ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ОБЖИГА КОЛЧЕДАНА

Федеральное агентство по образованию

ГОУВПО

«воронежская государственная технологическая академия»

Кафедра промышленной экологии

Расчет количеств твердых отходов

В процессе обжига серного колчедана

Методические указания к выполнению практической работы

По курсу «Переработка твердых отходов»

Для студентов, обучающихся

По направлению 280200 – «Защита окружающей среды»

(специальность 280201 – «Охрана окружающей среды

И рациональное использование природных ресурсов»),

Заочной формы обучения

ВОРОНЕЖ

УДК 504.03:657:657.6

Расчет количеств твердых отходов в процессе обжига серного колчедана [Текст] : программа курса, метод. указания и контрольная работа / Воронеж. гос. технол. акад.; сост. . – Воронеж : ВГТА, 2009. – 20 с.

Методические указания разработаны в соответствии с требованиями ГОС ВПО подготовки инженеров-экологов по направлению 280200 – «Защита окружающей среды» (специальность 280201 – «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов») и предназначены для закрепления теоретических и практических навыков дисциплины цикла СД.

Библиогр.: 10 назв.

Научный редактор профессор С. И. КОРЫСТИН

Рецензент доцент Т. Н. ПОЯРКОВА

(Воронежский государственный университет)

Печатается по решению

редакционно-издательского совета

Воронежской государственной технологической академии

Ó ГОУВПО

«Воронежская

государственная

технологическая

академия», 2009

Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежской государственной технологической академии, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия академии запрещается.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ОБЖИГА КОЛЧЕДАНА

Серная кислота принадлежит к крупнотоннажным продуктам химической промышленности. Сфера ее использования очень широка, практически, она применяется во всех отраслях промышленности. Мировое производство H₂SO₄ превышает 100 млн т/год, это больше, чем вырабатывается азотной, соляной, уксусной и других кислот вместе взятых. Для получения серной кислоты в промышленности используются два метода: контактный и нитрозный. В обоих случаях сначала из сырья получают диоксид серы SО₂, который затем перерабатывают в Н₂SО₄. Основное количество серной кислоты производят контактным методом из SО₂, получаемого путем сжигания серного колчедана.

Серные колчеданы являются сложными по химическому составу рудами, в которые входят соединения меди, цинка, свинца, кобальта, никеля, кадмия, цезия и других металлов, а также селена, мышьяка. Они в своем составе содержат карбонаты и оксиды с примесью пустой породы, глиной и песком. Главной составной частью серного колчедана является пирит FeS₂.

Обжиг серного колчедана - сложный гетерогенный окислительный процесс, состоящий из ряда последовательно-параллельных реакций. Механизм процесса горения колчедана в значительной степени зависит от температуры его взаимодействия с кислородом.

Известно [1], что при низкой температуре (300 °С) возможно проведение реакции окисления по уравнению.

FeS₂ + 3O₂ = FeSO₄ + SO₂. (1.1)

Высокая температура (свыше 600 °С) и отсутствие избытка кислорода способствуют процессу обжига пирита, характеризующиеся суммарным уравнением [2]:

3FeS₂ + 8O₂ =Fe₃O₄ + 6SO₂ + 2440 кДж (1.2)

Основной реакцией обжига серного колчедана при температуре 800 - 1000 °С является уравнение:

4FeS₂ + 11О₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + 3400 кДж, (1.3)

которое используется при составлении материального и теплового балансов [2].

Механизм данного процесса включает ряд стадий:

а) термическая диссоциация пирита

2FeS₂ → FeS + S; (1.4)

б) окисление элементарной серы в газовой фазе

2S + 2O₂ = 2SO₂ + Q; (1.5)

в) окисление сульфида железа

4FeS + 7О₂ = Fe₂O₃ + 4SO₂ + Q. (1.6)

Окисление сульфида железа FeS лимитирует общую скорость процесса обжига сульфидных руд вследствие медленных диффузионных стадий, т.к. зерна сульфида железа покрываются пленкой оксида железа, что затрудняет подвод кислорода к поверхности взаимодействия фаз, а также отвод продуктов реакции. При обжиге в производственных условиях большие затруднения вызывает спекание (шлакование) горящего материала, которое увеличивается с повышением температуры и содержанием серы в колчедане[3]. Обжиг колчедана в кипящем слое значительно снижает опасность спекания материала как вследствие равномерного интенсивного перемешивания частиц потоком воздуха, так и равномерного отвода тепла.

Пиритный огарок - твердый остаток обжига состоит в основном из гематита Fe₂O₃ и магнетита Fe₃O₄, инертных примесей, невыгоревшего сульфида железа и продуктов обжига соединений цветных металлов, содержащихся в серном колчедане. Элементарный состав пиритных огарков определяется главным образом массовой долей железа 40-63 % кроме того в небольших количествах в них содержится, мас.д., %: сера (1-2), медь (0,33-0,47), цинк (0,42-1,35), свинец (0,32-0,58) и драгоценные металлы 10-20 г/т [4].

Обжиговый газ в зависимости от типа печей содержит объемные доли, %: SO₂ (7-15), О₂ (4-11), SO₃ (до 0,5) и азот. Образование небольшого количества серного ангидрида SO₃ обусловлено каталитическим действием оксидов железа.

Обжиговый газ загрязнен огарковой пылью и другими примесями. Количество пыли в обжиговом газе зависит от ряда факторов: состава и качества помола сырьевого материала, конструкции печей и технологических параметров процесса обжига. Пылесодержание обжиговых газов механических печей составляет 1-10 г/м³, печей пылевидного обжига 20-100 г/м³ и печей КС 50-200 г/м³.

Химический состав пыли практически не отличается от состава огарка. Перед поступлением на контактирование обжиговый газ подвергается грубой очистке от пыли в циклонах и сухих электрофильтрах, где снижается её содержание до 0,1 г/м. Тонкая очистка газа осуществляется в последовательной промывке серной кислотой в полых и насадочных башнях с улавливанием образующегося тумана в мокрых электрофильтрах.

Твердыми отходами, образующимися в производстве серной кислоты из серного колчедана, являются пиритные огарки, пыль циклонов и сухих электрофильтров, шламы промывных башен и мокрых электрофильтров.

Известно [4], что утилизация пиритных огарков возможна по нескольким направлениям: извлечение цветных металлов, использование в производстве чугуна и стали, переработка в пигменты, извлечение селена, получение добавок для цементной и стекольной промышленности и т.д. В нашей стране 75 % массы образующихся пиритных огарков находит использование в производстве стройматериалов и сельском хозяйстве.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: