Теоретические основы химической технологии, 2024, № 4

Российская академия наук
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ 
ТЕХНОЛОГИИ
Том 58     № 4     2024     Июль–Август
Основан в 1967 г.  
Выходит 6 раз в год 
 
Москва, «Наука» 
ISSN: 0040-3571
Главный редактор
А.А. Вошкин
Журнал издается под руководством  
Отделения химии и наук о материалах РАН
Редакционная коллегия:
Р.Ш. Абиев, П.В. Акулич (Белоруссия), В.М. Барабаш, И. Гроссман (США),  
В. Дови (Италия), И. Драгош (Чешская Республика), Ю.А. Заходяева 
(ответственный секретарь) Н.Н. Зиятдинов, А.В. Клинов, Н. Кохманн 
(Германия), И.В. Мелихов, Н.В. Меньшутина, В.П. Мешалкин  
(заместитель главного редактора), Д.Ю. Мурзин (Финляндия), Г.А. Петухова,  
Б.Г. Покусаев, А.Д. Полянин, Л.В. Равичев, Б. Саха (Великобритания),  
А.В. Тимошенко, Л.Л. Товажнянский (Украина), А.К. Фролкова, Т.В. Челюскина
Заведующий редакцией А.В. Кисель
Адрес редакции: 119991, ГСП-1 Москва, Ленинский проспект, 31 
Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН 
Тел. (495) 775-65-85, e-mail:j.toht@igic.ras.ru
Тематика журнала: явления переноса; поверхностные явления; процессы разделения смесей; теория и методы расчета химических реакторов; совмещенные процессы и многофункциональные реакторы; гидромеханические, тепловые, диффузионные, химические процессы и аппараты; мембранные процессы и реакторы; 
биотехнология; дисперсные системы; нанотехнология; интенсификация процессов; 
 
информационное моделирование и анализ; техноэкономический анализ; энерго- 
 
и ресурсосберегающие, экологически чистые процессы и производства.
Москва
ФГБУ «Издательство «Наука»
© Российская академия наук, 2024
© Редколлегия журнала «Теоретические 
 
    основы химической технмогии»  
    (составитель), 2024

СОДЕРЖАНИЕ
Том 58, номер 4, 2024
Исследование кинетических процессов диссоциации сульфатов железосодержащей аглоруды
В. П. Мешалкин, М. И. Дли, В. И. Бобков, А. А. Быков
403
Ультразвуковая жидкостная экстракция с применением развитой кавитации в процессах  
утилизации отработанных литий-ионных аккумуляторов
О. М. Градов, И. В. Зиновьева, Ю. А. Заходяева, А. А. Вошкин
413
Новые процессы сушки с использованием сверхкритических флюидов. Моделирование
П. Ю. Цыганков, Н. В. Меньшутина
420
Температурная зависимость констант Генри адсорбции радона на активированных углях
Э. П. Магомедбеков, А. О. Меркушкин, А. В. Обручиков, В. С. Покальчук,  
Н.Н. Кулов
435
Газовая ферментация – технология, меняющая правила игры. От молекулярной инженерии  
до биореакторов, моделирование и оптимизация процессов и аппаратов
И. Г. Низовцева, Д. В. Чернушкин, А. В. Резайкин, В. Е. Свитич,  
А. Е. Коренская, П. В. Микушин, И. О. Стародумов
445
Разработка двухфазной пузырьковой математической модели процесса окислительной  
регенерации катализатора крекинга
Г. Ю. Назарова, Е. Н. Ивашкина, А. В. Антонов, И. А. Самсонов
458
Разработка и внедрение системы ферментации для культивирования метанокисляющих  
бактерий
В. М. Кочетков, И. С. Гаганов, В. В. Кочетков, П. А. Нюньков
472
Основы эфирной теории химической связи
Н. А. Магницкий
479
Теоретическая оценка порозности колец Рашига в пристенной области насадочной колонны
А. Б. Голованчиков, Н. А. Меренцов, М. В. Топилин, П. П. Залипаев
486
Приложение неравновесной мезоскопической термодинамики к описанию  
молекулярно-массового распределения полимеров
С. Е. Закиев, С. А. Курочкин, Е. С. Сорин, Е. О. Перепелицина, Ю. П. Квурт,  
Г. И. Джардималиева
491
Новый подход к формированию рецептуры топлива судового маловязкого
С. Г. Дьячкова, Ж. Н. Артемьева
498

