Получение обжигового газа из колчедана

Для получения оксида серы(IV) колчедан подвергают окислительному обжигу – нагреванию до высокой температуры с перемешиванием в потоке воздуха и при его избытке. Обжиг серного колчедана – это гетерогенный (газ – твёрдое), высокотемпературный (до 900˚С), необратимый, некаталитический процесса, идущий через ряд стадий. 1-я стадия: сначала происходит медленная эндотермическая реакция разложения дисульфида железа: 2FeS₂ = FeS + S₂ + Q

Реакция проводится при 500˚C для обеспечения высокой скорости реакции. При температурах ниже 500˚C не может протекать эндотермическая реакции термического разложения дисульфида железа. 2-я стадия: на второй стадии начинаются экзотермические реакции горения паров серы и окисления сульфида железа FeS.

Суммарное уравнение для процесса обжига: 4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ +8SO₂ – Q

В настоящее время в сернокислой промышленности для обжига колчедана применяют в основном печи «кипящего слоя» с псевдоожиженным слоем твердого материала

Еще Д. И. Менделеев впервые заметил, что если через слой зернистого материала продувать с большой скоростью воздух в виде большого числа мелких струек, то слой разрыхляется, объём его постепенно возрастает, а затем все частицы начинают перемещаться друг относительно друга. Такой слой получил название «кипящего» или «псевдоожиженного» слоя. Вследствие перемешивания все процессы в таком слое (в том числе и обжиг) протекают быстро и полно, а температура одинакова по всему слою.

Печь представляет собой стальной цилиндр, стенки которого выложены (футерованы) огнеупорным кирпичом. В нижней части п е чи находится газораспределительная решётка с большим числом отверстий. Под решётку подаётся воздух, со скоростью, обеспечивающей переход частиц во взвешенное состояние. В «кипящий» слой над решёткой непрерывно поступает колчедан, и из него отводится огарок.

Проведение обжига при очень высоких температурах может вызвать нежелательный физический процесс спекания частиц горящего материала, приводящий к увеличению их размеров. Это приведёт к увеличению времени полного превращения твердых частиц и понижению производительности печи. Температура спекания колеблется в зависимости от состава (сорта) колчедана в пределах от 800 до 900˚C. В зоне кипящего слоя расположены трубы змеевика; вода, протекающая по ним, препятствуяповышениютемпературывыше 800-900˚С, превращается в пар.

В печи сжигают как рядовой, так и флотационный колчедан. Флотационный колчедан кроме пирита FeS₂ содержит ряд примесей (в частности, соединения мышьяка, селена, фтора), которые при обжиге переходят в состав обжигового газа в виде оксидов (As₂O₃, SeO₂) и фторсодержащих газообразных соединений HF, SiF₄.

!!! Наличие этих соединений обусловливает необходимость последующей очистки газа. Продуктом обжига является обжиговый газ с температурой до 500˚С. Состав обжигового газа: - оксид серы - 14-15%; - диоксид серы – 0,1% - водяные пары;- газообразные окислы мышьяка и селена; - большое количество огарковой пыли (до 300 г/см³).Низкое содержание оксида серы в обжиговом газе обусловлено тем, что часть кислорода воздуха расходуется в реакции на окисление железа, поэтому максимально возможная концентрация диоксида серы в обжиговом газе в этом случае ниже, чем при сжигании серы. Наличие оксида серы (VI) в обжиговом газе обусловлено окислением незначительного количества оксида серы (IV) до оксида серы (VI). Процесс окисления вызван наличием оксида железа. Оксид железа внезначительныхТколичествах содержится в обжиговом газе и при высоких температурах является катализатором окисления SO₂ в SO₃. Огарок состоит в основном из оксидов и сульфидов железа и меди. 6. Вода. Характеристика природных вод

Вода выполняет важную роль в различных отраслях промышленности и в быту.

Это связано с комплексом ценных свойств воды, её доступностью, удобством применения.

В химической промышленности вода используется непосредственно для технологических функций и как теплоноситель:

а) вода является сырьём и реагентом, непосредственно участвующим в основных химических реакциях, например, в производстве водорода, серной, азотной и фосфорной кислот, в реакциях гидратации и гидролиза;

б) как универсальный растворитель вода даёт возможность осуществлять многие химические реакции с большой скоростью в растворах;

в) воду применяют при различных мокрых способах подготовки сырья: флотации, гравитационном обогащении, пульпировании сыпучих материалов.

