Выход со2определяют по формуле
(36)
Скорость разложения карбонатов находим по формуле
v = V / t, (37)
где V – объем СО2, выделившегося за промежуток времени t.
3.2.5. Задание к лабораторной работе
Определить влияние температуры на степень и скорость разложения карбонатов металлов (Na2CO3,CaCO3,MgCO3, мел и др. по заданию преподавателя) и выходCO2.
Изучить влияние дисперсности (размера частиц) карбонатов на скорость их разложения. Дисперсность определить методом ситового анализа.
Определить скорость образования силикатов в зависимости от состава исходной смеси и мольного соотношения компонентов.
По экспериментальным и расчетным данным построить графические зависимости степени превращения, выхода, скорости от соответствующих параметров процесса.
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.
3.3. 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).
3.3.1. 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, H0298 = – 3372 кДж.
Реакция необратимая, протекает с выделением тепла.
Наряду с FeS2сгорают 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 C,
где К – коэффициент скорости; F – поверхность твердой фазы; C – 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 C 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 850–1000С 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.