Тепломассоперенос при нагреве и сушке сферического тела в непрерывно действующем  
электромагнитном поле высокой и сверхвысокой частоты
С. П. Рудобашта, Э. М. Карташов, Г. А. Зуева
506
Два типа ограничений при моделировании химических процессов  
для повышенных давлений
Ю. К. Товбин, Е. В. Вотяков
515

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ, 2024, том 58, № 4, с. 403–412
УДК 669.1
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДИССОЦИАЦИИ 
СУЛЬФАТОВ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕЙ АГЛОРУДЫ
©2024 г. В. П. Мешалкина, b, М. И. Длиc, В. И. Бобковc, *, А. А. Быковc
аРоссийский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, 
bИнститут физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва, Россия
cНациональный исследовательский университет “МЭИ”, Смоленск, Россия
*e-mail: vovabobkof@mail.ru
Поступила в редакцию 15.11.2023 г.
После доработки 29.01.2024 г.
Принята к публикации 30.01.2024 г.
В данной работе представлено исследование физико-химических особенностей кинетики диссоциации аглошихты при разных температурных режимах с добавлением примесей в процессе выплавки. В процессе исследования было установлено, что среди существенных факторов, определяющих 
скорость диссоциации сульфатов, можно выделить уровень кислорода в газе, крупность руды и добавление примесей, позволяющих изменять вязкость и температуру плавления агломерационного 
расплава. В основе процесса исследования применялся метод высокотемпературной дериватографии, с помощью которого рассматривались различные температурные интервалы и определялись 
скорости диссоциации минералов. Разработанная экспериментальная методика кинетических исследований диссоциации сульфатов может использоваться при изучении теплофизических закономерностей химико-металлургических процессов прокалки в обширной группе железосодержащих 
рудных материалов.
Ключевые слова: десульфурация аглошихты, железосодержащая аглоруда, дериватографические 
опыты, газовая среда, термограмма нагрева
DOI: 10.31857/S0040357124040017 EDN: AWVGCG 
ВВЕДЕНИЕ
плавки железосодержащих руд, а внедрение их в 
практику сделает отечественную сталь более конкурентоспособной на металлургическом рынке. 
Таким образом, изучение основных параметров и 
особенностей кинетики диссоциации сульфатов 
определяет значимость и новизну представленного исследования.
На основании вышеизложенного цель проводимого исследования можно сформулировать 
следующим образом: изучение физико-химических особенностей кинетики диссоциации минералов, входящих в состав железосодержащей 
аглошихты при различных температурных режимах, сопровождающихся изменением крупности 
руды и добавлением различных примесей в процессе агломерационного расплава.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В настоящее время технологический рост промышленности требует совершенствования методики обогащения различного рудного сырья. 
Требования к химическому составу современной 
стали существенно выросли. В результате перед 
металлургическими комбинатами ставятся задачи улучшения системы выплавки железосодержащей руды, содержащей как можно меньше 
примесей, ухудшающих ее качество при дальнейшей обработке в различных областях тяжелой и 
легкой промышленности. Одним из главных направлений исследований является разработка новейших методов удаления из аглоруды примесей 
серы, сульфатов кальция и бария. Уменьшение 
данных примесей дает возможность существенно повысить качественный состав современной 
стали, сделать ее более устойчивой к воздействию 
окислительных процессов. Исследование кинетики реакций диссоциации сульфатов позволит 
получить данные об особенностях данного процесса, что в дальнейшем сформирует необходимые знания для разработки новейших систем выДесульфурация аглошихты при агломерации 
может протекать во время заключительной стадии 
нагрева при температурах 1000–1200°C и на стадиях 
высокотемпературного спекания при 1200–1300°C. 
Наиболее существенными факторами, влияющи403

МЕШАЛКИН и др.
Содержание кислорода определялось ручным газоанализатором при отборе пробы из печи.
Разложение сульфатов бария и кальция и в 
присутствии окислов железа, как правило, протекает при температурах выше 1000°C и сопровождается убылью веса. Поскольку в аглоруде 
содержатся минералы, которые при нагреве изменяют вес в близком температурном диапазоне, то для измерения кинетических параметров 
процесса диссоциации сульфатов проводилась 
изотермическая выдержка пробы на воздухе при 
1000°C до установления постоянного веса. В последующем диапазоне температур (1000–1400°C) 
брикеты или порошки нагревались со скоростью 
15°C/мин в атмосферах с различным содержанием кислорода.
ми на скорость диссоциации сульфатов, являются: 
содержание кислорода в газе, изменение крупности руды и добавление примесей в шихту, позволяющих менять вязкость и температуру плавления 
агломерационного расплава [1, 2]. В связи с этим 
были проведены исследования низко- и высокотемпературной диссоциации сульфатов, входящих 
в состав фракций различной крупности железосодержащей руды. В качестве нейтрального газа, 
позволяющего менять содержание кислорода в газе, использовался гелий. Для изменения вязкости 
шлака и снижения температуры плавления шихты обычный известняк частично или полностью 
заменялся на флюоритизированный. Для определения химического и минерального состава шихты применялся спектральный метод анализа с использованием спектрометра МСА S, P.
Гранулометрический и химический составы 
исследуемой руды представлены в табл. 1 и 2.
Опыты проводились как с аглорудой, так и с 
фракциями крупностью (8–10) мм, (3–5) мм и 
менее 0.5 мм. Химический состав каждой фракции приведен в табл. 3, а минеральный – в табл. 4.
Из приведенных данных ясно, что большая 
часть серы находится в сульфатной форме в виде 
барита, причем барит сосредоточен преимущественно в мелкой фракции.
Флюсование шихты осуществляли обычными 
и флюоритизированными известняками. В качестве топлива применяли коксовую мелочь, химический состав которой представлен в табл. 5.
Для выяснения температурных интервалов и 
скоростей диссоциации минералов, содержащих 
летучие компоненты, в том числе серосодержащие, применялся метод высокотемпературной 
дериватографии [3, 4]. Опыты проводились с использованием дериватографа ОД-102. В ходе экспериментов автоматически фиксировалась температура, изменение массы, скорость изменения 
массы и скорость тепловыделения образцов.
Для исследования мелкой фракции (0–0,5 мм) 
она подвергалась брикетированию с флюсом 
или без него. Пористость брикетов для аглогранул составляла 29,0 и 30,0%. Слой термопары дериватографа помещался в отверстие, высверленное в торце брикета.
Дериватографические опыты с функциями 
3–5 и 8–10 мм осуществлялись в корундизовых 
тиглях специальной формы [5, 6]. Их флюсование реализовывалось путем обваливания влажных кусочков руды в известняке. Неналипший 
известняк засыпался в тигель.
Газовая среда в дериватографических опытах 
регулировалась путем вдувания в печное пространство газовой смеси определенного состава. 
Моделирование условий удаления серы в ходе аглопроцесса в трубчатой электропечи
Дериватографические опыты из-за сравнительно низкой скорости нагрева позволяют изучать кинетику удаления серы при температурах 
1000–1200°C, когда повсеместного образовательного расплава еще не проходит [7]. Однако 
в реальных условиях аглопроцесса температура 
до начала плавления шихты поднимается в течение 1–1.5 мин. Очевидно, что за столь малый 
промежуток времени ни сульфаты, ни сульфиды не успевают в значительной мере разложиться и большая доля серы удаляется одновременно с плавлением шихты. Поскольку кинетика 
пирометаллургических реакций в присутствии 
расплава будет существенно отличаться от твердофазных 
взаимодействий, 
то 
необходимы 
специальные опыты, позволяющие осуществлять контроль за сероудалением при высоких 
температурах (1200–1400°C).
Данные опыты были осуществлены в трубчатой 
электропечи. Шихта массой 0.5 кг помещалась в 
корундизовый тигель диаметром 50 мм и высотой 
65 мм. Тигель вставлялся в корзину из жаропрочной 
проволоки, которая подвешивалась к трубке платино-платинородиевой термопары таким образом, 
чтобы открытый горячий спай располагался над 
шихтой. Вглубь шихты помещалась вольфрам-рениевая термопара для фиксации непосредственно в спеке. Температура в печи контролировалась 
зачехленной платино-платинородиевой термопарой, горячий спай которой находился в нижней 
части изотермической зоны печи.
Нагрев шихты проводился путем опускания 
тигля с определенной скоростью в изотермическую зону. Термограмма нагрева оказалась типичной для условий спекания аглошихт и представлена на рис. 1 и 2.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ      том 58       № 4       2024

