Study and justification of the combination of beneficiation processes for obtaining flake graphite from technogenic carbon-containing dusts
- 1 — Ph.D., Dr.Sci. Professor Nosov Magnitogorsk State Technical University ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
- 2 — Ph.D. Associate Professor Nosov Magnitogorsk State Technical University ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
- 3 — Assistant Lecturer (Nosov Magnitogorsk State Technical University ▪ Orcid
Abstract
The most important task of modern production development is to provide the mineral and raw materials sector of the economy with resources included in the list of strategic raw materials, including flake graphite. In addition to natural raw materials, the source of its obtaining can be metallurgical production wastes not involved in processing. Development of metallurgical dust beneficiation technology will solve the problem of obtaining high-purity flake graphite with a crystal structure close to ideal and in demand in the production of high-tech materials. It will allow creating a renewable raw material base of graphite and utilising metallurgical production wastes. The research included the study of dust beneficiation by coarseness, magnetic and flotation methods, the influence of dust disintegration processes on beneficiation indicators. Based on the established technological properties of the components of dusts, magnetic, flotation and gravity beneficiation methods can be applied for their separation in different sequence. It is shown that dusts from different sites have different enrichability by these methods, and it should be taken into account when developing a complex technology of their processing. The degree of beneficiation increases in a row of dusts from the blast furnace shop (BF) – electric steel smelting shop (ESS) – oxygen-converter shop (OCS). The method of grinding has a significant influence on the separation indicators – at dry grinding in a centrifugal-impact mill with subsequent pneumatic classification the quality of graphite concentrates increases by 22.7 % of carbon for BF dust and by 13.48 % of carbon for ESS dust. OCS dust beneficiation indicators are high at coarse grinding with steel medium – mass fraction of carbon 96.1 %.
References
- Aleksandrova T., Nikolaeva N., Afanasova A. et al. Increase in Recovery Efficiency of Iron-Containing Components from Ash and Slag Material (Coal Combustion Waste) by Magnetic Separation // Minerals. 2024. Vol. 14. Iss. 2. № 136. DOI: 10.3390/min14020136
- Чантурия В.А., Николаев А.И., Александрова Т.Н. Инновационные экологически безопасные процессы извлечения редких и редкоземельных элементов из комплексных руд сложного вещественного состава // Геология рудных месторождений. 2023. Т. 65. № 5. С. 402-415. DOI: 10.31857/S0016777023050040
- Черашев Д.В., Черашева О.Ю. Рынок материалов для выпуска электротранспортных средств: тенденции и позиции РФ // Российский внешнеэкономический вестник. 2023. № 4. С. 88-108. DOI: 10.24412.2072-8042-2023-4-88-108
- Vasumathi N., Sarjekar A., Chandrayan H. et al. A Mini Review on Flotation Techniques and Reagents Used in Graphite Beneficiation // International Journal of Chemical Engineering. 2023. Vol. 2023. Iss. 1. № 1007689. DOI: 10.1155/2023/1007689
- Александров А.И. Целесообразность разработки месторождений графита в Якутии // Национальные интересы: приоритеты и безопасность. 2013. Т. 9. № 47 (236). С. 31-36.
- Кононов В.А. Графит: рынок, добыча, свойства, применение // Новые огнеупоры. 2021. № 3. С. 3-10. DOI: 10.17073/1683-4518-2021-3-3-10
- Перепелицын В.А., Яговцев А.В., Мерзляков В.Н. и др. Перспективные техногенные минеральные ресурсы для производства огнеупоров // Новые огнеупоры. 2019. № 6. С. 12-16.
- Маслов В.А., Дубовкина М.Ю., Хлестова О.А. Использование математических моделей снижения температуры чугуна с целью определения выхода углеродсодержащих отходов // Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія: Технічні науки. 2011. Вып. 22. С. 41-44.
- Shu-Lung Kuo, Edward Ming-Yang Wu. Analysis on certain physical and resourceful properties of kish graphite containing materials // Journal of Indian Chemical Society. 2020. Vol. 97. № 11b. P. 2490-2494. DOI: 10.5281/zenodo.5656771
- Lei Ye, Zhiwei Peng, Qing Ye et al. Toward environmentally friendly direct reduced iron production: A novel route of comprehensive utilization of blast furnace dust and electric arc furnace dust // Waste Management. 2021. Vol. 135. P. 389-396. DOI: 10.1016/j.wasman.2021.08.045
- Кравец В.А., Максимов В.Г. Графитоулавливание и утилизация уловленной пыли // Збірник наукових праць ДонНАБА. 2017. № 1 (6). С. 1-5.
