Обжиг пирита

Целевая реакция:

4FeS₂+8O₂ → 2Fe₂O₃+8SO₂ +3417 кДж/моль

Оптимальная температура: 700 – 850°C.

При низких температурах возможно образование сульфата железа (FeSO₄) или его оксидов (FeO и Fe₃O₄).

Максимальное содержание SO₂ в обжиговом газе при стехиометрических соотношениях и воздушном дутье ≈16%. Наибольшее применение нашли печи кипящего слоя (КС) с производительностью от 200 до ˃800 т/сут.

Очистка газа от вредных примесей

Обжиговый после печи КС содержит до 300 г/м³ огарковой пыли, а также соединения As, F, Se, Te. Всё это приводит к повышению гидравлического сопротивления.

Очистка обжигового газа начинается уже в печном отделении – часть пыли оседает в котле-утилизаторе, а затем в циклонах и сухих электрофильтрах. После такой сухой очистки содержание пыли ≤ 50 мг/м³.

Затем газ отправляется на мокрую очистку, где удаляются остатки пыли, каталитические яды и соединения Se и Te. Мокрая очистка заключается в промывке обжигового газа разбавленной H₂SO₄, имеющей более низкую температуру, чем сам газ (это способствует конденсации примесей и кислоты). Часть примесей растворяется в H₂SO₄, но большая их часть переходит в сернокислотный туман. Капли этого тумана вместе с растворёнными примесями выделяются из обжигового газа в промывных башнях и мокрых электрофильтрах. Туман H₂SO₄ повышает гидравлическое сопротивление, корродирует аппаратуру и образует твёрдые корки на поверхности КМ, поэтому от него газ также тщательно очищают.

Мокрую очистку ведут в нескольких аппаратах: первая промывная башня полая (т.к. любая насадка забилась бы огарковой пылью). Во второй насадочной башне происходит укрупнение частиц тумана и его частичное осаждение. Окончательно туман улавливают в мокрых электрофильтрах.

Для улучшения условий выделения тумана в мокрых электрофильтрах снижают температуру газа и концентрацию орошающей кислоты во второй промывной башне (что приводит к насыщению парами воды). После первого мокрого электрофильтра газ пропускают через увлажнительную башню, орошаемую 5%-H₂SO₄. Влажность газа повышается, капли тумана растут.

Затем обжиговый газ проходит второй электрофильтр. Во второй промывной и увлажнительной башнях газ полностью насыщается парами воды, однако её присутствие в газе провоцирует конденсацию серной кислоты в последующих теплообменниках и образование тумана в абсорбционном отделении, поэтому нужно тщательно осушить обжиговый газ.

Осушку проводят в насадочных башнях, где пары воды абсорбируются H₂SO_4конц. Содержание влаги на выходе из сушильных башен не более 0,01%_об.

Контактное окисление SO₂ до SO₃

В контактном аппарате очищенный газ проходит пять слоёв катализатора с протеканием реакции:

SO₂+1/2O₂ ↔ SO₃ +Q

Т.к. температура повышается, газ охлаждают в промежуточных теплообменниках. Степень окисления SO₂ достигает 97% и более.

Температура: 400 – 650°C.

Катализаторы: пентаокись ванадия V₂O₅ промотированная щелочными металлами (#K₂S₂O₇) – БАВ (бариевая алюмованадатовая КМ), СВД (сульфованадат-диатомитовая), СВС (сульфованадат-силикагелевая), КС (кипящего слоя).

Одна из важнейших задач стадии – повышение степени превращения SO₂ с понижением его выбросов в атмосферу. Эта задача решается, к примеру, методом двойного контактирования и двойной абсорбции (ДК и ДА). Суть метода ДК и ДА: реакционную смесь с SO₂, прореагировавшим на 90 – 95%, охлаждают и направляют в промежуточный абсорбер для выделения SO­₃. По правилу Ле-Шателье равновесие реакции окисления сместится вправо. Вновь нагретый газ снова подают в контактный аппарат, где степень превращения оставшегося SO₂ достигнет 95%. Таким образом, суммарная степень превращения SO­₂ составляет 99,5 – 99,8%.

Абсорбция SO₃

Для абсорбции серного газа нецелесообразно использовать воду, т.к. это весьма экзотермичный процесс, что приведёт к образованию сернокислотного тумана.

Оптимальным абсорбентом является 98,3%-H₂SO₄ (т.н. моногидрат), соответствующая азеотропному составу. Преимущество такого абсорбента: над такой кислотой нет ни паров воды, ни SO₃, поэтому скорость абсорбции максимальна:

SO₃+nH₂SO₄+H₂O → (n+1)H₂SO₄ +Q

Если в качестве одного из продуктов нужен олеум, то можно совместить абсорбцию олеумом и моногидратом.

При высокой температуре над 98,3%-H₂SO₄ может быть значительное парциальное давление паров самой кислоты. При t°<100°C абсорбция почти полная.

По мере повышения концентрации кислоты-абсорбента её вновь разбавляют до 98,3% и охлаждают в наружном холодильнике (т.к. при абсорбции выделяется тепло).

5. Основные виды содопродуктов (10 б.).

Различают разновидности:

Основные месторождения природной соды расположены в озёрной местности (Нижний Египет, Алтайский край, Китай).