книги из ГПНТБ / Брагина В.И. Технология угля и неметаллических полезных ископаемых

«силикат-гранулята» (при быстром охлаждении расплава, выходящего из печи в проточной воде).

Растворимость жидкого стекла определяется кремнеземи­ стым модулем Si02 , который колеблется от 2 до 4,5 и подби­ рается при шихтовке кварцевого песка с содой или сульфа­ том натрия и углем. Растворимое стекло применяют при из­ готовлении кислотоупорных цементов, упрочнения грунтов, в электроизоляционной, красочной и других отраслях промыш­ ленности. Широко применяется жидкое стекло в обогащении.

Ситаллы — это микрокристаллические материалы гетеро­ генной структуры, получаемые на основе стекла путем прину­ дительно-управляемой его кристаллизации. Если в стекло (или изделие из стекла) ввести катализатор и нагреть до тем­ пературы выпадения катализирующих добавок, то в стекле образуется большое количество центров кристаллизации. При дальнейшем повышении температуры на этих центрах проис­ ходит кристаллизация стекла: Причем, благодаря огромному количеству центров кристаллизации и одновременному росту кристаллов, получается материал однородной и мелкокри­ сталлической структуры (ситалл). Мелкокристаллическая структура ситалла обеспечивает его большую механическую прочность и жаропрочность по сравнению с исходным стек­ лом. Жаропрочность ситалла объясняется тем, что образо­ вавшиеся в нем кристаллики представляют собой определен­ ные тугоплавкие соединения, состоящие из окислов, которые' входят в состав стекла. Стекло же размягчается постепенно, •и начало размягчения лежит при температурах значительно более низких, чем температура плавления кристаллов. По­ лучены ситаллы, обладающие кратковременной жаростой­ костью— до 3000° С, прозрачные ситаллы и с нулевым коэф­ фициентом расширения, выдерживающие резкую смену тем­ ператур—от 1000 до 0°С. Металлические свойства ситаллов близки к свойствам чугуна, их жаропрочность, термостой­ кость близки к лучшим" сортам высоколегированных сталей.

Начато производство так называемого шлакоситалла из огненножидких шлаков, выходящих из доменных печей, в ко­ торые добавляют двуокись кремния в виде кварцевого песка. Последний растворяется в шлаке с образованием стекла, лег­ ко превращающегося в ситалл. Расплавленное стекло можно отливать в формы, прокатывать и т. д., т. е. изготовлять раз­ личные конструктивные материалы с-последующей или одно­ временной их ситаллизацией.

Г л а в a

Т Е Х Н О Л О Г И Я П Р О И З В О Д С Т В А С Е Р Н О Й К И С Л О Т Ы

1.

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Безводная серная кислота (моногидрат) H2 SO( представ­ ляет собой тяжелую маслянистую жидкость, которая смешива­ ется с водой во всех соотношениях с выделением большого количества тепла. Плотность H 2 S0 4 при 0°С равна 1,85 г/см3 . Она кипит при температуре 296° С и замерзает при —10° С.

Серной кислотой называют не только моногидрат, но и вод­ ные растворы его ( H 2 S 0 4 + n H 2 0 ) , а также растворы серного ангидрида в моногидрате (H 2 S0 4 +nS03), называемые олеу­ мом. Олеум на воздухе «дымит» вследствие десорбции из него S03 . Чистая серная кислота бесцветна, техническая — окра­ шена примесями в темный цвет.

Серная кислота весьма активна. Она растворяет окислы металл'ов и большинство чистых металлов; вытесняет при по­ вышенной температуре все другие кислоты из солей. Особен­ но жадно серная кислота соединяется с водой, благодаря способности давать гидраты. Она отнимает воду от других кислот, от кристаллогидратов солей и даже кислородных про­ изводных углеводородов, которые содержат не воду, как та­ ковую, а водород и кислород в сочетании Н:0 = 2. Дерево и'4 другие растительные и животные ткани, содержащие целлю­ лозу, крахмал и сахар, разрушаются в концентрированной серной кислоте; вода связывается с кислотой, и от ткани ос­ тается лишь мелкодисперсный углерод. В разбавленной кис-- лоте целлюлоза и крахмал распадаются с образованием Са­ харов.

При попадании на кожу человека концентрированная серная кислота вызывает ожоги.

Высокая ативность серной кислоты в сочетании со срав-

иительно небольшой стоимостью производства, предопредели­ ли громадные масштабы и чрезвычайное разнообразие ее применения.

Трудно найти такую отрасль народного хозяйства, в ко­ торой не потреблялась бы в тех или иных количествах серная кислота или произведенные из нее продукты. Крупнейшим по­ требителем серной кислоты является производство минераль­ ных удобрений: суперфосфата, сульфата аммония и др. В Со­

дятся в значительной части при помощи серной кислоты. Сер­ ная кислота широко применяется в производстве цветных и редких металлов. В металлообрабатывающей промышленно­ сти серную кислоту или ее соли применяют для травления сталь­ ных изделий перед их окраской, лужением, никелированием, хромированием и т. п. Значительные количества серной ки­ слоты затрачиваются на очистку нефтепродуктов. Получение ряда красителей- (для тканей), лаков и красок (для зданий и машин), лекарственных веществ и некоторых пластических масс также связано с применением серной кислоты. При по­

тканей перед их крашением, а также в других отраслях лег­ кой промышленности. В пищевой промышленности серная ки­ слота применяется при получении крахмала, патоки и ряда других продуктов. Транспорт использует свинцовые сернокис­ лотные аккумуляторы. Серную кислоту используют для осуш­ ки газов и при концентрировании кислот. Наконец, серную кислоту применяют в процессах нитрования и при производ­ стве большей части взрывчатых веществ.

Производство серной кислоты в 1913 г. в России составля­ ло 0,15 млн. т, а в 1969 г. в СССР достигло 10,7 млн. т. По масштабам производства в 1913 г. Россия занимала 13-е ме­ сто в мире, а сейчас СССР занимает второе место [43].

Производится серная кислота двумя способами: нитрозным,- существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце XIX и начале XX века. Контакт­ ный способ вытесняет нитрозный (башенный).

Первой стадией сернокислотного производства по любому

катализаторы.

2.

ПРОИЗВОДСТВО СЕРНИСТОГО ГАЗА

Сернистый ангидрид S0 2 —это бесцветный газ, в 2, 3 раза тяжелее воздуха, с резким запахом. Чистый (100%) S0 2 при атмосферном давлении и — 10°С сжигается. При растворении

S 0 2 в воде образуется слабая и'нестойкая сернистая кислота:

S O S - T - H 2 O ^ H 2 S 0 3 .

жащее серу, как природные материалы, так и промышленные отходы.

В отечественной сернокислотной промышленности основ­

том специальной добычи, а также отходом обогащения мед­

Обжиг серного колчедана

Обжиг серного колчедана производится в печах различной конструкции. При нагревании колчедана FeS2 происходит его разложение с отщеплением серы, которая сгорает в парооб­ разном состоянии с образованием сернистого газа:

2FeS2 -v2FeS+S2 —24,8 ккал. SnaP -f02 ra3-^S02 -j-86,5 ккал.

Оставшийся FeS реагирует с кислородом, образуя окислы железа — огарки и сернистый газ:

4FeS+ 7 0 2 = 2Fe 2 03+4S0 2 +581,2 ккал.

В состав обжигового сернистого газа частично переходят присутствующие в колчедане примеси мышьяка, селена, тел­ лура и рения, которые загрязняют получаемую из него сер­ ную кислоту и вредно действуют на катализаторы. Поэтому сернистый газ подвергается тщательной очистке.

вает его стіеканце. Образующиеся в результате спекания кол­

го завода) является универсальной для обжига любого сыпу­ чего сернистого сырья. В ней обжигают флотационный и ря­ довой серный колчедан и сульфидные руды цветных металлов.

Печь (рис. 04) представляет собой вертикальный цилин­ дрический стальной кожух, футерованный изнутри огнеупор­

колчедан, поступающий в печь через герметизированный та­ рельчатый питатель, по полкам попеременно от центра к пе­

ку. Обжиговый газ, противотоком движению колчедана, через общий газоход поступает в систему очистки. Подача воздуха регулируется задвижками, имеющимися в кожухе печи.

Диаметр печи около 6 м, высота 8 м. Общая поверхность

ся равномерное питание печи колчеданом, воздухом, надеж­ ное охлаждение вала и гребков, регулярная очистка пересып­ ных каналов и отверстий и равномерное удаление огарков и пыли из газоходов.

Печь для обжига во взвешенном состоянии (рис. 65)

предназначена для флотационного колчедана и представляет собой стальной цилиндр, футерованный огнеупорной кладкой, установленной на кольцевом фундаменте. Колчедан из бунке­ ра поступает со струей воздуха в питатель-форсунку, из ко­ торой распределяется равномерно по сечению печи. Для бо­ лее полного выгорания серы в верхнюю часть печи через фур­ мы подается вторичный воздух. Там установлен экран из стальных труб, по которым циркулирует охлажденная вода, устраняющая налипание колчедана на верхний свод. Огарок выводится через бункер, расположенный в нижней части пе­

700кг/сутки.

Вобжиговых газах печи содержится значительное количе­ ство пыли (до 100 г/м3 ), для их очистки требуются мощные пылеочистительные отделения.

Печь обжига в кипящем слое КС (рис. 66) предназначена

для мелкого колчедана (дробленого рядового и флотационно­ го) и представляет собой цилиндрическую камеру, в нижней части которой имеется решетка для подачи воздуха. Размеры

интенсивность перемешивания колчедана напоминает кипение. Чем выше кипящий слой, тем полнее выгорает сера. Однако для поддержания кипящего слоя большой высоты требуется

увеличение давления «воздуха, а следовательно, и увеличение расхода электроэнергии.

При высоте кипящего слоя 700 мм расход энергии состав­ ляет 12—14 квт. ч/т колчедана. Температура в печи во избе­ жание слипания частиц колчедана не должна превышать 800° С. Поэтому в зону кипящего слоя вводят секции теплооб­ менника или парового котла.

Интенсивность объема печи по обжигу колчедана в кипя-

Р и с. 66. Печь для обжига колчедана в кипящем -слое

щем слое достигает 2000 кг/м3 в сутки. При обжиге флотаци­ онного колчедана с обжиговым газом из таких печей уносит­ ся до 90% огарков, поэтому печи требуют мощной системы очистки газов.

Сжигание серы

Сжигание серы осуществляется значительно проще, чем обжиг колчедана, так как здесь не получается огарков. Для сжигания серы применяются форсуночные и циклонные печи.

Форсуночная печь (рис. 67) представляет собой стальной футерованный огнеупорным кирпичом горизонтальный ци­ линдр. Перед подачей в печь серу плавят глухим паром в плавильном котле и отфильтровывают от примесей. Расплав­ ленная сера смешивается с воздухом, входящим через воз­ душный короб, и подается в печь через форсунки, располо-

женные в торцовой части печи под давлением 12 атм. Через отверстия в стенки печи подается дополнительный воздух, а внутри печи для лучшего смешения серы и воздуха устроены перегородки. Розжиг печи осуществляется нефтяной форсун­ кой.

Сжигание сероводорода

' Печь для сжигания сероводорода представляет собой стальной, футерованный изнутри огнеупором, цилиндр с раз­ мещенными в нем секциями парового котла.. Сероводородный газ смешивается с воздухом и через горелку, расположенную в верхней части печи, поступает в камеру сжигания. Так как сероводородно-кислородная газовая смесь взрывоопасна, то в нижней части печи у газоотвода устанавливают предохрани­ тельный клапан, предотвращающий возможность разрушения печи при взрыве.

Процесс сжигания сероводорода ведут при незначитель­ ном избытке кислорода, а при наличии в газе цианистого во­ дорода даже при некотором его недостатке (чтобы в газах получались не окислы азота, а азот).

Для более полного сжигания сероводорода газ направля­ ется в специальные камеры дожигания.