21

Введение

Все металлургические процессы делятся на три группы: пирометаллургические, гидрометаллургические и электрометаллургические.

Пирометаллургические процессы в большинстве случаев протекают при высоких температурах и часто с расплавлением материалов. Пирометаллургические процессы по температуре и по характеру принимающих участие фаз разделяются на две большие группы: обжиг и металлургическая плавка.

Обжиг - это такой металлургический процесс, который ведут при высокой температуре, но чаще даже без частичного расплавления фаз.

В металлургических плавках жидкие фазы играют основную роль, но это не только расплавление, а сложный процесс, сопровождающийся многочисленными химическими превращениями. В этих процессах в общем случае исходные твердые вещества реагируют между собой и с газообразной фазой, давя сумму жидких фаз и измененную газообразную фазу. Образовавшиеся жидкие фазы обладают малой взаимной растворимостью и поэтому разделяются. Металлургические плавки делятся на рудные и рафинировочные.

Рудные плавки - это те, в которых обработке подвергается руда или концентрат. По характеру протекающих химических реакций они разделяются на следующие виды плавок: восстановительная плавка, окислительная концентрационная плавка, электролитическая плавка, металлотермические плавки, реакционные плавки.

Цель рафинировочных плавок - рафинирование металлов от примесей. Рафинировочные плавки имеют следующие разновидности:

- ликвационное рафинирование;

- дистилляционное рафинирование;

- окислительное рафинировании;

- хлорное рафинирование;

- сульфидирующие плавки;

- карбонильное рафинирование.

В данной работе рассмотрены закономерности и расчеты некоторых пирометаллургических процессов и систем.

1 Расчетная часть

Задание 6 Обжиг сульфидов и спекание

Составить уравнение связи G = f(T) для реакций сульфатизирующего

обжига в интервале 298 - 900 К.

Рассчитать G для температуры 400 К и 800 К и оценить их термодинамическую вероятность протекания, сопоставив их с данными практики сульфатизирующего обжига.

Таблица 1 - Обжиг сульфидов и спекание

вариант	Реакция	, кДж	, кДж
4	PbSО4 тв + PbOтв = PbSO4  PbO	- 31,0	- 27,0

Решение:

Для расчета используем данные таблицы 2

Таблица 2 - Термодинамические характеристики компонентов реакции

Компоненты системы	H0 298 кДж/моль	S0 298 Дж/(моль .К)	Ср = а + b Т + С-2 . T-2			Температурный интервал, К
			а	b . l03	С-2 . 10-5
			Дж/(моль . К)
PbO	- 217,86	67,4	37,87	26,78	-	298-1000
PbSO4	- 918,1	147,2	45,86	129,7	17,57	298-1000
PbSO4 . PbO	1104,7	- 233	85,81	-	-	298 -1000

= - 31,0 кДж; = 27,0 кДж

= - 0,013 кДж

С_р = а + bT + c_-2 T^-2

Молярную теплоемкость химического соединения (при отсутствии справочных данных) рассчитывают по уравнению:

С = Мс = n_i c_i,

где С – молярная теплоемкость соединения, Дж/(мольК);

с – удельная теплоемкость, Дж/(гК);

М – молярная масса химического соединения;

n_i – число молей атомов элементов, входящих в соединение;

c_i – молярные теплоемкости элементов, Дж/(мольК).

С_{(PbSO4 . PbO)} = 2  26,82 + 5  16,8 + 32 = 169,64 Дж/(мольК)

(PbSO₄ ^. PbO) = - (PbSO₄) - (PbO) = 1104.71 кДж/моль

( PbSO₄ ^. PbO ) = - (PbSO₄) - (PbO) = - 233 Дж/ (моль К)

Таблица 3 –Величины для вычисления термодинамических функций по методу Темкина и Шварцмана

Т	М0	М1 . 10-3	М-2 . 105
400	0,0392	0,0130	0,0364
800	0,3597	0,1574	0,2213

а = 169,64 – 37,87 – 45,86 = 85,91

b * 10 ³ = - 26,78 – 129,7 = - 156,48

c_-2 ^* 10 ^-5 = - 17,57

Рассчитаем энергию Гиббса по уравнению Темкина – Шварцмана при температуре 400 к и 800 К

G⁰_T = H⁰₂₉₈ - T S⁰₂₉₈ – T ( aM₀ + bM₁ + c_-2M_-2 )

G⁰₄₀₀ = - 31000 – 400 (- 13) – Т ( 85,91 ^. 0,0392 – 156,48 ^. 0,0130 + - 17,57 ^. 0,0364) = - 26077,6 Дж/моль

G⁰₈₀₀ = 31000 – 800 (- 13) – 800 ( -85,91 ^. 0,3597 – 156,48 ^. 0,1574 – 17,57 ^. 0,2213) =

= 43264 Дж/моль

Проверим полученные значения по уравнению Гиббса -Гельмгольца

G⁰_T = H^Т₂₉₈ - T S⁰₂₉₈ + ( a + b + c / Т²) dT – T ( a/T + b + c / Т³) dT

После подстановки данных получим значения:

Рассчитаем энергию Гиббса при температуре 400К и 800К.

G⁰₄₀₀ = 27957,2 Дж/моль

G⁰₈₀₀ = 39954,3 Дж/моль

Сходимость результатов при расчете энергии Гиббса по выведенному уравнению и методом Темкина и Шварцмана свидетельствует о правильности расчетов.