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ...
405
Таблица 1. Гранулометрический состав исследуемой руды
Крупность, мм
+10
+8
+5
+3
+1
–1
Содержание фракции, мас., %
8
11
20
4
17
40
Таблица 2. Химический состав исследуемой руды
Элементы и оксиды
Fe
FeO
Fe2O3
CaO
SiO2
Al2O3
MgO
S
Mn
P2O3
Содержание, мас.%
45.42
9.75
54.26
8.96
14.98
2.51
0.98
1.0
2.32
0.11
Таблица 3. Химический состав выделенных фракций руды
Элементы и оксиды
Содержание (мас. %) во фракциях крупностью
0–0.5 мм
3–5 мм
8–10 мм
CaO
5.2
3.1
1.17
BaO
5.1
1.98
2.65
SiO2
12.0
14.4
9.6
MgO
0.86
0.56
0.44
Fe
41.6
47.7
54.5
FeO
19.3
18.3
20.3
Fe2O3
52.23
53.3
54.1
S
2.1
1.4
0.8
Таблица 4. Минеральный состав выделенных фракций руды
Минералы
Содержание (мас. %) во фракциях крупностью
0–0.5 мм
3–5 мм
8–10 мм
Магнетит
33.1
30.0
38.0
Гематит
13.5
25.3
28.5
Пирит
1.9
1.9
0.4
Барит
7.8
3.0
4.1
Сидерит
12.4
12.4
12.1
Доломит
2.4
1.3
0.4
Кальцит
8.3
5.0
1.7
Кварц
7.4
9.6
6.3
Силикатные минералы
10.6
11.1
7.7
Прочие минералы
0.8
0.4
0.8
Таблица 5. Химический состав флюсующих добавок и топлива
Элементы и оксиды
Материалы
Известняк
Флюоритизированный известняк
Коксовая мелочь
CaO
53.96
40.65
4.15
SiO2
1.5
10.8
47.16
MgO
0.42
-
1.62
Fe общ.
1.23
-
14.61
FeO
1.28
-
-
S общ.
0.05
0.25
0.10
CaF2
-
16.16
-
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ      том 58       № 4       2024

МЕШАЛКИН и др.
Нагрев шихты до 1000°C проводился со скоростью 1000°C/мин, а в диапазоне 1000–1300°C – 
100°C/мин. При температуре 1300°C была предусмотрена изотермическая выдержка в течение 
1 мин. Охлаждение проводилось со скоростью 
100°C/мин.
Газовая атмосфера с различным содержанием 
кислорода создавалась путем разбавления воздуха гелием. В опытах без добавок твердого топлива смесь определенного состава подавалась 
по двум каналам. Часть газа со скоростью 0.8–
1.0  м/с вдувалась через корундизовую трубку, 
срез которой располагался на высоте 1–1.5 мм 
над спеком, а часть со скоростью 0.1 м/с пропускалась через шамотную набивку в рабочее пространство печи.
В опытах с твердым топливом на дно конического тигля ставилась газоподающая корундовая трубка диаметром 8 мм. Шихта укладывалась вокруг трубки, и по центральной трубке 
подавалась газовая смесь с различным содержанием кислорода. Газы поступали в спекаемый 
слой, вызывая горение коксовой мелочи. Газы, 
выделяющиеся из слоя, отбирались корундовой 
трубкой и анализировались на содержание CO2
и O2 ручным газоанализатором. Охлажденный 
спек разбирался и подвергался химическому 
анализу.
Физико-химические закономерности процесса удаления серы были также исследованы с 
помощью дериватографического метода [8, 9].
На рис. 3 показана типичная дериватограмма 
нагрева аглоруды фракции (0–0.5) мм в корундовом тигле на воздухе. Кривые Т, ТГ, ДТГ и ДТА 
соответствуют изменениям температуры, массы, 
скорости изменения массы и скорости тепловыделения со временем. В интервале температур 
460–600°C наблюдается потеря массы, сопряженная с поглощением тепла. В большинстве 
случаев в этом интервале температур разлагаются сецериты и олигониты [10, 11]. Потеря массы в 
области обсуждаемого эффекта составляет примерно 4.5 мас. %, что в пересчете на содержание 
сидерита составит примерно 12 мас. %. Это значение близко к полученному при минералогическом анализе.
Падение веса в области 700–900°C, протекающее с максимальной скоростью при 850°C, связано, вероятнее всего, с разложением мелкого известняка. Потеря массы в области этого эффекта 
составляет 3.0 мас. %. В пересчете на содержание 
известняка это составит примерно 8 мас. %. Это 
значение также близко к полученному в минералогическом анализе.
В интервале температур 850–900°C отмечено 
незначительное увеличение массы, свидетельствующее об окислении магнетита, содержащегося в пробе и образовавшегося при разложении 
сидерита.
В ходе изотермической выдержки при 900°C 
масса стабилизировалась. Следовательно, процессы декарбонизации минералов пустой породы и окисления магнетита не будут искажать 
кривую изменения массы и скорости изменения 
массы при диссоциации сульфатов. Начиная с 
температуры 1070°C масса пробы вновь уменьшалась.
Специальные опыты с нагревом до определенных температур и быстрым охлаждением проб показали, что в интервале 1070–1300°C 
t,°C
t,°C
1400
1400
1200
1200
1000
1000
800
800
600
600
400
400
1
3
4
6
τ, мин
200
0
2
5
7
8
2
6
8
12
τ, мин
200
0
4
10
14
Рис. 1. Термограмма обжига аглоруды без добавки 
кокса.
Рис. 2. Термограмма обжига аглоруды с добавлением 
кокса.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ      том 58       № 4       2024

