفی شده است. همچنین امکان تشکیل ترکیبات مذابی همچون SiO2.2MgO در مقادیر بالاتر ناخالصی اکسید سیلیسیم وجود دارد. این موضوع باعث اتلاف حرارتی بیشتر در فرایند تف جوشی می شود. نتایج این تحقیق نشان می دهد، در شرایطی که ناخالصیهای اصلی سنگ معدن منیزیت، CaO,SiO2 است، می توان با کنترل نسبت CaO/SiO2 در حدود 1.8، علاوه بر کاهش تلفات انرژی در کوره، مانع از تشکیل ترکیبات سیلیکات منیزیمی شده و خلوص MgO در محصول نهایی را افزایش داد.
کلیدواژهها
سنگ معدن منیزیت ؛ آنتالپی ؛ اکسید کلسیم ؛ اکسید سیلیسیم ؛ تف جوشی
مراجع
[1] M. Chinthala, A. Balakrishnan, P. Venkataraman, V. M. Gowtham, and R. K. Polagani, “Synthesis and applications of nano-MgO and composites for medicine, energy, and environmental remediation: A review,” Environmental Chemistry Letters , vol. 19, no. 6, pp. 4415–4454, 2021. https://doi.org/10.1007/s10311-021-01299-4
[2] L. Ai, H. Yue, and J. Jiang, “Sacrificial template-directed synthesis of mesoporous manganese oxide architectures with superior performance for organic dye adsorption,” Nanoscale , vol. 4, pp. 5401–5408, 2012. https://doi.org/10.1039/c2nr31333b
[3] M. J. Akhtar, M. Ahamed, H. A. Alhadlaq, and S. A. Alrokayan, “MgO nanoparticles cytotoxicity caused primarily by GSH depletion in human lung epithelial cells,” Journal of Trace Elements in Medicine and Biology , vol. 50, pp. 283–290, 2018. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2018.07.016
[4] T. Amani, M. Haghighi, B. Rahmanivahid, “Microwave-assisted combustion design of magnetic Mg–Fe spinel for MgO-based nanocatalyst used in biodiesel production: influence of heating-approach and fuel ratio,” Journal of Industrial Engineering Chemistry , vol. 80, pp. 43–52, 2019. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.07.029
[5] A. Chowdhury, M. Rasul, and M. M. Kamal Khan, “Thermodynamic processes and characterization of dead burned magnesia: A review,” in Proc. 5th IASME/WSEAS Int. Conf. Energy & Environment, 2010, pp. 344–349. https://doi.org/10.5555/1807906.1807972
[6] M. Fernandes, K. R. B. Singh, T. Sarkar, P. Singh, R. P. Singh, “Recent Applications of Magnesium Oxide (MgO) Nanoparticles in various domains,” Advanced Materials Letters , vol. 11, no. 8, pp. 1-10, 2020. https://doi.org/10.5185/amlett.2020.081543
[7] G. Balakrishnan, R. Velavan, K. Mujasam Batoo, E. H. Raslan, “Microstructure, optical and photocatalytic properties of MgO nanoparticles,” Results in Physics , vol. 16, p. 103013, 2020. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2020.103013
[8] J. Nobre, H. Ahmed, M. Bravo, L. Evangelista, and J. Brito, “Magnesia (MgO) production and characterization, and its influence on the performance of cementitious materials: A review,” Materials , vol. 13, p. 4752, 2020. https://doi.org/10.3390/ma13214752
[9] R.V. Filkoski, I. J. Petrovski, Z. Gjurchinovski, “Energy optimization of vertical shaft kiln operation in the process of dolomite calcination,” Thermal Science , vol. 22, no. 5, pp. 2123-2135, 2018. https://doi.org/10.2298/TSCI180125278F
[12] M. Cosic, B. Pavlovski, and E. Tkalcec, “Activated sintering of magnesium oxide derived from serpentine,” Science of Sintering , vol. 21, no. 3, pp. 161–174, 1989.
[13] P. Wu, G. Eriksson, A. D. Pelton, and M. Blander, “Prediction of the thermodynamic properties and phase diagrams of silicate systems,” ISIJ International , vol. 33, no. 1, pp. 26–35, 1993. https://doi.org/10.2355/isijinternational.33.26
[14] G. M. Bimpilas and G. N. Anastassakis, “Magnesite beneficiation methods: A review,” Sustainable Extraction and Processing of Raw Materials Journal , vol. 1, pp. 14–20, 2020. https://doi.org/10.58903/a14161822
[15] A. Agrawal and P. S. Ghoshdastidar, “Numerical simulation of heat transfer during production of rutile titanium dioxide in a rotary kiln,” International Journal of Heat and Mass Transfer , vol. 106, pp. 263–279, 2017. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.10.024
[16] L. Fu, J. Yue, W. Liu, Z. Han, D. Bai, and G. Xu, “Analysis and experiment of sintering and densification of magnesia particles,” Chemical Engineering Science , vol. 268, p. 118396, 2023. https://doi.org/10.1016/j.ces.2022.118396
[17] Z. Yu, Z. Guo, L. Wang, Z. Li, X. Han, and W. Sun, “An eco-friendly approach to purify natural magnesite and to densify sintered magnesia,” Open Ceramics , vol. 17, p. 100549, 2024. https://doi.org/10.1016/j.oceram.2024.100549
[18] Y. Attou, B. Mohamed, and A. Feddal, “Numerical analysis of turbulent flow and heat transfer enhancement using V-shaped grooves mounted on the rotary kiln’s outer walls,” Journal of Thermal Engineering , vol. 10, no. 2, pp. 350–359, 2023. https://doi.org/10.18186/thermal.1448621
[19] J. P. Singh, V. Singh, A. Sharma, G. Pandey, K. H. Chae, and S. Lee, “Approaches to synthesize MgO nanostructures for diverse applications,” Heliyon , vol. 6, no. 9, p. e04882, 2020. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04882
[20] K. V. Fayruzov, I. D. Kashcheev, K. G. Zemlyanoi, and E. F. Chaika, “Investigation of calcined magnesite sintering,” Refractories and Industrial Ceramics , vol. 63, no. 2, pp. 226–229, 2022. https://doi.org/10.1007/s11148-022-00711-y
[21] S. Aslani, H. R. Samim Bani Hashemi, and F. Arianpour, “Beneficiation of Iranian magnesite ores by reverse flotation process and its effects on shaped and unshaped refractories properties,” Bulletin of Materials Science , vol. 33, pp. 697–705, 2010. https://doi.org/10.1007/s12034-011-0150-0
[22] U. Tulyaganov, K. Dimitriadis, S. Agathopoulos, F. Baino, and R. Fernandes, “Wollastonite-containing glass-ceramics from the CaO–Al₂O₃–SiO₂ and CaO–MgO–SiO₂ ternary systems,” Open Ceramics , vol. 17, p. 100507, 2024. https://doi.org/10.1016/j.oceram.2023.100507
[23] S. Sembiring, A. Riyanto, W. Simanjuntak, and R. Situmeang, “Effect of MgO–SiO₂ ratio on the forsterite (Mg₂SiO₄) precursors characteristics derived from amorphous rice husk silica,” Oriental Journal of Chemistry , vol. 33, no. 4, pp. 1828–1836, 2017. http://dx.doi.org/10.13005/ojc/330427
[24] K. Laziri, A. Djemli, D. Redaoui, F. Sahnoune, E. Dhahri, S. F. Hassan, and N. Saheb, “Kinetics of formation, microstructure, and properties of monolithic forsterite (Mg₂SiO₄) produced through solid-state reaction of nano-powders of MgO and SiO₂,” Ceramics International , vol. 50, pp. 45179–45188, 2024. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.08.357
[25] K. Kalaitzidou, E. Pagona, P. Stratigousis, X. Ntampou, V. Zaspalis, A. Zouboulis, and M. Mitrakas, “Hematite nanoparticles addition to serpentine/pyroxenes by-products of magnesite mining enrichment process for the production of refractories,” Applied Sciences , vol. 12, p. 2094, 2022. https://doi.org/10.3390/app12042094
[26] R. Zhang, Z. Liu, and J. Yu, “Removal of silicon from magnesite by flotation: Influence of particle size and mechanical mechanism,” Materials , vol. 16, p. 6095, 2023. https://doi.org/10.3390/ma16186095
[27] E. Pagona, K. Kalaitzidou, A. Zouboulis, and M. Mitrakas, “Effects of additives on the physical properties of magnesite ore mining by-products for the production of refractories,” Minerals Engineering , vol. 174, p. 107247, 2021. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.107247
آمار
تعداد مشاهده مقاله: 80
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 50