Окислительный обжиг колчедана

Химическая и принципиальная схема производства

Химическая схема получения серной кислоты из колчедана включает три последовательные стадии:

-окисление дисульфида железа пиритного концентрата кислородом воздуха:

4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂, (8.1.)

-каталитическое окисление диоксида серы избытком кислорода печного газа:

2SO₂+O₂ ⇄ 2SO₃ (8.2.)

-абсорбция триоксида серы с образованием серной кислоты:

SO₃+H₂O→H₂SO₄ (8.3.)

По технологическому оформлению производство серной кислоты из железного колчедана является наиболее сложным и состоит из нескольких последовательно проводимых стадий.

Принципиальная (структурная) схема этого производства представлена на рис. 8.1.

I II III

пирит вода

1 2 3 4 5 6

абсорбент

воздух

пар

7

огарок хвост.

H₂SO₄ газы

Рис.8.1. Структурная схема производства серной кислоты из

флотационного колчедана

I-получение обжигового газа: 1 –обжиг колчедана, 2-охлаждение газа в котле-

утилизаторе, 3-общая очистка газа, 4-специальная очистка газа;

II-контактирование: 5-подогрев газа в теплообменнике, 6-контактирование;

III – абсорбция: 7-абсорбция оксида серы (VI) и образование серной кислоты

Обжиг колчедана в токе воздуха представляет необратимый некаталитический гетерогенный процесс, протекающий с выделением тепла через стадии термической диссоциации дисульфида железа:

2FeS₂=2FeS+S₂

и окисление продуктов дисоциации:

S₂+2O₂=2SO₂,

4FeS+7O₂=2Fe₂O₃+4SO₂,

что описывается общим уравнением:

4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂-∆H,

где: ∆H = 3400 кДж.

В действительности, ниже 600⁰С окисление FeS происходит через образование сульфата железа в качестве промежуточного соединения, а при более высоких температурах сначала образуется FeО, а затем уже Fe₃O₄ или Fe₂O₃.

При обжиге колчедана одновременно с окислением пирита происходит также окисление содержащихся в нем сульфидов других металлов, а мышьяк и селен образуют газообразные окисли (As₂O₃ и SeO₂), попадающие в состав обжигового газа.

Скорость процесса окислительного обжига выражается общим для гетерогенных процессов уравнением:

где: К – коэффициент массопередачи,

F – поверхность контакта фаз (катализатора),

∆С -- движущая сила процесса.

Таким образом, скорость процесса обжига зависит от температуры (через К), дисперсности обжигаемого колчедана (через F), концентрации дисульфида железа в колчедане и концентрации кислорода в воздухе (через ∆С).

Во всех случаях при окислении сульфида образуется пленка оксидов железа, и дальнейшее выгорание серы лимитируется обычно скоростью диффузии кислорода воздуха к неокисленному ядру FeS и обратной диффузией SO₂ из глубины частицы. Именно этот процесс внутренней диффузии и лимитирует общую скорость обжига колчедана.

Увеличение движущей силы процесса обжига достигается флотацией колчедана, повышающей содержание дисульфида железа в сырье, обогащением воздуха кислородом и применением избытка воздуха при обжиге до 30% сверх стехиометрического количества. На практике обжиг ведет при температуре не выше 1000⁰С, так как за этим пределом начинается спекание частиц обжигаемого сырья, что приводит к уменьшению поверхности их и затрудняет омывание частиц потоком воздуха.

В качестве реакторов для обжига колчедана могут применяться печи различной конструкции: механические, пылевидного обжига, кипящего слоя (КС). Печи кипящего слоя отличаются высокой интенсивностью (до 10000 кг/м²∙сут), обеспечивают более полное выгорание дисульфида железа (содержание серы в огарке не превышает 0,005 мас.долей) и контроль температуры, облегчают процесс утилизации теплоты реакции обжига. К недостаткам печей КС следует отнести повышенное содержание пыли в газе обжига, что затрудняет его очистку. В настоящее время печи КС полностью вытеснили печи других типов в производстве серной кислоты из колчедана.

Продукты окислительного обжига колчедана – обжиговый (печной) газ и огарок, состоящий из оксида железа (III), пустой породы и невыгоревшего остатка дисульфида железа.

Состав обжигового газа зависит от природы сырья, состава и избытка воздуха при его обжиге. В него входят диоксид серы, кислород азот и незначительное количество триоксида серы, образовавшегося за счет каталитического действия оксида железа (III).Если не учитывать содержание последнего, то соотношение между кислородом и диоксидом серы в печном газе может быть выражено следующими уравнениями:

-при обжиге колчедана C_O2=21-1,296C_SO2,

-при сжигании серы C_O2=21-C_SO2

-при сжигании сероводорода C_O2=21-1,605C_SO2

где: C_SO2 и C_O2 – содержание диоксида серы и кислорода в печном газе.

На практике, при обжиге колчедана печной газ содержит 13-14% диоксида серы, 2% кислорода и около 0,1% триоксида серы. Так как в печном газе должен быть избыток кислорода для последующего окисления диоксида серы, его состав корректируют, разбавляя воздухом до содержания диоксида серы 7-9% и кислорода 11-9%.

Дата добавления: 2015-05-26