В очень больших количествах вода используется как теплоноситель. Это объясняется большой теплоёмкостью воды, её доступностью и безопасностью в применении.

Водой охлаждают:

- реагирующие массы, нагретые в результате экзотермических реакций;

- газообразные и жидкие конечные продукты.

Водяным паром или горячей водой нагревают взаимодействующие вещества:

- для ускорения реакций; или компенсации затрат теплоты при эндотермических процессах;

- для перевода материалов из одного агрегатного состояния в другое.

Теплообмен между веществами и водой может быть осуществлён при их непосредственном соприкосновении.

В большинстве случаев теплота передаётся через металлические стенки разнообразных аппаратов, называемых теплообменниками, холодильниками, нагревателями.

!!! Химическая промышленность - крупнейший потребитель воды. Современные химические комбинаты и нефтеперерабатывающие предприятия расходуют миллионы кубометров воды в сутки.

Например, при получении: - 1 т алюминия расходуется 1500 тонн воды; - 1 т вискозного шёлка - 2500 м³ воды- 1 т аммиака - 1500 м³ воды.

Природные воды на основании их происхождения можно разделить на несколько видов.

1. Атмосферные воды, выпадающие в виде дождя и снега. Атмосферные воды содержат минимальное количество примесей, главным образом, в виде растворённых газов (кислорода, оксида углерода, иногда в виде оксидов азота и серы - «кислотные дожди»).

2. Поверхностные воды - это воды рек, озёр, морей и океанов. В состав поверхностных вод входят различные минеральные и органические вещества. Природа и концентрация этих органических веществ зависит от климатических, географических условий, а также от уровня развития промышленности в данном районе и ряда других факторов.

3. Подземные воды. К ним относятся воды артезианских скважин, колодцев, ключей и гейзеров. Для них характерно высокое содержание минеральных солей, вымываемых из почвы и горных пород, и малое содержание органических веществ.

Все примеси, присутствующие в воде можно разделить на три группы:

а) грубодисперсные взвеси, с размером частиц более
100 Å;

б) коллоидные частицы, с размером частиц от 1 до 100 Å;

в) молекулярно-дисперсные частицы или истинные растворы, размером менее 1 Å.

Воду в зависимости от назначения подразделяют на питьевую и промышленную.

Жёсткость воды равна 1 мг-экв, если в 1 л воды содержится:

- 20,04 мг Ca²⁺

или

- 12,16 мг Mg²⁺

По жёсткости природные воды классифицируют в зависимости от содержания Ca²⁺ или Mg²⁺ в 1 л воды (в мг-экв):

Очень мягкая 0 - 1,5 Мягкая 1,5 – 3 Умеренно жёсткая 3 – 6 Жёсткая 6 – 10

Очень жёсткая > 10

Для очистки воды применяют следующие методы:

- отстаивание - коагуляцию,- фильтрование, - обеззараживание,- умягчение,- обессоливание,

- деаэрацию или дегазацию.

Очистка питьевой воды

Очистка или водоподготовка питьевой воды, производимая на очистительных станциях, включает четыре стадии: отстаивание, коагуляцию, фильтрацию и обеззараживание (Рис. 2.1):

Отстаивание

Грубодисперсные взвешенные частицы удаляются отстаиванием воды в больших отстойниках, через которые вода протекает с небольшой скоростью.

Коагуляция

Лёгкую взвесь в виде коллоидных частиц (глина, кремневая кислота) методами отстаивания или фильтрования осадить нельзя.

!!! Коагуляция - это процесс слипания коллоидных частиц под действием каких-либо внешних факторов, с образованием частиц более крупных размеров.

Вещества, вызывающие процесс коагуляции, получили название коагулянтов.

Так как большинство коллоидных частиц, содержащихся в воде, обладают отрицательным зарядом, то для их коагуляции применяют такие вещества, которые при растворении в воде, образуют положительно заряженные гранулы (ионы).

В качестве коагулянта чаще всего используют сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃.