ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА В ДУТЬЕ НА ПОКАЗАТЕЛИ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ОБЖИГА СУЛЬФИДНОГО МЕДНОГО КОНЦЕНТРАТА

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение влияния содержания кислорода в дутье на кинетику процесса окисления сульфидных концентратов и степень удаления серы.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Для удаления серы медные и никелевые концентраты подвергают предварительному обжигу. Обжиг сопровождается следующими химическими реакциями. При невысоких температурах 100 – 300⁰С происходит образование сульфатов:

CuS + 2O₂ = CuSO₄при 100 – 300⁰С (1)

FeS₂+ 3O₂ = FeSO₄+ SO₂при 200 – 250⁰С (2)

С повышением температуры последовательно протекают реакции образования элементарной серы

2CuS = Cu₂S+0, 5S₂ при 400 – 450⁰С (3)

2FeS₂= FeS+S₂ при 575⁰С (4)

2СuFeS₂ = Cu₂S+2FeS+0, 5S₂ при 700 – 800⁰С (5)

При достаточном расходе воздуха и нормальном тепловом состоянии основными реакциями являются реакции горения как продуктов диссоциации, так и природных сульфидов с образованием конечного продукта в виде SO₂.

CuS + 1, 5O₂ = CuO + SO₂ при 350⁰С (6)

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe ₂O₃ + 8SO₂при 400⁰С (7)

3FeS₂ + 8O₂ = Fe₃O₄ + 6SO₂ при 570⁰С (8)

2FeS + 3, 5O₂ = Fe₂O₃ + 2SO₂при 600 – 700⁰С (9)

Упругость диссоциации сульфатов железа (FeSO₄) и меди (CuSO₄) с парциальным давлением газа 1 ат. достигается соответственно при 700⁰С и 820⁰С. Сульфат меди в смеси с CuS разлагается при еще меньшей температуре – 400⁰С. Поэтому в процессе обжига сульфаты практически полностью разлагаются. А процесс обжига ведут при максимально возможной температуре, при которой начинается размягчение и спекание рудных частичек. Для большинства руд цветных металлов температура начала размягчения находится на уровне 900⁰С. При этой температуре, например, для сульфидных медных концентратов в равновесии остаются низшие сульфиды Cu₂S, FeS и оксиды CuO, Fe₂O₃, Fe₃O₄.

При обжиге концентрата достигается в среднем степень выгорания серы на уровне 50 – 60 %. Степень удаления серы зависит от удельного расхода окислителя – воздуха, который на практике регулируют в пределах 0.7 – 0.9 м³/кг концентрата.

В лабораторной работе №3 Вы изучали как влияет газодинамика на скорость химических процессов. Однако на кинетику окисления влияет не только газодинамика, но концентрация кислорода в газе-окислителе в соответствии с законом действующих масс. Увеличение доли кислорода приводит к тому что снижается скорость газа при которой реакция переходит в кинетическую область. Это дает возможность увеличить диаметр печи обжига, т.е. увеличить количество обжигаемого материала не снижая при этом скорости реакций. Следовательно увеличится производительность печи. С другой стороны, применение воздуха, обогащенного кислородом способствует возникновению местных перегревов в печи и спеканию шихты. Если происходит спекание и оплавление шихты печь не может работать нормально, т.к. шихта не сможет выходить из печи после обжига, а воздух не сможет пройти через газонепроницаемую спекшуюся шихту. Такое состояние печи называют закозлением. В этой работе Ваша цель найти для нескольких концентраций кислорода в дутье скорость газа при которой реакция перейдет в кинетический режим, а также установить спечется ли шихта в при этой концентрации кислорода. И если спечется, то в какой степени. Образец такой зависимости представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Зависимость скорости реакции от скорости газа

На рисунке 1 представлена зависимость скорости реакции от скорости газового потока при различных концентрациях кислорода в воздухе О1, О2, О3. Причем О1 < O2 < O3. Как видно из графика чем выше содержание кислорода в дутье, тем при меньшей скорости газа будет достигнута кинетическая область протекания процессов окисления.

3. ОБОРУДОВАНИЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА:

В лабораторных условиях обжиг медного концентрата проводится в вертикальной электропечи с силитовыми нагревателями. Для работы используется стальная трубка с сеткой для установки обжигаемого материала. Замер температуры в печи производится платино-платинородиевой термопарой с регистрацией ее ПСР 1-03. Схема установки представлена на рисунке 1.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Установка для изучения газодинамических условий окислительного обжига, представленная на рисунке 2 состоит из вертикальной реакционной трубки – 1 в которую на сетку 2 помещается обжигаемый материал. Из баллонов со сжатым воздухом и кислородом 6 через редуктор 5 и расходомер 4 в печь подается воздух. Таким образом содержание кислорода в газе регулируется путем регулирования соотношения расхода кислорода и воздуха. Периодически газ отбирается для анализа на содержание SO₂ в газоанализатор 7. Постоянно газ выходит в атмосферу через газовый счетчик 8. Температура измеряется с помощью термопары (9) и милливольтметра (10).

