Теоретични основи за редукция на метални оксиди - Студопедия
Обща информация
Теория на редукционното топене в мините
Синтероване на оловни концентрати
Изпичането на оловни концентрати се използва при производството на олово по всякакъв метод.
Изпичането на концентрати означава процес на нагряване до температура, при която течната фаза или напълно липсва, или се появява в много малко количество, а калцинираният материал претърпява определени физични и химични промени, които са полезни за следващите металургични операции.
Цел на изпичане.Концентратите на оловен сулфид се изпичат, за да превърнат оловото и други метални сулфиди в оксиди. По време на печене те са склонни да превръщат по-важния оловен сулфид в оловен оксид. Оловният оксид е лесно възстановима форма по време на последващо топене в мината. Не е желателно да се получават оловни сулфати в продуктите за печене, тъй като те ще бъдат редуцирани до сулфиди по време на топенето. Сулфидното олово преминава в щейна, в резултат на което се намалява извличането на олово в черния метал. Често малки количества арсен и антимон присъстват в концентратите, които свързват металите в съединения на арсен и антимон. Печенето превръща тези съединения също в оксиди.
Агломерирането или синтероването е универсален метод, използван в почти всички оловни заводи. Извършва се на машини за синтероване при максимална температура в изпечения слой от порядъка на 900-1000 ° C. При тази температура на процеса в заряда за изпичане се появява течна фаза, която омокря и циментира продукта за изпичане. Резултатът е механично здрав бучков агломерат.
Среден състав на синтера, %: 40 Pb, 16 FeO, 9 ZnO, 8,5 SiO2
Оловото се намира вагломерат под формата на оксид, силикат, ферит, сулфат и в малко количество под формата на сулфидни и метални оловни включвания.
Целта на шахтовото топене е да се получи максимално количество олово под формата на метал, в който са концентрирани злато и сребро, и отпадъчна шлака, в която са разтворени компоненти на отпадъчната скала на агломерацията.
Когато агломератът съдържа повишено количество мед и сяра, при топенето се получава щейн, а в някои сравнително редки случаи и speiz.
Металните оксиди се редуцират съгласно следното общо уравнение:
в който X е редуциращият агент. В металургичната практика обичайните редуциращи агенти са въглерод, въглероден окис и водород (в много по-малка степен).
Металните оксиди се редуцират от твърд въглерод на два етапа:
MeO + CO = Me + CO2
Повечето редукционни реакции с твърд въглерод са ендотермични, протичат с голяма абсорбция на топлина отвън, т.е. такива реакции изискват доста висока температура. Тази реакция изисква близък контакт между реагентите. Големи агломерати и кокс не осигуряват такъв контакт. След образуването на тънък слой от редукционни продукти, реакцията практически спира, тъй като дифузията на реагентите в твърдите фази протича много бавно.
В реакцията на така наречената "индиректна" редукция на металните оксиди участва друг редуциращ агент - CO. Благодарение на газообразното състояние, той е в добър контакт с металните оксиди, които трябва да бъдат редуцирани.
По време на редукционното топене коксът достига до зоната на фурмите, образувайки там постоянен слой. Благодарение на кислорода от взрива, въглеродът на кокса изгаря в фурмите според реакцията
където A \u003d 97000 cal (40,5 X 10 4 J) на 1 kmol за аморфен въглерод и A = 94 250 cal (39,5 X 10 4й) на 1 kmol за графит.
Въглеродният диоксид, издигащ се през шахтата на пещта, реагира при високи температури с коксовия въглерод според реакцията:
където B6= 41,950 cal/kmole за графит и B=38,450 cal/kmole за аморфен въглерод.
Тази реакция, известна като реакцията на Будоар-Бел, е обратима, нейното равновесие се измества надясно или наляво в зависимост от температурата.
При ниски температури въглеродният окис се разлага на въглероден диоксид и черен въглерод чрез реакцията
в газовете могат да се получат само 34,4% CO. Това показва, че в зоната на фурмите на пещта в нейните отделни секции се извършва директно намаляване:
Въз основа на крайните резултати от въглеродното окисляване на кокса при условия на топене на заряда може да се заключи, че тук протичат два процеса: 1) пълно окисляване на С до CO2 и 2) процес на генериране на газ, придружен от натрупване на въглероден оксид в пещните газове.
По време на редукционното топене реакциите протичат в много сложна система, състояща се от CO, CO2, C, MeO.При екзотермичните реакции е необходима нарастваща концентрация на CO в газовете с повишаване на температурата, докато при ендотермичните реакции, обратното.
Според А. А. Байков металните оксиди са системи, които са в състояние на дисоциация, способни да съществуват само при определени външни условия. Металните оксиди могат да съществуват само когато са заобиколени от атмосфера, съдържаща свободен кислород.
Металните оксиди, в зависимост от температурата, могат да се дисоциират съгласно следните три общи уравнения при ниски температури
при по-високи температури
при още по-високи температури
Процесът на редукция на всеки метален оксид, според А. А. Байков, протича на два етапа: 1) дисоциация на оксидас отделяне на кислород и 2) комбинацията от кислород, получена от дисоциацията на оксида с редуциращ агент (например с CO):
Всяка от тези трансформации е напълно независима една от друга и всяка се стреми към собствено равновесие; крайният резултат зависи от условията, които ще бъдат в този случай. В резултат на дисоциацията на оксида системата се стреми към равновесие, при което налягането на дисоциация на оксида ще бъде равно на парциалното налягане на кислорода в газовата фаза.
Понастоящем трябва да се признае адсорбционно-каталитичната теория за редукция на метални оксиди. Според тази теория оксидът се редуцира на три етапа: 1) адсорбция на редуциращия газ CO (или H2) върху повърхността на оксида MeO;2) отделяне на кислорода от оксида и прехода му към адсорбирани молекули на CO (или H2) с появата на молекули на CO2 (или H2O) и нова фаза Me;3) отстраняване (десорбция отделяне) на продукта на редукция на CO2 (или H2O) от реакционната повърхност:
Реакциите на редукция на метален оксид могат да бъдат екзотермични или ендотермични. С повишаването на температурата екзотермичните реакции изискват по-висока концентрация на CO в газовете, а ендотермичните реакции изискват по-ниска.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката:
Деактивирайте adBlock! и обновете страницата (F5)наистина е необходимо