ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Обжиг из "Технология минеральных удобрений Издание 3" В любых случаях для рациональной организации производства необходимо знание механизма и кинетики химических процессов, протекающих в заводской аппаратуре, а также условий равновесия фаз в перерабатываемых системах. В этой главе рассмотрены некоторые общие закономерности важнейших процессов в технологии минеральных удобрений и других солей — обжига или термической обработки минералов, растворения, кристаллизации веществ и некоторых других методов их разделения. Знание этих закономерностей позволяет выбирать условия наиболее интенсивного осуществления многих стадий производства. Вопросы фазовых равновесий рассмотрены в гл. II. [c.29] Процессы обжига материалов проводятся в самых различных условиях с целью осуществления тех или иных химических превращений в шихте, подвергающейся обжигу, иногда при очень высоких температурах. [c.29] В зависимости от характера протекающих при обжиге химических явлений различают следующие виды обжига кальцина-ционный, окислительный, х-лорирующий и восстановительный. [c.29] Следовательно, продуктом окисления сульфида может быть смесь сульфата с окислом. Соотношение между ними зависит от температуры и продолжительности обжига, концентраций кислорода и сернистого ангидрида в газовой фазе и от свойств сульфидов и окислов, образующихся в процессе окисления. [c.30] Для перевода сульфидов металлов в растворимые соединения можно применять и хлорирующий обжиг. Наиболее дешевым хлорирующим агентом является поваренная соль. Смесь сульфидной руды и поваренной соли подвергается действию воздуха при 550—600° С. При этом образуется сернистый газ, который, взаимодействуя с солью в присутствии паров воды, дает хлор и хлористый водород. Эти газы, вступая в реакции с сульфидами и окислами металлов, превращают их в хлориды. Другими хлорирующими агентами являются НС1, NH4 I, I2. [c.30] Отвердевший после охлаждения плав измельчают. [c.30] При обжиге смеси твердых материалов могут протекать реакции как непосредственно между твердыми фазами, так и между твердым веществом и газом или между твердым веществом и жидкостью, образующейся, например, вследствие плавления отдельных компонентов шихты. [c.30] Вероятность процесса обмена местами между частицами (атомами, ионами) в твердых веществах с правильно построенной кристаллической решеткой чрезвычайно мала. Реакции между твердыми веществами протекают очень медленно и обычно не доходят до конца. Повышению химической активности веществ способствует разрыхление их кристаллических решеток. Реакционная способность вещества повышается, если оно испытывает полиморфное превращение или находится в состоянии возникновения. [c.31] Реакционная способность в значительной мере зависит от дефектов кристаллических решеток реагирующих веществ. Так, активные окислы, полученные осторожным прокаливанием гидратов и карбонатов, реагируют интенсивнее, чем окислы, полученные другими путями. Рентгенографическое исследование показывает, что в этих случаях решетки окислов несколько расширены, искажены по сравнению с решетками обычных, неактивных окислов. Повышение температуры способствует исправлению дефектов кристаллических решеток, и активность окислов падает. [c.32] Прямая реакция между двумя твердыми веществами, идущая без образования промежуточных газообразных или жидких фаз, требует непосредственного соприкосновения частиц твердых тел. Между тем поверхность твердых тел, даже малопористых, является чрезвычайно неровной. Фактическая поверхность соприкосновения двух твердых тел во много раз меньше кажущейся. Площадь же поверхности непосредственного контакта между зернами порошкообразной шихты, подвергающейся обжигу в промышленных условиях, состоящей из пористых материалов, частицы которых и.меют неправильную форму, — измеряется миллионными долями их полной поверхности. Среднее расстояние между поверхностями соседних зерен порошкообразных смесей в Ю —10 раз превышает величину радиусов действия элементов кристаллической решетки. Кроме того, скорость диффузии твердых веществ очень мала — коэффициенты диффузии лежат в пределах 10 —см 1сек. Все эти факты обусловливают ничтожно малую скорость реакций, идущих путем непосредственного взаимодействия твердых веществ. [c.32] Скорость реакций, протекающих без участия газообразных и жидких фаз, столь мала, что они не могут иметь большого практического значения в быстро идущих промышленных процессах. Но на практике реакции в смесях твердых веществ идут обычно со скоростями в тысячи раз большими, или, чем это было бы возможно при непосредственном взаимодействии твердых веществ. Продукт реакции образуется на всей поверхности реагирующих зерен, т. е. и на участках, удаленных от мест контакта с зернами другого реагента. Толщина слоя образующегося продукта практически одинакова по всей поверхности покрываемого им зерна. Это объясняется тем, что реакции, идущие между твердыми исходными веществами, на самом деле протекают с участием газообразных или жидких фаз. [c.32] Участие в таких реакциях нетвердых фаз не только ускоряет диффузию веществ, но и обеспечивает резкое увеличение поверхности контакта фаз. Реакционной поверхностью здесь является обшая, полная поверхность твердых частиц. [c.33] Две последние реакции обусловливают смещение равновесия первой реакции вправо, что значительно увеличивает ее скорость. [c.33] Когда два твердых компонента, не способных диссоциировать, реагируют при температурах ниже температур их плавления, то это еще не значит, что реакция идет между твердыми фазами. Наличие примесей может привести к образованию эвтектик, температура плавления которых ниже температур плавления исходных веществ. Теплота, выделяющаяся при реакции, может оказаться достаточной для нагрева смеси до температур плавления исходных веществ или их эвтектик с образующимся соединением. Здесь только начало реакции можно рассматривать как твердофазный процесс, медленно протекающий между поверхностными элементами кристаллических структур и значительно ускоряющийся при появлении жидкой фазы. [c.33] Часто достаточно ничтожных количеств жидкой фазы для ускорения процесса. При этом шихта не расплавляется, а лишь в небольшой мере спекается, оставаясь рассыпчатой, в виде гранул более крупных, чем частицы исходных материалов. [c.33] Из изложенного следует, что скорость основного процесса, который является целью обжига тверду,1х материалов, зависит не только от скорости химических реакций. Она зависит и от скоростей возгонки, диссоциации, плавления, от скоростей диффузии твердых, лсидких и газообразных веществ через газовые, твердые и Лчидкме фазы, образуемые реагирующими компонентами и продуктами их взаимодействия. Скорость всех этих процессов определяется главным образом температурными условиями обжига. Достижение же необходимых температур зависит от способа подвода тепла, конструкции печи, физических свойств обжигаемых материалов, например теплоемкости, теплопроводности, и от многих других факторов. [c.34] Разнообразие комбинаций различных физических и химических явлений, сопровождающих реакции в смесях твердых веществ, предопределяет сложность и многообразие кинетических закономерностей, которым подчиняются эти реакции. В каждом отдельном случае скорость реакции определяется закономерностями изменения скорости лимитирующей стадии процесса и зависит от механизма и условий протекания реакции. В разных процессах, а также на разных стадиях и при различных условиях протекания одного и того же процесса могут иметь силу различные кинетические закономерности. Кинетика превращений в смесях твердых веществ характеризуется приближенными уравнениями Гинстлинга. Они различны для кинетической области (т. е. в условиях, когда лимитирующей стадией процесса является собственно химическая реакция), для области возгонки (испарения), диффузионной и промежуточных областей. [c.34] К я К — константы, зависящие от свойств реагентов и условий процесса. [c.35] Другие, более сложные процессы, протекающие в кинетической области, здесь не рассматриваются. [c.35] Вернуться к основной статье