Кимёвий технология Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус талим вазирлиги н. Каттаев, М. Мухаммадиев, Х. Мирзохидов

6.4 Олтингугурт (iv)- оксидини ишлаб чиқариш

SO₂- рангсиз, ўткир ҳидли (ёнаётган олтингугурт ҳидини эслатади) газ. 100% SO₂ атмосфера босимида- 10,09⁰C да суюқ ҳолга ўтади. -70⁰С да қотади. Жуда завҳарли бўлиб, чегаравий хавфли концентрация (ЧХК) миқдори 0,005 мг/м³, ишлаб чиқариш биноларида эса 10, мг/м³ га тенг.

Хом ашё. SO₂ олиш учун асосий хом ашё каби олтингугуртли моддалар ва таркибида S сақловчи саноат чиқиндиларидир. Собиқ СССР да SO₂ олиш учун хом ашё темир колчедани FeS₂ , водород сульфид Н₂S ва олтингугуртдир. Кейинги йилларда рангли металлургия саноатининг чиқинди газлари таркибидаги SO₂ ни олиш кенг қулоч ёймоқда. Собиқ СССРда ишлаб чиқариладиган сульфат кислотанинг 30% га яқини темир колчедани куйдиришдан ҳосил бўладиган газдан олинади. 35% га яқини эса тоза олтингугуртдан ишлаб чиқарилади.
Пирит таркибида назарий жиҳатдан олганда 53,46 % олтингугурт сақлайди. Табиий колчедан ҳар доим таркибида бегона арашлама сифатида мис, рух, никель, кумуш, қўрғошин, мишьяк, сурманинг олтингугуртли бирикмалари, турли сульфат ва карбонатли тузлар, кварц, силикатлар ва бошқалар сақлайди ва ўз навбатида у шу металларни олиш учун хом-ашё ҳамдир. Рангли металларнинг сулфидларини ажратиш учун руда майдаланади ва флотацияланади. Натижада рангли металл сульфидларининг концентранти олинади: қолган қолдиғи асосан таркибида 45-50% олтингугурт сақловчи бойитилган пиритдан иборат бўлиб, SO₂ олиш учун ёқилади.
Олинган рангли металл концентратлари металлургия заводларида куйдирилиб металлар ажратиб олинади. Бунда чиқинди газ сифатида 3% гача SO₂ ажралиб чиқади ва ҳавони, атроф муҳитни заҳарлайди. Кейинги йилларда шу чиқинди газдан ҳам сульфат кислота ишлаб чиқариш йўлга қўйилмоқда. Шундай йўл билан 1 тонна мис олганда ажралиб чиққан SO₂ дан 10 тоннадан кўпроқ сулфат кислота олиш мумкин. Бунинг учун SO₂ ни концентрациясини ошириш керак бўлади. Ҳали айрим рангли металлургия заводларидагина SO₂ концентрациясини оширувчи қурилмалар ўрнатилган холос. Келажакда рангли металлургия заводларининг чиқинди SO₂ газини тўлиқ ушлаб олиш ва ундан фойдаланиш ишларининг лойиҳалари ишлаб чиқилмоқда.
Бу рудадан комплекс фойдаланиш бўларди ва атроф муҳитни ифлосланишнинг олди бироз бўлсада олинарди(70-расмга қаранг). SO₂ олиш учун энг яхши ашё бу тоза олтингугуртдир. У ёқилганда масса улуши юқори бўлган ва зарарли қўшимчалари кам бўлган SO₂ олинади. Аммо FeS₂- колчедандан бир неча марта қиммат туради, ҳамда у бошқа ишлаб чиқаришлар учун қимматбаҳо кимёвий ашё ҳамдир. Кўмир ёқиладиган корхоналар, ёритиш тармоқларининг мўриларидан атмосферага чиқариб юбориладиган газлар таркибида анчагина SO₂ бўлади. Чунки тошкўмир таркибида 1-3% гача олтингугурт сақлайди. Кейинги йилларда атроф муҳитнинг тозалигига бироз эътибор кучайтирилганлиги сабабли мўрилардан чиқарилган газларни заҳарсизлантиришнинг адсорбция-десорбция усуллари ишлаб чиқилган. Бунда SO₂ ушлаб қолинади ва сульфат кислота ишлаб чиқариш учун ишлатилиши мумкин. Аммо кислотанинг тан нархи пиритдан олинган кислотага нисбатан бир неча марта қимматга тушади. Шу сабабли у кам қўлланилмоқда. Кейинчалик SO₂ ни ушлаб қолиш ва уни тозалаб H₂SO₄ ишлаб чиқариш учун фойдаланишнинг такомиллашган усуллари топилгач кенг қўлланила бошланади. Дунё бўйича атмосферага чиқариб юбориладиган SO₂ нинг миқдори, дунёда ишлаб чиқарилаётган сульфать кислота миқдоридан икки баробар кўпроқ кислота ишлаб чиқаришга етарлидир.
Яна бир муҳим SO₂ олинадиган хом-ашё бу водород сульфид газидир. Н₂S кўпгина табиий газлар таркибида бўлади. Қайсиким, уни тозалаганда Н₂S ажратиб олинади, ва у SO₂ га айлантирилади. Кўмирни кокслаганда, нефтни қайта ишлаганда улар таркибидаги S қисман водород сульфидга айланиб газ ҳолида ажралиб чиқади. Кокс газлари тозаланганда уларнинг таркибидан Н₂S ёки S шаклида ажратиб олинади, ёқиб SO₂ га айлантирилади.