Рисунок 2. Экспериментальная установка для изучения влияния газодинамических условий на кинетику окислительного обжига

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изготовить из медного или никелевого концентрата окатыши и разделить их на фракции 1-2, 2-3, 3-4 мм.

2. Рассчитать скорость витания частиц для данного материала.

3. Отвесить 20 грамм окатышей фракции, указанной преподавателем и поместить в реакционную трубку.

4. Включить печь и нагреть до температуры 500-600⁰С по указанию преподавателя.

5. Включить подачу воздуха с расходом 0, 5 л / мин и расход кислорода 0, 5 л / мин (учитывать при этом расчетную скорость витания и не превышать ее) Либо задавать соотношение газов по заданию преподавателя, либо рассчитывать их самостоятельно по заданному преподавателем содержанию кислорода в окислительном газе.

6. Каждые 10 мин отбирать пробу газа и фиксировать количество прошедшего через счетчик газа.

7. Занести результаты опыта в таблицу 6.

8. Вести продувку в течении 40 мин.

9. Повторить опыт при расходах воздуха и кислорода 1 и 1, 1, 5 и 1, 5, 2 и 2 л / мин соответственно, сохраняя таким образом концентрацию кислорода постоянной (1: 1) или в соответствии с соотношением или концентрацией по указанию преподавателя.

10. Произвести обработку результатов.

11. Задаться новой концентрацией кислорода в окислительном газе и повторить исследование воздействия скорости газа на кинетику процесса.

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Обработка экспериментальных данных.

1. Рассчитать объем выделившегося SO₂, умножив объем прошедшего через счетчик за 10 минут газа на содержание SO₂ V_SO₂= V_г * (SO₂, %)_г.

2. Рассчитать количество газифицированной серы исходя из объема SO₂ S_г = V_SO₂ * (32 / 22, 4). Количеством серы, которое удаляется из концентрата в виде элементарной серы пренебрегаем.

3. Рассчитать концентрацию кислорода в окислительном газе по уравнению аддитивности. О_{2(смеси)}, % = (Q_{воздуха} * О_{2(воздуха)} + Q_{кислорода} * О_{2(кислорода)}) / (Q_{воздуха} + Q_{кислорода}), где:

Q_{кислорода}, Q_{воздуха} – расход тех. кислорода и воздуха

О_{2(воздуха)}, О_{2(кислорода)} – концентрация кислорода в воздухе и в тех. Воздухе.

4. Рассчитываем количество серы, содержащееся в навеске как произведение концентрации серы на массу навески S_H = m_H * (S, %).

5. Рассчитываем степень удаления серы из концентрата как отношение массы газифицированной серы к массе серы в навеске. X_s = S_г / S_H_..

6. Измерить диаметр реакционной трубки и рассчитать скорость газа и критерий Рейнольдса для данного расхода воздуха при данной температуре по формулам, данным в теоретической части. Заполнить таблицу 1.

7. Построить график зависимости степени удаления серы из концентрата от времени. Найти среднюю скорость реакции как тангенс угла наклона этой прямой.

8. По окончании опыта рассчитать среднюю концентрацию SO₂ в газах обжига.

9. Повторить обработку опытных данных при другой скорости окислительного газа.

10. Построить графики зависимости концентрации SO₂ от скорости газа, зависимости скорости реакции от скорости газа.

11. Провести расчет при следующей концентрации кислорода в окислительном газе.

12. При помощи математического пакета статистической обработки данных вывести многофакторную зависимость типа: скорость реакции = f (Re, О₂, %) и SO₂ = f (Re, О₂, %).

13. Сделать выводы о влиянии газодинамических режимов и концентрации кислорода в окислительном газе на результаты обжига.

Таблица 1 Результаты экспериментов по изучению влияния газодинамики и концентрации кислорода в окислительном газе на скорость окислительного обжига медного и никелевого концентрата

Время обжига, мин	Концентрация кислорода в окислительном газе, %	Количество газа по счетчику, литр	Скорость газа, м/сек	Re	SO₂, %	S_газ, грамм	Степень удаления серы, %

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие химические реакции протекают при окислительном обжиге медных концентратов?

2. Каково влияние концентрации кислорода в окислительном газе на кинетику процесса и технологические показатели обжига? Объясните

3. Какая степень удаления серы при окислительном обжиге и что влияет на ее величину?

4. Что такое кинетическая и диффузионная область протекания реакций, как ее определить и как на этот переход влияет концентрация кислорода?

5. В каких соотношениях надо смешать воздух (21 % кислорода) и тех. кислород (99, 5 %), чтобы получить смесь с содержанием кислорода 67%.

6. Какие графики были Вами построены и какие на основе этих графиков были сделаны выводы?

8. ЗАДАНИЕ: В лабораторных условиях воспроизвести один из вариантов плавки медных концентратов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