Печь взвешенной плавки. Процесс плавки во взвешенном состоянии, страница 9

Заканчивая рассмотрение диффузионных процессов, следует хотя бы ориентировочно оценить скорость их протекания при взвешенной плавке концентратов, учитывая не только прямые диффузионные процессы, но и обратные, также подчиняющиеся закону Фика.

Коэффициент диффузии кислорода в воздухе при давлении 760  и температуре 0 составляет 0,178 , а при 700 - в начальной зоне печи -  1,652 . При работе печи на воздушном дутье разность концентраций кислорода в газовой фазе и у поверхности частицы может быть принята равной 0,21, а расход кислорода на частицу диаметром  (масса  при плотности ) составит  (или  на  концентрата). Расчеты показывают, что время молекулярной диффузии окислителя через диффузионный слой к поверхности частицы при указанных условиях составляет на воздушном дутье . Скорость редиффузии газообразных продуктов реакции будет достаточно близка к скорости молекулярной диффузии кислорода. Время диффузии внутри жидкой частицы диаметром  по зависимости А. Н. Вольского составляет , что сопоставимо со временем молекулярной диффузии при плавке на кислородном дутье и значительно меньше, чем при плавке на воздушном дутье. В последнем случае скорость диффузионных процессов будет определяться скоростью молекулярной диффузии кислорода к поверхности сульфидных частиц.

Адсорбционные процессы подразделяют на физическую и химическую адсорбцию. При физической адсорбции взаимодействие происходит при сравнительно больших расстояниях, и адсорбированные молекулы, претерпевая небольшую деформацию, могут быть удалены с поверхности адсорбента без нарушения состава. Физическая адсорбция газов на поверхности твердого тела зависит от характера и структуры вещества и адсорбируемого газа, развитости адсорбирующей поверхности, давления газа и температуры.

Измельченные сульфидные материалы обладают достаточно высокой адсорбционной способностью. Так, например,  измельченного до  халькозина адсорбирует 1,624  сероводорода и 1,082  сернистого ангидрида. Сведения по адсорбции воздуха на сульфидах в литературе отсутствуют. Если же принять его адсорбцию равной адсорбции сернистого ангидрида, то согласно расчетам количество адсорбированного на частицах концентрата воздуха составляет около 0,5 % от необходимого для окисления сульфидов, что способствует начальной стадии их окисления. Увеличение парциального давления кислорода в газовой фазе повышает его адсорбцию. Повышение температуры уменьшает адсорбцию газов, однако, оно резко увеличивает скорость химической адсорбции, что предупреждает десорбцию окислителя с поверхности адсорбента.

Химическая адсорбция (хемосорбция) происходит при достаточно высоких температурах, химические силы действуют на малых расстояниях, когда молекулы газа обладают достаточной энергией для сближения с атомами адсорбента и перестройки электронного облака. Для хемосорбции характерны все черты химического взаимодействия  - энергия активации, насыщенность и направленность сил, большой тепловой эффект. Хемосорбция предшествует заключительной стадии процесса - химическому взаимодействию - и приводит к образованию промежуточных комплексов, которые в зависимости от температурных условий ведения процесса окисления превращаются в те или иные конечные продукты реакции. Скорость хемосорбции прямо пропорциональна давлению газа и находится в экспоненциальной зависимости от температуры, т. е. кинетика этого процесса аналогична кинетике химического взаимодействия, которая рассматривается ниже.

Химическое взаимодействие идет между молекулами, кинетическая энергия которых превышает энергию активации . Число активных молекул по закону Максвелла - Больцмана равно:

,

где  - число активных молекул газа в данном объеме газа;  - общее число молекул;  - основание натуральных логарифмов;  - энергия активации;  - универсальная газовая постоянная;  - абсолютная температура.

Скорость гетерогенной реакции описывается уравнением: