Скорость разложения карбонатов находим по формуле

v = DV / Dt, (37)

где DV – объем СО₂, выделившегося за промежуток времени Dt.

Задание к лабораторной работе

1. Определить влияние температуры на степень и скорость разложения карбонатов металлов (Na₂CO₃, CaCO₃, MgCO₃, мел и др. по заданию преподавателя) и выход CO₂.

2. Изучить влияние дисперсности (размера частиц) карбонатов на скорость их разложения. Дисперсность определить методом ситового анализа.

3. Определить скорость образования силикатов в зависимости от состава исходной смеси и мольного соотношения компонентов.

4. По экспериментальным и расчетным данным построить графические зависимости степени превращения, выхода, скорости от соответствующих параметров процесса.

5. На основании анализа полученных данных и известных кинетических закономерностей для процессов в системе газ – твердое сделать выводы о путях интенсификации гетерогенных реакций разложения карбонатов и синтеза силикатов.

Обжиг сульфидных руд

Цель работы - исследовать влияние технологических параметров (температуры обжига, избытка воздуха, состава и дисперсности колчедана) на основные показатели гетерогенного процесса (степень и скорость выгорания серы).

Общие положения

Обжиг сульфидных руд – типичный гетерогенный процесс в системе Г:Т, который можно описать моделью с фронтальным перемещением зоны реакции. В соответствии с этой моделью процесс включает ряд диффузионных стадий и саму химическую реакцию. Закономерности, лежащие в основе этого процесса, справедливы для обжига любого сульфидного сырья.

Чаще всего в химической промышленности обжигу подвергают серный колчедан с целью получения сернистого газа для производства серной кислоты. Главной составной частью серного колчедана является дисульфид железа FeS₂, который встречается в виде минерала пирита и реже марказита. Кроме FeS₂ природный серный колчедан содержит ряд примесей (соединения меди, цинка, свинца, кремния, мышьяка, селена, фтора и др.). Массовая доля серы в чистом дисульфиде железа составляет 53,44%.

Процесс горения пирита можно представить следующей суммарной реакцией:

4FeS₂ + 11O₂ ® 2Fe₂O₃ + 8SO₂, DH⁰₂₉₈ = – 3372 кДж.

Реакция необратимая, протекает с выделением тепла.

Наряду с FeS₂ сгорают и сульфиды других металлов, содержащиеся в колчедане. Их оксиды, а также кварц, некоторые алюмосиликаты вместе с оксидом железа и неразложившимся пиритом образуют твердый огарок.

Общая скорость процесса определяется скоростью диффузии газов в порах слоя огарка. В неподвижном слое горение пирита протекает во внутридиффузионной области.

Скорость процесса горения пирита описывается кинетическим уравнением

V = K × F × DC,

где К – коэффициент скорости; F – поверхность твердой фазы; DC – движущая сила процесса.

Для увеличения движущей силы процесса необходимо повышать концентрацию пирита в колчедане путем флотационного обогащения. Можно повысить концентрацию кислорода в зоне обжига путем применения кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, но такой путь увеличения DC дорогой, и поэтому почти не используется. На практике применяют избыток воздуха в 1,5–2,0 раза от теоретически необходимого количества.

Коэффициент скорости может быть увеличен разными путями (применением интенсивного перемешивания, увеличением скорости газового потока или температуры) в зависимости от области протекания процесса, которая определяется как условиями обжига, так и устройством реакторов (печей, в которых осуществляется процесс). Когда процесс протекает в кинетической области, необходимо увеличивать температуру обжига. Но следует заметить, что при 850–1000°С наблюдается спекание колчедана, что приводит к уменьшению поверхности взаимодействия фаз.

Уменьшение размера частиц материала, достигаемое тонким измельчением колчедана, увеличивает поверхность взаимодействия фаз. На практике применяют тонко измельченный флотационный колчедан с размером частиц 0,03–0,30 мм.

Одним из эффективных путей увеличения коэффициента массопередачи и поверхности взаимодействия является усовершенствование конструкций печей обжига колчедана.