Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf

В данном разделе приведены результаты экспериментов [122] по определению степени и скорости реакции в интервале температур 900—1500°. Реакцию взаимодействия сульфида и окиси цинка изуча­ ли на автоматической лабораторной установке [105]. В качестве ис­ ходных материалов использовались сернистый цинк и окись цинка

что начало взаимодействия сульфида и окиси цинка лежит в довольно узких пределах температур — 1050— 1080°.

Степень и скорость взаимодействия сульфида и окиси цинка в изотермическом режиме определяли в интервале температур 900— 1500°. Степень взаимодействия исходных соединений цинка и харак­ тер ее изменения во времени приведены на рисунке 32.

Найденное по экспериментальным данным уравнение темпера­

Следующая серия опытов проводилась в атмосфере смеси аргона и кислорода при содержании кислорода 10, 20, 50, 75 и 97%. Б начале температура в реакционном сосуде поднималась непрерывно со ско­ ростью 35° в минуту, а затем, по достижении 1300°, поддерживалась постоянной. Одновременно газовая фаза анализировалась автомати­ чески на сернистый ангидрид.

Опытами установлено, что в среде смеси аргона и кислорода Е основном отмечается окисление сульфида цинка из стехиометриче­

ской смеси, вследствие чего реакция, по-видимому, вообще не получает

86

развития. Изменение содержания кислорода в газовой фазе оказы­ вает влияние лишь на степень протекания процесса окисления суль­ фида цинка из смеси, который заканчивается полностью при содер­ жании кислорода 97% за 57 мин; 75% за 84 мин, 50% за 71 мин;

20% за 80 мин и 10% за 95 мин.

Рис. 33. Зависимость максимальной скорости реакции Z nS+2Zn0^3Zn+S02 (а) и логарифмическая зависимость максимальной скорости реакции от тем­ пературы (б).

Проведенный расчет убыли веса с учетом перехода серы из на­ вески в газовую фазу и образования дополнительного количества оки­ си цинка хорошо совпадает с экспериментальными данными, получен­ ными как по регистрации изменения веса смеси, так и по автоматиче­ скому анализу газов на сернистый ангидрид.

Таким образом, в наших условиях, когда для опытов бралась за­ ранее приготовленная стехиометрическая смесь сульфида и окиси цинка, наличие кислорода в газовой фазе полностью подавляет реак­ цию их взаимодействия --и возгонки цинка не происходит.

Следует, однако, отметить разницу условий наших экспериментов и обжига — плавки цинксодержащих материалов. В условиях реаль­ ных процессов, в частности при КИВЦЭТной плавке, цинксодержа­ щий сульфидный материал, попадая в предварительно нагретый пла­ вильный циклон, мгновенно нагревается до 1500—1600°. При таких высоких температурах, когда реакция взаимодействия сульфида и окиси цинка получает значительное развитие, возможно, что в опре­ деленных пределах содержание кислорода бѵдет способствовать улету­

87

чиванию цинка. Однако для этого процесса, по-видимому, необходимы строгий контроль за составом газовой фазы и поддержание заданного соотношения шихта — топливо — воздух.

КИНЕТИКА ВОЗГОНКИ ЛЕТУЧИХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЫРЬЯ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Испытания циклонного метода плавки и некоторых вариантов плавки во взвешенном состоянии применительно к различным суль­ фидным полиметаллическим концентратам показали возможность от­ гонки значительной части свинца, цинка, кадмия и редких металлов

сконцентрацией их в пылях и возгонах.

Сточки зрения наиболее полного перевода летучих металлов и их соединений в газовую фазу циклонный процесс по сравнению с сущест­ вующими имеет преимущества, из которых прежде всего следует от­ метить возможность получения в циклоне высоких температур (1600— 1700°), при которых достигается повышенное давление пара многих металлов и их соединений.

