Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Якщо реакція супроводиться утворенням залізної окалини, то рівняння реакції матиме такий вигляд:
3FeS2 + 8O2 = Fe3O4 + 6SO2 + Q.
Завжди при окисленні FeS2 утворюється плівка оксидів заліза, тому дальше вигорання сірки лімітується дифузією O2 повітря до неокисленого ядра FeS2 і оборотною дифузією SO2 з глибини часточок. Саме цей процес внутрішньої дифузії і визначає загальну швидкість
Рис 128 Вплив температури на ступінь вигорання S в колчедані
4 —
— і = 500° C 2 -( = 600° С, t = 800° С, 5 — і
З — і = 700° С. = 900° C
випалення піриту. Під час випалення колчедану виділяється велика кількість тепла, тому весь процес відбувається аутотер-мічно. У пазову фазу_з сирови#и~н-адходять також.ДІ^бдТ SeO2 і волога. Твердий зяли-цщк__ггісля випалення сірчагюго_кдлчеда-ну — недогарок (70—80%"всього колчеда-ну) — містить крім оксидів заліза ще не-довипалені FeS2, FeS, негорючі SiO2, CaSO1, ^MgSO1, іноді золото, срібло, оксиди_ міді, цинку, кобальтут^гаТП^кГта інших елементів. ¦^9 3 їїідогарку, в якому міститься QJb=3_%^_S^ і 47-—48% Fe, виплавляють високоякісний мідистий чавун. Обробляючи його H2SO1 після хлоруючого випалення, з нього вилучають цінні речовини. Крім того, недогарок використовують у цементній промисловості, для виготовлення мінеральних фарб (сурик, мумія), як шліфувальний порошок при виготовленні дзеркального скла.
Рушійна сила процесу випалення зростає із збільшенням вмісту FeS2 в природній руді і концентрації O2 в газовій суміші. Як правило, використовують майже подвійну кількість повітря. Збільшення швидкості реакції завдяки зростанню коефіцієнта масопередачі K досяга-ється^дідвцще'нням тещтег^атздж^Але таке підвищення обмежується спіканням часточок колчедану, яке настає даи__850^Ш00^С залежно від домішок до колчедану і виду випалювальної печі. Дисоціація колчедану починається при температурі nrjHjy7jj00°_C_i з підвищенням її швидко зростає. Швидкість реакції окислення сірчистих сполук обернено пропорційна розмірам кусків колчедану і зростає з підвищенням температури. Вплив температури на ступінь вигорання S з колчедану видно з рис. 128. Дифузійні пг^юцеси інтенсифікуються пере-мішуванням^олчедану в повітрі. Проте процес вигорання колчедану лімітується в основному "дифузією O2 і SO2 в порах оксиду заліза. Тому для полегшення дифузії і збільшення поверхні стикання FeS2 з O2 повітря краще подрібнювати колчедан. Флотаційний колчедан складається в основному з часточок розміром від 0,03 до 0,3 мм. Розмір грудочок колчедану при спалюванні в поличних печах становить ?—6 мм. Із зменшенням розміру часточки колчедану починають спікатись у поличних печах при нижчій температурі. Під час випалювання колчедану в^завислому стані і в киплячому шарі процес спікання спостерігається н1ІбаТ~ато""1їїдше..Отже, швіщіігіть^вигілдіодашкг-тюлче-^аііу_.лу^}овлюється швидкіCTQjm4iy-3ii--Су_якии у шарі _Л?а?ЩО}щх компонеігтігГтгггфуїгдуєТо" поверхні часточок—через_ суміш SO, _i_No ^двттрят що рухається від поверхнГгГтазовуїфазу."
Для створення оптимальних умов випалювання колчедану треба, щоб температура твердої маси на поверхні полиць печей не переви-
щувала 900° С. Якщо колчедан випалюють у завислому стані, температуру можна підтримувати на 100—150° C вище, слід також мати надлишок повітря.
Печі для випалювання колчедану. В Радянському Союзі застосовують печі трьох типів: механічні поличні печі з перемішуванням колчедану, печі для випалювання в дариглпму стані і печі для випалювання в киплячому шарі.
Механічні поличні печі (ВХЗ) (див, рис. 11) придатні для випалю-вання оудь-якої сипкої сировини" флотаційного і звичайного сірчаного колчедану, сульфідних руд кольорових металів, газоочисних мас, в яких містяться сірчисті сполуки. Після випалення колчедану в печах ВХЗ недогарок містить у середньому до 2% S. Продуктивність печі ВХЗ в середньому 35 т колчедану на добу. Утворений сірчистий газ містить в середньому 9% SO2, 9% O2 і 82% N2.
Якщо під час випалення в печах ВХЗ відбувається спікання недогарку, їх замінюють печами випалення порошкоподібного колчедану в завислому стані (див! рис. 44). Ці печі працюють добре, якщо колчедан і повітря подаються рівномірно і в певному співвідношенні. Температура в них досягає 1100°С, що дає змогу зменшити надлишок повітря порівняно з механічними печами. Утворений газ містить до 13% SO2, а в недогарку залишається 1,0—1,5% S. Тепло газів, що виходять з температурою 1000° С, використовують в котлах-утилізаторах. Істотним недоліком цих печей є високий вміст пилу в газі (до 300 г/м3) і висока температура недогарка. Проте висока продуктивність, простота будови та інші позитивні якості набагато перевершують їх недоліки.
Схему печі для випалення колчедану в киплячому шарі (КШ) наведено на рис. 43 Внаслідок повного обмивання часточок колчедану повітрям S вигорає дуже швидко, чим досягається висока інтенсивність процесу. Газ містить до 15% SO2, вміст S в недогарку близько 0,5%. Пилу виноситься з газом ще більше, ніж в печах для спалювання порошкоподібного колиегтяну. Широке застосування печей КШ різко збільшило виробництво H2SO4, знизило її собівартість і сприяло поліпшенню всіх техноекономічних показників сірчанокислотного виробництва.