- Dan L., Maslov V., Trofimova L., Cios G. The Formation, Properties and Use of Dispersed Iron-Graphite Metallurgical Waste // Journal of Casting & Materials Engineering. 2022. Vol. 6. № 4. P. 81-92. DOI: 10.7494/jcme.2022.6.4.81
- Бодряга В.В., Недопекин Ф.В., Белоусов В.В. Экологическая проблема утилизации графитной спели при переливах чугуна // Безопасность в техносфере. 2018. Вып. 12. С. 154-163.
- Кравец В.А., Попов А.Л., Кравец С.В. Физико-химические процессы, приводящие к выбросам в атмосферу при переливах чугуна // Збірник наукових праць ДонНАБА. 2015. № 1 (1). С. 4-10.
- Кузнецова Л.Н., Гавриш Ю.С., Петухов А.В. Улавливание и удаление пыли из пылеочистных аппаратов в условиях нестационарного режима работы газоотводящего тракта // Экология и промышленность. 2014. № 3 (40). С. 24-29.
- Науменко В.Г., Яковлев С.И. Возможные способы обогащения графитовой спели с целью улучшения экологии окружающей среды / Материалы республиканской научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Современные машины и технологии обогащения полезных ископаемых». Донецк: Донецкий национальный технический университет, 2018. С. 61-66.
- Маслов В.А., Пустовалов Ю.П., Трофимова Л.А., Дан Л.А. Возможность получения термографенита с магнитными свойствами из дисперсных железографитовых отходов металлургии // Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія: Технічні науки. 2017. Вып. 34. С. 24-30.
- Zhenshuai Wang, Xingyang Bao, Dai Zhang et al. Application of purified kish flake graphite as a potential cathode material for high-performance aluminum ion batteries // Journal of Alloys and Compounds. 2023. Vol. 954. № 170197. DOI: 10.1016/j.jallcom.2023.170197
- Jung-Chul An, Hye Jeong Kim, Ikpyo Hong. Preparation of Kish graphite-based graphene nanoplatelets by GIC (graphite intercalation compound) via process // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2015. Vol. 26. P. 55-60. DOI: 10.1016/j.jiec.2014.12.016
- Jihui Li, Ruochen Liu, Liqiang Ma et al. Combining Multiple Methods for Recycling of Kish Graphite from Steelmaking Slags and Oil Sorption Performance of Kish-Based Expanded Graphite // ACS Omega. 2021. Vol. 6. Iss. 14. P. 9868-9875. DOI: 10.1021/acsomega.1c00591
- Tao Rong, Yaqiang Yuan, Haoqing Yang et al. Investigation of the enrichment-purification process and electrochemical performance of kish graphite in dust from blast furnace tapping yard // Waste Management. 2024. Vol. 175. P. 121-132. DOI: 10.1016/j.wasman.2023.12.055
- Zhenshuai Wang, Dai Zhang, Xingyang Bao al. Space-confined intercalation expansion strategy for simple and rapid synthesis of kish-based expanded graphite for aluminum ion batteries // Carbon. 2024. Vol. 223. № 119016. DOI: 10.1016/j.carbon.2024.119016
- In-Yup Jeon, Sun-Hee Shin, Sun-Min Jung et al. One-Pot Purification and Iodination of Waste Kish Graphite into High-Quality Electrocatalyst // Particle & Particle Systems Characterization. 2017. Vol. 34. Iss. 9. № 1600426. DOI: 10.1002/ppsc.201600426
- Олейник Т.А., Дзюба О.И., Харитонов В.Н., Кулаков Е.А. Химическое обогащение графитсодержащих продуктов // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Гірничо-електромеханічна. 2007. Вып. 15 (131). С. 139-144.
