210

Проанализированы возможности использования солнечных установок на основе зеркально-концентрирующих систем в технологических процессах переработки неорганических материалов, в частности переработки материалов в потоке концентрированного солнечного излучения высокой плотности. Для решения проблемы утилизации отходов горно-металлургического процесса предлагается использовать мобильные, компактные солнечные установки, позволяющие провести переработку горно-металлургических отходов прямо в непосредственной близости отвалов с извлечением металлов. Рассчитаны геометрические и оптико-энергетические параметры концентратора для переработки с целью извлечения металлов из отходов горнорудной промышленности. Показано, что система зеркал, состоящая из гелиостата (100 м2 ) и концентратора параболоидной формы диаметром 10 м, может сфокусировать поток солнечного излучения плотностью, достаточной для плавления металлургических отходов Алмалыкского горно-металлургического комбината. Выявлено, что при нагреве материала в среде углерода протекает процесс восстановления металлов из их оксидных состояний по реакции МеО + С = Ме + СО. Некоторые металлы окисляются при охлаждении на воздухе согласно их химическому сродству к кислороду. Выявлено, что беспрерывная подача материала в плавильный агрегат позволит выплавить материал в объеме 2 400 кг за 1 солнечный день. Это указывает на то, что за 1 год на одной солнечной печи можно переработать 500 т техногенных отходов с извлечением 110 т железа и 16 т меди. Показано, что ультразвуковая обработка отходов стимулирует увеличение количества восстановленной меди в расплаве в 8 раз по сравнению с исходным состоянием материала.

  • Read count 109
  • Date of publication 11-11-2022
  • Main LanguageRus
  • Pages18-25
Русский

Проанализированы возможности использования солнечных установок на основе зеркально-концентрирующих систем в технологических процессах переработки неорганических материалов, в частности переработки материалов в потоке концентрированного солнечного излучения высокой плотности. Для решения проблемы утилизации отходов горно-металлургического процесса предлагается использовать мобильные, компактные солнечные установки, позволяющие провести переработку горно-металлургических отходов прямо в непосредственной близости отвалов с извлечением металлов. Рассчитаны геометрические и оптико-энергетические параметры концентратора для переработки с целью извлечения металлов из отходов горнорудной промышленности. Показано, что система зеркал, состоящая из гелиостата (100 м2 ) и концентратора параболоидной формы диаметром 10 м, может сфокусировать поток солнечного излучения плотностью, достаточной для плавления металлургических отходов Алмалыкского горно-металлургического комбината. Выявлено, что при нагреве материала в среде углерода протекает процесс восстановления металлов из их оксидных состояний по реакции МеО + С = Ме + СО. Некоторые металлы окисляются при охлаждении на воздухе согласно их химическому сродству к кислороду. Выявлено, что беспрерывная подача материала в плавильный агрегат позволит выплавить материал в объеме 2 400 кг за 1 солнечный день. Это указывает на то, что за 1 год на одной солнечной печи можно переработать 500 т техногенных отходов с извлечением 110 т железа и 16 т меди. Показано, что ультразвуковая обработка отходов стимулирует увеличение количества восстановленной меди в расплаве в 8 раз по сравнению с исходным состоянием материала.

Ўзбек

Ушбу мақолада ноорганик материалларни қайта ишлаш технологик жараёнларида, хусусан, концентрланган юқори зичликдаги қуёш радиацияси оқимида материалларни қайта ишлашда ойна-концентрацион тизимлар асосидаги қуёш қурилмаларидан фойдаланиш имкониятлари таҳлил қилинган. Тоғ-металлургия жараёнлари чиқиндиларини қайта ишлаш муаммосини ҳал қилиш учун тоғ-кон ва металлургия чиқиндиларини тўғридан-тўғри металл қазиб олинадиган чиқиндихоналар яқинида қайта ишлаш имконини берувчи мобил, ихчам қуёш қурилмаларидан фойдаланиш таклиф этилади Кон чиқиндиларидан металлар олиш мақсадида қайта ишлаш учун куёш курилмасининг геометрик ва оптик-энергетик параметрлари ҳисобланади. Кўрсатилганидек, гелиостат (100 м2 ) ва диаметри 10 м бўлган параболоид шаклидаги концентратордан иборат ойналар тизими Олмалиқ кон-металлургия комбинатининг металлургия чиқиндиларини эритиш учун етарли зичликдаги қуёш нурлари оқимини йўналтириши мумкин. Материал углерод муҳитида қиздирилганда, уларнинг оксидли ҳолатидан металлни қайтариш жараёни МеО + C = Ме + CО реакциясига мувофиқ бориши аниқланди. Баъзи металлар ҳавода совитилганда, кислородга кимёвий яқинлигига кўра оксидланади. Маълум бўлишича, хом-ашёни доимий равишда етказиб бериш оркали 1 қуёшли кунда 2400 кг ҳажмдаги материал эритиш имкони мавжуд. Бу шуни кўрсатадики, битта қуёш печида 1 йилда 110 т темир ва 16 т мис ажратилиб, 500 т саноат чиқиндиларини қайта ишлаш мумкин. Чиқиндиларни ультратовуш билан ишлав бери оркали улардаги мис миқдори материалнинг дастлабки ҳолатига нисбатан 8 марта кўпайишига эришиш мумкинлиги кўрсатилган.