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ...
∆m106 кг
t, °С
ДТА
1400
0
0
20
ДТГ
1200
2
d(∆m)/dτ106 кгмин–1
1000
40
4
60
800
Т
ТГ
6
80
600
400
100
200
120
140
0
50 60
70 80
90
10 20 30 40 50 60 70 80 90
10 20
30 40
τ, мин
τ, мин
Рис. 3. Дериватограмма нагрева руды крупностью (0–0.5 мм) на воздухе.
окислительной средах. Последняя создавалась в 
температурном интервале 1000–1400°C при разложении сульфатов кальция и бария. Кроме того, необходимо было также рассмотреть влияние 
указанных параметров на кинетику диссоциации сульфатов без существенного развития жидких фаз.
идет активная десульфурация. Максимальная 
скорость достигается при 1220°C.
Снижение содержания серы с одновременным поглощением тепла (см. кривую ДТА на 
рис.  3) однозначно указывает на разложение 
сульфатных соединений бария и кальция в присутствии окислов железа и кремния, например 
по реакциям типа:
      BaSO4 + Fe2O3 = BaO·Fe2O3 + SO2 + 1/2O2      (1)
      CaSO4 + Fe2O3 = CaO·Fe2O3 + SO2 + 1/2O2      (2)
При температурах выше 1300°C падение веса 
вновь интенсифицируется из-за диссоциации 
окислов железа.
Дериватограмма, представленная на рис. 4, 
характерна также для более крупной руды фракции 3–5 мм.
Увеличение крупности привело к росту температуры разложения сидерита (520°C) и кальцита (900°C) по сравнению с мелкой фракцией 
руды. Однако разложение сульфатов бария протекало при более низкой температуре (1180°C) 
и связано, вероятно, с более тесным контактом 
окислов железа и бария в куске, чем при дроблении. Съемки дериватограмм, аналогичных 
представленным на рис. 3 и 4, были проведены 
для офлюсованных шихт брикетированной мелкой фракции как в окислительной, так и в слабоВлияние слабоокислительной среды и добавок 
флюоритизированного известняка на кинетику 
диссоциации сульфата бария
Участки дериватограмм, соответствующие 
процессу разложения сульфата бария, показаны на рис. 5 в координатах “Изменения массы – температура” и “Скорость изменения массы – температура”. Температуры, при которых 
достигаются максимальные скорости, непосредственно связаны с константой скорости [12, 13] и 
приведены в табл. 6.
Из представленных данных видно, что сульфат бария в неофлюсованных брикетах из руды 
крупностью (0–0.5 мм) начинает разлагаться при 
1000°C на воздухе и при 950°C в гелии. Причем 
в гелии разложение идет интенсивней, и максимальная скорость достигается при 1150 против 1180°C на воздухе. Добавки флюоритизированного известняка в брикеты с рудой фракции 
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ      том 58       № 4       2024

