Основные реакции окисления

Окисление сульфида может происходить по следующим реакциям:

MeS + 20₂ = MeSO₄

MeS + О₂ = Me + SO₂

Основная реакция окисления сульфида Zn, протекающая с выделением тепла, достаточного для самопроизвольного течения процесса окисления имеет вид:

ZnS + 1,5О₂ = ZnO + SO₂

ZnS + О₂ = ZnO + SO₂

Процессы реакционной диффузии при обжиге

Кинетика обжига складывается из скорости окисления на поверхности сульфидов и из скорости процесса диффузии, т. е. скорости подвода реагирующих веществ к границе раздела фаз и скорости отвода от неё продуктов взаимодействия. Из химической кинетики известно, что химические реакции связаны с большой энергией активации, с повышением температуры ускоряется примерно на 10% на каждый градус. Диффузиционные процессы связаны с уменьшением энергии активации, ускоряются с повышением температуры только на 1 - 3% на каждый градус подогрева. При низких температурах диффузиционные процессы идут быстрее химических реакций. Но так как скорость химической реакции с повышением температуры нарастает быстрее скорости диффузиционных процессов, то при достижении определённого температурного предела она превышает скорость диффузиционных процессов, и обжиг переходит из кинетической в диффузионную область. Переход из кинетической в диффузионную область сопровождается воспламенением сульфидов. Глубина кинетической области зависит от величины зёрен обжигаемого материала, состава печных газов, интенсивности нагрева и других факторов. Чем крупнее частица и чем толще слой обжигаемого материала на поду, тем большое значение при обжиге имеет явление диффузии.

Термодинамика реакций обжига

Все реакции, рассмотренные в предыдущей главе, представляют окончательный результат окисления сульфида и совершенно не дают никаких указаний о механизме процесса. Конечный результат окисления сульфида определяется величиной изменения стандартного изобарно - изотермического потенциала реакций. Сравнение этих величин для однотипных реакций предпочтительно реализуется на реакцию, для которой изменение стандартного изобарно - изотермического потенциала представляет наиболее отрицательную величину. Убыль стандартного изобарно - изотермического потенциала реакции окисления сульфидов при данных условиях зависит от соотношения давлений диссоциации сульфида, сульфата и окисла данного материала и давления диссоциации сернистого ангидрида.

Сульфаты тяжелых цветных металлов в зависимости от температуры могут окисляться, при температуре 700 - 800°С, окисление сульфидов в основном идет до состояния окислов. Образование окисла или сульфата при обжиге происходит по следующим конечным реакциям:

MeS +1,5O₂=MeO+SO₂

SO₂+O₂=2SO₃

MeO+SO₃=MeSO₄

Первая реакция практически необратима, для второй реакции константа равновесия равна:

для третьей реакции:

Когда порциональное давление серного ангидрида в печных газах меньше диссоциации сульфата, т. е. когда:

идет образование окисла. Из приведённого неравенства вытекают следующие условия обжига:

1 .С повышением температуры давление диссоциации сульфата увеличивается и происходит разрушение с образованием окисла.

2.Большой избыток воздуха необходим для интенсификации процесса и обеспечивается повышенной тягой в печи.

3 В процессе обжига громадное значение имеет хороший контакт печных газов с обжигаемым материалом, который в известковой степени обеспечивается более длительным пребыванием шихтовых материалов в печи.