- Фадеева Н.В., Орехова Н.Н., Колодежная Е.В., Ефимова Ю.Ю. Особенности вещественного состава графитовых пылей различных участков металлургического производства / Современные проблемы комплексной и глубокой переработки природного и нетрадиционного минерального сырья. Материалы международной конференции «Плаксинские чтения – 2023», 2-5 октября 2023, Москва, Россия. М.: Спутник+, 2023. С. 186-189.
- Ying-Liang Chen, Wei-Ping Chiang, Ping-Yu Hsieh. Recovery of Kish Graphite from Steelmaking Byproducts with a Multi-Stage Froth Flotation Process // Recycling. 2023. Vol. 8. Iss. 6. № 92. DOI: 10.3390/recycling8060092
- Jara A.D., Betemariam A., Woldetinsae G., Jung Yong Kim. Purification, application and current market trend of natural graphite: A review // International Journal of Mining Science and Technology. 2019. Vol. 29. Iss. 5. P. 671-689. DOI: 10.1016/j.ijmst.2019.04.003
- Kangkang Sun, Yangshuai Qiu, Lingyan Zhang. Preserving Flake Size in an African Flake Graphite Ore Beneficiation Using a Modified Grinding and Pre-Screening Process // Minerals. 2017. Vol. 7. Iss. 7. № 115. DOI: 10.3390/min7070115
- Свечников Н.Ю., Станкевич В.Г., Лебедев А.М. и др. Спектры ЭПР и фотолюминесценции гладких пленок CDx из токамака Т-10: влияние примеси железа // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2016. № 1. С. 21-33. DOI: 10.7868/S0207352816010182
- Ye Chen, Shilong Li, Shiru Lin et al. Promising energy-storage applications by flotation of graphite ores: A review // Chemical Engineering Journal. 2023. Vol. 454. Part 1. № 139994. DOI: 10.1016/j.cej.2022.139994
- Баранов В.Н., Довженко Н.Н., Гильманшина Т.Р. и др. Исследование зависимости качества природного скрытокристаллического графита от режимов подготовки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова. 2015. № 2. С. 54-59.
- Гильманшина Т.Р., Илларионов И.Е., Королева Г.А., Лыткина С.И. Исследование измельчаемости природных скрытокристаллических графитов // Обогащение руд. 2018. № 4. С. 6-10. DOI: 10.17580/or.2018.04.02
- Fangyuan Ma, Dongping Tao, Youjun Tao, Shuyong Liu. An innovative flake graphite upgrading process based on HPGR, stirred grinding mill, and nanobubble column flotation // International Journal of Mining Science and Technology. 2021. Vol. 31. Iss. 6. P. 1063-1074. DOI: 10.1016/j.ijmst.2021.06.005
- Hongxin Zhang, Hongchao Li, Ansheng Feng et al. Application of stirred mill to upgrading of graphite concentrate by flotation // Canadian Metallurgical Quarterly. 2018. Vol. 57. № 2. P. 245-251. DOI: 10.1080/00084433.2017.1409934
- Александрова Т.Н., Чантурия А.В., Кузнецов В.В. Минералого-технологические особенности и закономерности селективного разрушения железистых кварцитов Михайловского месторождения // Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 517-526. DOI: 10.31897/PMI.2022.58
- Орехова Н.Н., Фадеева Н.В., Ефимова Ю.Ю., Колодежная Е.В. Исследование влияния способа дезинтеграции графитовой спели на ее дисперсный состав, форму частиц и показатели флотации // Обогащение руд. 2022. № 6. С. 44-51. DOI: 10.17580/or.2022.06.08
- Гаркави М.С., Орехова Н.Н., Горлова О.Е., Колодежная Е.В. Применение механоактивации для получения целевых продуктов при переработке плавленого периклаза и ванадиевого шлака // Обогащение руд. 2020. № 6. С. 33-40. DOI: 10.17580/or.2020.06.06
- Гембицкая И.М., Гвоздецкая М.В. Трансформация зерен технологического сырья при получении мелкодисперсных порошков // Записки Горного института. 2021. Т. 249. С. 401-407. DOI: 10.31897/PMI.2021.3.9
- Фадеева Н.В., Орехова Н.Н., Колодежная Е.В., Нигматова Н.Н. Исследование физико-химических закономерностей процесса флотации графитовой спели // Вестник Магнитогорского государственного