11. Физико-химические основы процесса обжига колчедана.

При обжиге колчедана (пирита) протекает несколько реакций.

Первой стадией горения пирита является термическое разложение дисульфида железа FeS2 с образованием сульфида железа FeS и выделением паров серы (единственная эндотермическая реакция в СКП):

2FeS2 = 2FeS + S2(газ) - 103,9 кДж (1)

Вторая стадия горения пирита

Затем пары серы сгорают с образованием диоксида серы SO2

S(газ) + O2(газ) = SO2(газ) + 362,4 кДж (2)

Такая же реакция (2) протекает и при сжигании элементарной серы :

S(тв) + O2 (газ) = SO2 (газ) + 297 кДж (2а)

Температура воспламенения колчедана зависит от состава руды, степени измельчения и др. факторов (конц. О2, SO2 и H2O в газовой фазе).

Для обычного флотационного колчедана температура воспламенения – 400 С, но может быть и ниже, например при средней степени дробления 0,025 мм – 290 С, а чем больше примесей (кварца), тем выше температура воспламенения (в зависимости от различных факторов колеблется в диапазоне 290 420 С).

Сульфид железа также сгорает при температуре 300…400 С и наличии достаточного количества кислорода

4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2 + Q (3)

при более высоких температурах (> 400 С) и недостатке кислорода

3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2 + Q (4)

Суммарные уравнения реакций горения:

4 FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + 3416 кДж (5) 3 FeS2 + 8O2 = Fe3O4 + 6SO2 + 2439 кДж (6)

В процессе сжигания серосодержащего сырья кислород расходуется не только на образование SO2, но и на окисление других компонентов сырья.

Поэтому состав обжигового газа зависит от вида обжигаемого сырья и концентрации кислорода в газе, поступающем в печь, а также от температурного режима обжига.

При сжигании колчедана в воздухе (содержание кислорода О2 21 %) по реакции (5) максимальное теоретическое содержание SO2 в обжиговом газе составит 15,9 % без учета образования SO3 из SO2 по реакции (побочной и нежелательной на данной стадии):

SO2 + ЅO2 < = > SO3

Максимум скорости реакции приходится на 500-650 C

Количество образующегося SO3 незначительно и составляет 5-10 % от количества SO2 (0,2-0,5 % абсолютных).

При сжигании колчедана по реакции (6) теоретическое содержание SO2 в газе 16,3 %.

Для достижения теоретической концентрации требуется температура около 1570 C .

Практически максимальная концентрация SO2 в обжиговом газе всегда меньше и составляет 13…14 % SO2.

Кроме того, горение должно происходить с избытком воздуха.

Для флотационного колчедана избыток воздуха по отношению к стехиометрическому составляет 1,2; для рядового колчедана – 1,4 и, вследствие этого, происходит снижение концентрации (разбавление) сернистого газа.

Качество обжига определяется также содержанием серы в огарке. Если концентрация серы менее 1 %, то обжиг считается достаточно полным.

С увеличением содержания серы в огарке он склонен к спеканию.

Выход огарка составляет около 70 % от количества сухого колчедана. При этом необходимо учитывать унос пыли с обжиговыми газами.

Назад