МЕШАЛКИН и др.
∆m106 кг
t, °С
1400
0
0
ТГ
5
1200
2
Т
d(∆m)/dτ106 кгмин–1
1000
10
ДТГ
4
15
800
6
20
600
ДТА
400
25
200
30
35
0
10 20
30 40
50 60
70 80
90
10 20 30 40 50 60 70 80 90
τ, мин
τ, мин
Рис. 4. Дериватограмма нагрева руды крупностью (3–5 мм) на воздухе.
Таблица 6. Влияние слабоокислительной среды и содержания флюса в шихте на температуру разложения сульфатов аглоруды
Температура 
разложения, °C
Состав шихты, мас. %
Вид исходного 
материала
Крупность 
руды, мм
Атмосфера
Руда
Известняк
Флюоритизированный известняк
Начало
Максимальная 
скорость
99.5
-
-
брикет
0-0.5
21% O2
980
1180
94.5
-
5.0
брикет
0-0.5
21% O2
960
1160
90.5
-
9.0
брикет
0-0.5
21% O2
960
1150
99.5
-
-
брикет
0-0.5
0% O2
920
1150
90.5
-
9.0
порошок
0-0.5
0% O2
910
1100
100
-
-
порошок
0-0.5
21% O2
1080
1220
100
-
-
порошок
0-0.5
0% O2
1020
1180
80
20
-
порошок
0-0.5
21% O2
1150
1285
80
20
-
порошок
0-0.5
0% O2
1070
1230
100
-
-
кусочки
3-5
21% O2
1100
1180
100
-
-
кусочки
3-5
3% O2
980
1160
100
-
-
кусочки
3-5
21% O2
1040
1200
(0–0.5  мм) облегчают разложение сульфатов. 
При добавках 9 мас. % этого известняка максимальная скорость диссоциации сульфата бария 
на воздухе снижается до 1150°C, а в гелии – до 
1100°C.
Замена брикетированной шихты на порошкообразную замедляет разложение сульфата бария. 
Для неофлюсованных образцов на воздухе температура начала разложения повышается с 100 до 
1070°C. В нейтральной среде температура достижения максимальной скорости для порошка составляет 1180°C и на 30°C выше, чем для брикетов.
Добавка к порошкообразной руде крупностью (0–0.5 мм) обычного известняка, в протиТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ      том 58       № 4       2024

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ...
409
воположность флюоритизированному, приводит к существенному замедлению разложения 
сульфатов бария как на воздухе, так и в гелии, 
что видно из сравнительного анализа кривых 1, 
3 и 2, 4 на рис. 5. Процесс смещается в область 
температур t > 1200°C.
Характеристика процесса разложения более 
крупной фракции (3–5 мм) представлена кривыми 5–7 на рис. 6. Температуры и скорости разложения BaSO4 и CaSO4 на воздухе не отличаются 
от найденных для брикетирования образцов.
Замена окислительной среды на нейтральную, в отличие от мелкой фракции, не оказывает 
влияния на диссоциацию сульфата бария.
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
Полученные результаты вполне объяснимы с точки зрения термодинамики процессов 
диссоциации сульфатов в присутствии окислов 
железа, кремния и алюминия. Действительно, 
контакт барита с силикатными минералами и 
окислами железа, обеспечиваемый при брикетировании, делает вероятным протекание реакций 
типа (1, 2) при сравнительно низких температурах (1100–1200°C) [14, 15]. Поскольку продуктом 
суммарной реакции является кислород, то отрицательное значение изобарного потенциала (ΔG) 
будут достигнуты при меньших температурах, 
если парциальное давление кислорода в печной 
атмосфере понизится. Тогда по второму закону термодинамики разложение сульфатов станет возможным при более низкой температуре. 
Этим и объясняется более интенсивная диссоциация сульфата бария в нейтральной среде в области температур 1000–1200°C.
Как указывалось в работах [16–18], при отсутствии значительных количеств расплава фактором, определяющим скорость реакций типа 
(1, 2), является скорость образования ферритов 
и силикатов кальция и бария путем твердофазной диффузии. Очевидно, что диффузионные 
процессы интенсифицируются при увеличении 
площади контакта зерен барита с окислами железа и кремния. Роста контактной поверхности 
можно достичь, с одной стороны, путем брике0
910
5'
0.1
0.4
4
0.2
×102, мин–1
0.8
1100
5
∆ m, мас. %
1.2
0.1
d(∆m)
dτ
4'
1.6
0.3
1150
0.2
3
960
0.05
0.6
3'
1150
960
0.2
0.1
2'
2
0.6
0.2
1160
0.05
0.2
1000
1
1'
1180
0.6
0.1
1000
900
1000
1100
1200
1300
900
1100
1200
t, °C
Рис. 5. Зависимость изменения массы и скорости изменения массы от температуры для реакции разложения сульфатов в брикетах из руды крупностью (0–0.5 мм). Кривые 1 и 1’ – без добавок на воздухе; кривые 2 и 2’ – с добавкой 
5 мас. % флюоритизированного известняка на воздухе; кривые 3 и 3’ – с добавкой 9 мас. % флюоритизированного 
известняка на воздухе; кривые 4 и 4’ – без добавок в гелии; кривые 5 и 5’ – с добавкой 9 мас. % флюоритизированного 
известняка в гелии.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ      том 58       № 4       2024