Теоретичні основи відновлення оксидів металів - Студопедія
Загальні відомості
Теорія шахтної відновлювальної плавки
Агломеруючий випал свинцевих концентратів
Випал свинцевих концентратів застосовують при отриманні свинцю будь-яким методом.
Під випалом концентратів мається на увазі процес його нагріву до такої температури, при якій рідка фаза або повністю відсутня, або з'являється в дуже невеликій кількості, а матеріал, що обпалюється, зазнає тих чи інших фізико-хімічних змін, корисні для наступних металургійних операцій.
Мета випалу.Сульфідні свинцеві концентрати обпалюють для того, щоб перетворити сульфіди свинцю та інших металів на оксиди. При випалюванні прагнуть перетворити на окис свинцю за важливістю більше сірчистого свинцю. Окис свинцю - легко відновна форма при подальшому шахтному плавленні. Отримання в продуктах випалу сульфатів свинцю небажано, оскільки вони при плавці відновлюватимуться до сульфідів. Сульфідний свинець переходить у штейн, внаслідок чого знижується вилучення свинцю в чорновий метал. Часто в концентратах у невеликій кількості присутні миш'як і сурма, що зв'язують метали в миш'яковисті та сурм'янисті сполуки. Випал перетворює на оксиди і ці сполуки.
Агломеруючий, або спікаючий, випалення - універсальний метод, застосовується майже на всіх свинцевих заводах. Проводиться на агломераційних машинах при максимальній температурі в шарі, що обпалюється, порядку 900-1000 ° С. При цій температурі процесу в шихті випалу з'являється рідка фаза, що змочує і цементує продукт випалу. В результаті виходить механічно міцний крупнокусковий агломерат.
Середній склад агломерату, %: 40 Pb, 16 FeO, 9 ZnO, 8.5 SiO2
Свинець міститься вагломерате у вигляді окису, силікату, фериту, сульфату та у невеликій кількості у вигляді сульфіду та включень металевого свинцю.
Мета шахтної плавки - отримати максимальну кількість свинцю у вигляді металу, в якому сконцентровані золото та срібло, та відвального шлаку, в якому розчинені компоненти порожньої породи агломерату.
При вмісті в агломераті підвищеної кількості міді та сірки при плавці одержують штейн, а в деяких порівняно поодиноких випадках також шпейзу.
Окиси металів відновлюються за наступним загальним рівнянням:
в якому X-відновник. У металургійній практиці звичайні відновники - вуглець, окис вуглецю та водень (значно меншою мірою).
Окиси металів відновлюються твердим вуглецем у дві стадії:
МеО + СО = Me + СО2
Більшість реакцій відновлення твердим вуглецем - ендотермічні, протікають при великому поглинанні тепла ззовні, тобто для таких реакцій потрібна висока температура. Для цієї реакції необхідний тісний контакт між речовинами, що реагують. Крупнокускові агломерат та кокс не забезпечують такого контакту. Після утворення тонкого шару продуктів відновлення реакція практично припиняється, оскільки у твердих фазах дифузія реагентів протікає дуже повільно.
У реакції так званого «непрямого» відновлення оксидів металів бере участь інший відновник — СО. Внаслідок газоподібного стану вона добре контактує з окислами металів, що підлягають відновленню.
При відновлювальній плавці кокс доходить до області фурм, утворюючи постійний шар. За рахунок кисню дуття вуглець коксу горить у фурм за реакцією
де А = 97000 кал(40,5 X 10 4 дж)на 1 кмоль для аморфного вуглецю та А =94250 кал(39,5 X 10 4дж) на 1 км моль для графіту.
Вуглекислий газ, піднімаючись шахтою печі, реагує при високих температурах з вуглецем коксу по реакції:
де В=41 950 кал на 1 кмоль для графіту і В = 38 450 кална 1 кмоль для аморфного вуглецю.
Ця реакція, відома під назвою реакції Будуара - Белля, оборотна, її рівновага зсувається праворуч або ліворуч залежно від температури.
При низьких температурах оксид вуглецю розпадається на вуглекислий газ і сажистий вуглець за реакцією
у газах може бути отримано лише 34,4%. Це свідчить, що у фурменной зоні печі окремих її ділянках, протікає пряме відновлення:
За кінцевими результатами окислення вуглецю коксу в умовах шихтної плавки можна зробити висновок, що тут відбуваються два процеси: 1) повне окислення до СО2 і 2) газогенераторний процес, що супроводжується накопиченням у пічних газах окису вуглецю.
При відновлювальній плавці реакції протікають у дуже складній системі, що складається з СО, СО2, С, МеО.При екзотермічних реакціях з підвищенням температури необхідна все більш висока концентрація СО в газах, а при ендотермічних-навпаки.
По А. А. Байкову, металеві оксиди є системи, що у стані дисоціації, здатні існувати лише за певних зовнішніх умов. Окиси металів можуть існувати тільки тоді, коли вони оточені атмосферою, що містить у собі вільний кисень.
Окиси металів залежно від температури можуть дисоціювати за такими трьома загальними рівняннями при низьких температурах
при вищих температурах
при ще більш високих температурах
Процес відновлення будь-якого оксиду металу, за А. А. Байковим, протікає у дві стадії: 1) дисоціація оксидуз виділенням кисню і 2) з'єднання кисню, отриманого від дисоціації оксиду, з відновником (наприклад, СО):
Кожне з цих перетворень зовсім не залежить одне від одного і кожне прагне своєї рівноваги; остаточний результат залежить від умов, які будуть у цьому випадку. В результаті дисоціації оксиду система прагне рівноваги, при якому тиск дисоціації оксиду буде дорівнює парціальному тиску кисню в газовій фазі.
В даний час слід визнати адсорбційно-каталітичну теорію відновлення оксидів металів. За цією теорією оксид відновлюється в три стадії: 1) адсорбція газу-відновника СО (або Н2) на поверхні оксиду МеО;2) відрив кисню від оксиду та перехід його до адсорбованих молекул СО (або Н2) з виникненням при цьому молекул СО2 (або Н2О) та нової фази Me;3) видалення (десорбція) продукту відновлення СО2 (або Н2О) з реакційної поверхні:
Реакції відновлення оксидів металів можуть бути екзотермічними та ендотермічними. З підвищенням температури екзотермічні реакції вимагають вищої концентрації у газах, а ендотермічні — менш високої.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:
Вимкніть adBlock! і оновіть сторінку (F5)дуже потрібно