Интенсификация возгоночных процессов в циклоне связана так­ же с наличием в плавильном агрегате турбулентных потоков, способст­ вующих интенсивному перемешиванию газообразных и конденсиро­ ванных фаз, возможностью регулирования состава и раздельного вы­ вода продуктов плавки. Указанные факторы создают наилучшие усло­ вия для интенсификации процессов тепло- и масообмена в плавильном пространстве и тем самым приводят к максимальному переходу лету­ чих компонентов шихты в газовую фазу.

Для выявления условий максимальной отгонки летучих металлов

впроцессе циклонной плавки полиметаллического сырья необходимо располагать экспериментальными данными о кинетике улетучивания,

влиянии температуры и состава газовой фазы на процесс возгонки соединений металлов. В связи с этим в Институте металлургии и обо­ гащения АН Казахской ССР ведутся исследования кинетики процесса улетучивания сульфидов свинца, цинка, кадмия, олова и некоторых редких металлов в интервале 1000—1500° в атмосфере различных га­ зов [123—125].

Определение скорости улетучивания сульфидов в атмосфере раз­ личных газов и при высоких температурах проводилось на лаборатор­ ной установке, в основу которой положен принцип непрерывного взве­ шивания исследуемого сульфида в течение всего опыта [126, 127].

Б качестве исходных материалов использовались природные ми­ нералы галенит и сфалерит, тщательно обработанные и очищенные от включений других минералов, а при изучении скорости улетучивания

88

сульфидов кадмия, олова, индия и рения использовались искусствен­ но полученные препараты.

Скорость улетучивания сульфида свинца [126]. Большинство литературных данных о летучести сульфида свинца получено при тем­ пературе 1 0 0 0 —1 1 0 0 °; о возгонке сульфида свинца при более высоких

температурах сведений нет.

89

Для определения влияния содержания в газовой фазе окиси угле­ рода, углекислого газа и сернистого ангидрида на скорость улетучива­ ния сульфида свинца проводилась серия опытов при температуре 1100°. Содержание указанных газов в смеси их с аргоном изменялось в пределах 0—100%. Результаты этой серии опытов показали, что с повышением содержания окиси углерода, углекислого газа и сер­ нистого ангидрида в смеси наблюдается некоторый рост скорости уле­ тучивания, максимальная величина которой достигается в атмосфере чистых газов.

Как характер кривых температурной зависимости скорости улету­ чивания, так и величины кажущейся энергии активации процесса возгонки сульфида свинца свидетельствуют о близости механизма воз­ гонки сульфида в атмосфере всех газов. Процесс возгонки сульфида свинца обеспечивается здесь, по-видимому, преимущественно в резуль­ тате сублимации.

Сопоставление величин скорости улетучивания сульфида свинца, полученных в зависимости от состава газовой фазы и температуры, показывает, что степень воздействия указанных факторов на процесс улетучивания различна. Так, изменение состава газовой фазы незна­ чительно влияет на скорость возгонки сульфида свинца; основным фактором, определяющим скорость и степень его улетучивания, яв­ ляется температура.

Скорость улетучивания сульфида цинка [127]. Наиболее труднслетучий компонент полиметаллических медных концентратов — цинк, который присутствует в основном в виде сульфида. Хотя изуче­ нию поведения цинка посвящено немало работ, имеющиеся сведения о летучести цинка из сульфида весьма разноречивы и относятся к тем­ пературам до 1200°. Лишь в последние годы начались исследования процесса его отгонки при высоких температурах [128—130].

Наши исследования проводились в атмосфере аргона, окиси угле­ рода, водорода, углекислого газа и сернистого ангидрида при темпера­ туре 1100—1500°.

Установлено, что сернистый цинк заметно улетучивается при 870—900° в атмосфере водорода, при 1090—1100° — окиси углерода, при 108,0—1100° — углекислого газа и сернистого ангидрида и при 1260—1280° — в атмосфере аргона (рис. 35).

На основании полученных экспериментальных данных в интер-

90