Обжиг сульфидных руд

БГТУ

Факультет ХТиТ

Группа                 Курс

Лабораторная работа

Наименование: Обжиг сульфидных руд

Исполнители:

Ф.И.О.                                                 Росписи

Карловская Т.В.

Сдано:                                                         Дата:

Принято:                                                 Дата

Ст. преподаватель

    к.т.н.                                                         Габалов Е.В

Отметка о прохождении отчета:                         Дата:

Отметка о защите отчета:                                 Дата:

1. Теоретическая часть

Обжиг сульфидных руд - типичный гетерогенный процесс в системе «газ-твердое», 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 FеS2, который встречается в виде минерала пирита и реже марказита. Кроме FеS2, 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%.

Обжиг колчедана (пирита) является сложным физико-химическим процессом и включает в себя ряд последовательно или одновременно протекающих реакций:
           ‒ термическая диссоциация: 2FeS2 → 2FeS + S2;

‒ газофазное горение серы: S2 + 2O2 → 2SO2;

‒ горение пирротина: 4FeS + 7O2 → 2Fe2O3 + 4SO2.

Суммарная реакция:

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2.

При небольшом избытке или недостатке кислорода образуется смешанный оксид железа:

3FeS2 + 8О2 → Fe3О4 + 6SО2.

Обжиг серного колчедана в воздушном потоке производится в печах ра личной конструкции при атмосферном давлении. Процесс обжига пирита характеризуется суммарным уравнением, которое применяется при расчетах материального и теплового балансов:

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2О3 + 8SО2 + 3400 кДж.                        (1)

Фактически этот необратимый процесс состоит из ряда последовательных и параллельных химических реакций, а также диффузионных стадий, которые и лимитируют общую скорость процесса при высоких температурах.

При нагревании колчедана в печи выше 500°С прежде всего происходит диссоциация пирита: 2FeS2 → 2FeS + S2.

Сера быстро сгорает в газовой фазе: S2 + 2O2 → 2SO2.

Сульфид железа окисляется по уравнению: 4FeS + 7O2 → 2Fe2O3 + 4SO2.

В действительности, ниже 600°С окисление происходит через образование сульфатов железа в качестве промежуточных соединений, а при более высоких температурах сначала образуется FeO, а затем уже Fe3О4 или Fe2О3. Во всех случаях при окислении сульфида образуется пленка окислов железа, и дальнейшее выгорание серы лимитируется обычно скоростью диффузии кислорода воздуха к неокисленному ядру FeS и обратной диффузией двуокиси серы из глубины частицы. Именно этот процесс так называемой внутренней диффузии и лимитирует общую скорость обжига колчедана. От 5 до 10% всей серы колчедана переходит в газ в виде SО3. Трехокись серы получается вследствие окисления SО2 при каталитическом действии огарка, а также за счет разложения сульфатов, которые могут содержаться в колчедане или образуются при окислении пирита.