Печь взвешенной плавки. Процесс плавки во взвешенном состоянии, страница 7

Возможность протекания реакции между полусернистой медью и ее закисью зависит от условий проведения взвешенной плавки. При взвешенной плавке па штейн присутствие в расплаве сульфида железа определяет сульфидирование закиси меди и, следовательно, образования металлической меди по реакции (1.10) не происходит. При плавке на черновую медь и отсутствии в расплавах сернистого железа полидисперсность концентрата приводит к образованию значительного количества закиси меди, которая энергично взаимодействует с сульфидом меди с образованием металлической меди. В этом случае при плавке образуются две фазы - металлическая и шлаковая. При взвешенной плавке на богатую массу будут образовываться три фазы: металлическая медь, белый штейн и шлак.

Взаимодействие оксидов, содержащихся во флюсах, с оксидами, являющимися продуктами окисления сульфидов, описывается следующими реакциями:

                                                                              (1.12)

                                                             (1.13)

                                                                              (1.14)

                                                                              (1.15)

                                                                            (1.16)

 

Таблица 4

Изменения , кал/моль

Температура, ˚С	Реакция
	12	13	14	15	16
	GT	GT	GT	GT	GT
1000 1200	-6000 -5000	18400 15400	-19900 -26400	-30300 -29600	-14500 -14400

Значения  показывают, что все эти реакции при температурах взвешенной плавки могут протекать, что приводит к образованию раствора этих соединений – отвального шлака. Исключение составляет реакция (1.13), большое положительное значение  указывает на невозможность ее протекания при температурах взвешенной плавки. При плавке могут образовываться не только силикаты, но и другие соединения, в частности алюминаты . Говоря о существовании химических соединений в отвальных шлаках, мы допускаем некоторую условность, так как компоненты расплавленного шлака находятся в состоянии ионной диссоциации.

1.3. Кинетика процессов, протекающих при плавке.

Взаимодействие между окислителем и сульфидами при взвешенной плавке совершается в пылевом потоке на поверхности раздела фаз. Механизм гетерогенного окисления различных веществ довольно сложен. Наиболее полно изучен механизм горения углерода, в меньшей степени – механизм окисления сульфидов. Диффузионная стадия окисления сульфидов сложнее, чем при горении углерода, она включает диффузию кислорода и ионов окисляющихся элементов через пленку окислов.

Исследования горения твердого топлива и окисления сульфидов дают основание полагать, что механизм окисления компонентов концентрата при взвешенной плавке сводится к диффузии молекул окислителя из газового ядра к диффузионному слою, окружающему частицу, и проникновению их к поверхности частицы; адсорбции и хемосорбции молекул газа на поверхности частиц, приводящих к образованию промежуточных комплексов; химическому взаимодействию между молекулами кислорода и атомами вещества, приводящему к образованию конечных продуктов плавки; диффузии кислорода и ионов вещества через слой конденсированных продуктов реакции; десорбции газообразных продуктов с поверхности частиц и редиффузии их в газовую фазу.

Кинетика окисления сульфидов в целом будет определяться одним из вышеуказанных процессов, имеющим наименьшую скорость.

Известно, что доставка окислителя из газовой фазы к поверхности тела осуществляется с помощью конвективной и молекулярной диффузии. Конвективная диффузия развита при турбулентном движении газа, когда скорость последнего относительно твердого тела достаточно велика. Например, при размере частиц  значение критерия Рейнольдса 2300, которое характеризует турбулентное движение газа, достигается при скорости окислителя (воздуха) около 400. При взвешенной плавке скорости движения частиц шихты и окислителя достаточно близки, поэтому конвективная диффузия окислителя не развита.