Твердофазные химические реакции

Восстановление твердым С называется прямым

Восстановление газом в ДП называется непрямым (косвенным)

Горение топлива и окислительно-восстановительные процессы при агломерации.

В зоне горения температура достигает 1500^оС. Продукты сгорания отдают свое тепло нижним слоям и уходят с t=60-150^оС.

Зона горения имеет мозаичную структуру, при этом не все элементарные объемы содержат горящие топливные частицы. И в то время, как вокруг горящих частиц топлива ощущается нехватка кислорода, температура высока и атмосфера восстановительная а также имеется прямой контакт топлива с рудными частицами, в соседних объемах, где топливо отсутствует имеется окислительная атмосфера.

Топливо сгорает по реакциям

С+О₂=СО₂ СО₂+С=СО

Образующаяся окись углерода восстанавливает окислы железа

3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂

Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂

В зоне высоких температур магнетит также восстанавливается углеродом

Fe₃O₄+C=3FeO+CO

Закись железа образует с Fe₃O₄ твердый раствор (вюстит), который при взаимодействии с кислородом воздуха, проходящего сквозь готовый агломерат в значительной мере окисляется до Fe₂O₃, образуя гематит вторичного происхождения.

Пирит при t=1000^оС выделяет серу

3FeS₂+O₂= Fe₃O₄+6SO₂

Для более полного удаления сульфидной серы процесс следует вести при пониженном расходе топлива, так как это обеспечивает более окислительную атмосферу.

К слову: доменный процесс – восстановительный процесс. В ДП 3 восстановителя:

• Углерод – подают с коксом
• СО (С+½О₂→СО+Q)
• Н₂ (к примеру из СН₄)

В ДП степень восстановления Fe составляет 99,5…99,8%

Реакции, протекающие в твердых фазах имеют некоторые особенности.

1. В твердой фазе идут только экзотермические реакции. Выход продуктов определяется главным образом числом контактов реагирующих частиц. Химическое сродство играет второстепенную роль.

2. Важное значение имеет природа твердого продукта реакции. Располагаясь на контакте реагирующих веществ, продукт реакции может существенно тормозить реакцию, зоздавая препятствие для диффузии реагентов.

3. Независимо от массы вступающих в реакцию веществ, первым продуктом реакции оказывается вещество с наиболее простой кристаллической решеткой или с решеткой, легко сопрягающейся с решетками реагентов. Так в смеси СаО и SiO₂, взятых в соотношении 3:1, 1:1, 1:3 (по массе) сначала образуется Са₂SiO₄ и лишь через 4-8 чассов в первой смеси появляется Са₃SiO₅ а во второй и третьей СаSiO₃. При спекании офлюсованной шихты в твердой фазе преимущественно развиваются реакции образования ферритов кальция. Хотя химическое сродство СаО к SiO₂ почти в два раза выше, чем к гематиту, число контактов частиц в первом случае во много раз выше, чем во втором.

Схема вертикального разреза зоны горения твердого топлива (без учета образования расплава в этой зоне). Черное – топливные частицы, белое – рудные частицы и флюсы. Стрелки – направление движения струй воздуха 1-9

Дата добавления: 2015-04-24