English

Possibilities of using solar installations based on mirror-focusing systems in technological processes, for the processing of inorganic materials, in particular, materials in a stream of concentrated high-density solar radiation, have been analyzed. To deal with disposal of the waste generated from the mining and metallurgical processes, the use of mobile, compact solar installations that allow direct processing of mining and metallurgical waste in the immediate vicinity of dumps with extraction of metals, is being proposed. Geometric and opticalenergy parameters of the processing concentrator destined to facilitate extracting of metals from mining wastes, have been calculated. It is shown that, a system of mirrors, consisting of a heliostat (100 m2 ) and a paraboloid-shaped concentrator with a diameter of 10 m, can focus a solar radiation flux with a density sufficient to melt metallurgical waste from the Almalyk Mining and Metallurgical Plant. It was revealed that when the material is heated in a carbon medium, the process of metal reduction from their oxide states proceeds according to the ‘MeO + C = Me + CO’ reaction formula. Some metals oxidize when cooled in air according to their chemical affinity for oxygen. It was found that a continuous supply of a material to the melting unit enables melting of 2 400 kg of the material within 1 sunny day. This means that within 1 year, one solar furnace can process 500 tons of industrial waste with extraction of 110 and 16 tons of iron and copper, accordingly. It is shown that ultrasonic treatment of waste materials facilitates an increase in the amounts of recovered copper in the melt, by 8 times compared to the initial state of the material.

№ Name of reference
1 Herranz G., Rodríguez G.P. Uses of concentrated solar energy in materials science. Source: Solar Energy. Ed. R.D. Rugescu. Croatia, INTECH, 2010, February, p. 432. Available at: http://www.sciyo. com/.
2 Fernández-González D., Ruiz-Bustinza I., González-Gasca C.; Piñuela-Noval J. Concentrated solar energy applications in materials science and metallurgy. Solar Energy, 2018, August, vol. 170, pp. 520– 540.
3 Sorensen. Renewable energy. Physics, Engineering, Environmental Impacts, Economics and Planning. Elsevier, 2017, p. 1030.
4 Fernández-González D., Prazuch J., Ruiz-Bustinza I., González-Gasca C., Piñuela-Noval J. Iron metallurgy via concentrated solar energy. Solar Energy, 2018, vol. 171, pp. 658–666.
5 Ruiz-Bustinza I., Cañadas I., Rodríguez J., Mochón J., Verdeja L.F., García-Carcedo F. magnetite production from steel wastes with concentrated solar energy. Steel Res. Int., 2013, vol. 84, pp. 207–217.
6 Sibieude F.M., Tofighi A., Ambriz J. High temperature experiments with a solar furnace: The decomposition of Fe3 O4 , Mn3 O4 , CdO. Int. J. Hydrogen Energy, 1982, no. 7, pp. 79–88.
7 Steinfeld A., Fletcher E.A. Theoretical and experimental investigation of the carbothermic reduction of Fe2 O3 using solar energy. Energy, 1991, no. 16, pp. 1011–1019.
8 Akbarov R.Y., Paizullakhanov M.S. Characteristic features of the energy modes of a large solar furnace with a capacity of 1000 kW. Applied Solar Energy, 2017, vol. 54 (2), pp. 99–109.
9 Faiziev S.A, Paizullakhanov M.S., Nodirmatov E.Z. Synthesis of pyroxene pyroceramics in large solar furnace with ZrO2 crystallization nucleator. Applied Solar Energy, 2008, vol.44, iss. 2, pp.139–141.
10 Puig J., Balat-Pichelin M., Magn J. Experimental carbothermal reduction of Mg at low pressure using consentrated solar energy. Min. Metall. Sect. B-Metall., 2018, vol. 54 (1), pp. 39–50.
11 Puig J., Balat-Pichelin M. Production of metallic nanopowders (Mg, Al) by solar carbothermal reduction of their oxides at low pressure. Journal of Magnesium and Alloys, 2016, no. 4, pp. 140–150.
12 Murray J.P. Aluminium production using high-temperature solar process heat. Solar Energy, 1999, vol. 66 (2), pp. 133–142.
13 Pardo N., Moya J.A. Prospective scenarios on energy efficiency and CO2 emissions in the European iron & steel industry. Energy, 2013, no. 54, pp. 113–128.
14 Wang, K., Wang C., Lu X., Chen J. Scenario analysis on CO2 emissions reduction potential in China’s iron and steel industry. Energy Policy, 2007, no. 35, pp. 2320–2335.
15 Parpiev O.R., Paizullahanov M.S., Nodirmatov E.Z. Peculiarities of processing metallurgical waste in a large solar furnace. Theory and Technology of the Metallurgical Process, 2021, vol. 36, no. 1, pp. 15–20.
16 Paizullakhanov M.S., Shermatov Z.Z., Nodirmatov E.Z. Sinthesis of materials by concentrated solar radiation. High Temperature Material Processes, 2021, vol. 25, no. 2, pp. 25–34.
17 Khmelev V.N. et al. Ulʹtrazvukovyye mnogofunktsionalʹnyye i spetsializirovannyye apparaty dlya intensifikatsii tekhnologicheskikh protsessov v promyshlennosti [Ultrasonic multifunctional and specialized devices for the intensification of technological processes in industry]. Barnaul, Altai State Technical University, 2007, 416 p.
Waiting