Получение обжигового газа
из колчедана
Суммарную реакцию
обжига колчедана можно представить в виде реакции (I), где ∆Н=-853,8 кДж⁄моль
FeS2, или 7117 кДж ⁄кг. Фактически она протекает через несколько
последовательно-параллельных стадий. Сначала происходит медленная
эндотермическая реакция термического разложения дисульфида железа, а затем
начинаются сильно экзотермические реакции горения паров серы и окисления
сульфида железа FeS.
Часть кислорода
воздуха расходуется в реакции на окисление железа и поэтому максимально
возможная концентрация диоксида серы в обжиговом газе в этом случае ниже, чем
при сжигании серы.
Колчедан, применяемый
для обжига, предварительно обогащают флотацией. Флотационный колчедан кроме
пирита FeS2 содержит
ряд примесей ( в частности, соединения мышьяка, селена, теллура, фтора),
которые при обжиге переходят в состав обжигового газа в виде оксидов As2O3, SeO2,TeO2
и фторсодержащих газообразных соединений HF, SiF4.
Наличие этих соединений обусловливает необходимость последующей очистки газа.
В состав
обжигового газа входит также небольшое количество триоксида серы SO3, так как оксид железа при
высоких температурах является катализатором окисления SO2 в SO3.
Обжиг колчедана –
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, также
многостадийную. Для увеличения скорости процесса стремятся прежде всего
уменьшить сопротивление диффузионных стадий, т. е. не проводить обжиг колчедана
в диффузионной области. Это может быть достигнуто измельчением твердой фазы и
интенсивной турбулизацией потока. Наиболее удобным аппаратом для этой цели
является печь с псевдоожиженным слоем колчедана (печь «кипящего слоя» КС).
Температура
процесса должна быть достаточно большой для обеспечения высокой скорости
реакции. При низких температурах (ниже 500˚C) не может протекать
эндотермическая реакции термического разложения дисульфида железа. Однако
проведение обжига при очень высоких температурах может вызвать нежелательный
физический процесс спекания частиц горящего материала, приводящий к увеличению
их размеров. Следствием этого явится увеличение времени полного превращения
твердых частиц τп и понижением
производительности печи. Температура спекания колеблется в зависимости от
состава (сорта) колчедана в пределах от 800 до 900˚C. Проведение процесса
в адиабатическом режиме привело бы к разогреву до более высоких температур.
Поэтому часть теплоты обжига приходится отводить внутри печи. Удобнее всего это
сделать в печах КС, так как в псевдоожиженном слое твердого материала
достаточно велик коэффициент теплоотдачи от колчедана к поверхности охлаждающих
элементов [~ 1000 кДж/(м²·ч·К)] и
в «кипящей» слой можно ввести змеевики охлаждения.
Для обжига
колчедана применяют несколько типов непрерывно действующих печей, в которых по
разному решен вопрос о характере движения твердой фазы. В старых сернокислых
установках можно встретить механические (подовые) печи. Измельченный колчедан
находиться в таких печах на нескольких подах и сгорает по мере перемещения его
гребками с одного пода на другой. В печах пыливидного обжига частицы колчедана
сгорают во время падения в полой камере. В циклонные печи колчедан подают
тангенциально вместе с горячим воздухом с большой скоростью; колчедан сгорает,
вращаясь в печи вместе с воздухом: расплавленный огарок вытекает через
специальные отверстия.
В настоящее время
в сернокислой промышленности для обжига колчедана применяют в основном печи
кипящего слоя с псевдоожиженным слое твердого материала. В псевдоожиженном слое
обеспечивается высокая скорость диффузионных и теплообменных процессов (подвод
кислорода к поверхности колчедана, отвод диоксида серы в газовый поток, отвод
теплоты от поверхности сырья к газовому потоку). Отсутствие тормозящего влияния
масс – и теплообмена позволяет проводить обжиг колчедана в таких печах с
высокой скоростью. Печи КС характеризуются максимальной интенсивностью в
сравнение с другими конструкциями, применяемые для обжига колчедана. К
недостаткам печей КС можно отнести высокую запыленность обжигового газа.
При подготовке данной работы были использованы материалы с
сайта http://www.studentu.ru