Юқорида айтилганлардан ташқари SO₂ олиш учун жуда кўп фойдаланиш мумкин бўлган аммо, ҳозирча фойдаланилмаётган потенциал ашё манбалари мавжуд. Бyларга собиқ СССРдаги кальций сульфат ва натрий сульфат тузларининг йирик конларини кўрсатиш мумкин.
Яна фосфат кислота ишлаб чиқарадиган заводларда ҳосил бўладиган ва чиқинди сифатида ташлаб юборилаётган гипсни кўрсатиш мумкин. Нефт маҳсулотларини тозалашда таркибида сульфат кислота сақловчи гудрон, кўпгина органик маҳсулотлар ишлаб чиқариш саноатларида, органик моддалар билан ифлосланган ва чиқинди ҳисобланган суюлтирилган сульфат кислота. Пўлатни тозалашда ҳосил бўладиган аслида чиқинди ҳисобланган темир сульфит тузлари. Бyларнинг ҳаммаси ва улар каби таркибида сульфат кислота ёки тузларини сақловчи ҳар қандай чиқинди моддалар қайтарувчилар билан қўшиб қиздирилганда SO₂ ҳосил қилади, ва ундан сульфат кислота олиш мумкин.
Темир колчеданини куйдириш.Колчеданни куйдириш юқори ҳароратли (1000⁰С гача) гетероген (газ-қаттиқ), қайтмас, каттализаторсиз ( каттализатор ишлатилмайдиган) ва бир неча босқичларда борадиган жараёнга яққол мисол бўла олади.
Колчедан печда 500⁰ С гача қиздирилганда парчаланиш аввал олтингугурт ҳосил бўлиш билан боради:
2FeS₂ = 2FeS +S₂
Сўнгра олтингугурт буғлари оксидланади:
S+O₂ = 2SO₂
Қолган ғовак FeS₂ кислород таъсирида секин оксидланади. Реакция юқори ҳароратда боради:
4FeS+7O₂=2Fe₂O₃+4SO₂
Колчеданни куйдириш реакцияси тенгламаси умумий ҳолда шундай ёзилади:
4FeS₂ +11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂+3400кЖ
Ҳақиқатдан бу реакция 600⁰Cдан паст ҳароратда, оралиқ маҳсулотлар сифатида темир сульфат ҳосил бўлиши билан боради. Ҳарорат ортиб бориши билан аввал FeO, сўнгра, агар кислород етарли бўлса Fe₂O₃, кам ҳолда FeS₂ ҳосил бўлади. FeS₂ билан бир қаторда колчедан таркибида бўлган бошқа металл сульфидлари ҳам парчаланади. Натижада ҳосил бўлган металл оксидлари кварц, алюмосиликатлар, темир оксидлари ва парчаланмай қолган FeS₂ билан ажратиб куюнди ҳосил қилинади. куюнди таркибида 0,5% дан 3% гача олтингугурт сақлаши мумкин. Темир сульфиди (колчедан) оксидланганда, сульфид заррачалари юзасида темир оксидлари қавати ҳосил бўлади. Бу қаватнинг қалинлиги, колчедандаги олтингугуртнинг ёниши билан ортиб боради. Жараённинг умумий тезлиги, мана шу оксид пардаларнинг ғовакларида кислород ва SO₂ нинг диффузияланиш тезлиги билан аниқланади. Демак, колчеданнинг куйиши ички диффузион худудда кечади. Бу жараён тезлигини, гетероген жараён тенгламаси билан ифодалаш мумкин:
(3.1)
Бунда - умумий тезлик (реакция тезлиги), - SO₂ нинг миқдори (маҳсулот миқдори), К- жараённинг тезлик константаси, -жараённинг характерлантирувчи кучи, -вақт, -гетероген системасида реакцияга киришувчи фазалар юзаси. Формуладан маълумки оксидланиш жараёнини тезлаштириш учун К, ва ларни ошириш керак.
Жараённинг тезлик константаси К ни яъни моддаларда фазаларнинг бир-бирига ўтиши (масалан, газ фазанинг қаттиқ фазага диффузияланиб ўтиши: О₂ нинг темир оксиди пардасига диффузияланиб колчеданга кириши ва колчеданда ҳосил бўлган SO₂ ни темир оксиди пардасидан диффузияланиб ташқарига чиқиши) ошириш учун ҳароратни ошириш энг фойдали тадбир ҳисобланади. Аммо ҳарорат 850-1000⁰С гача кўтарилса печ ичидаги ашё ( колчедан) бўлакчалари бир брига ёпишиб йирик-йирик агломератларга айланиб қоладилар. Натижада заррачалар юзаси кескин камаяди. Шунинг учун ҳам колчеданни куйдириш печнинг конструкциясига қараб, фақат маълум бир ҳарорат оралиғида олиб борилади.
Жараённинг ҳаракатлантирувчи кучинни- тезлатиш учун кочеданнинг таркибидаги пиритнинг ва куйиш зонасига киритиладиган кислороднинг концентрациясини ошириш зарур бўлади. Пирит концентрацияси флотация усули билан оширилади, кислород концентрацияси эса печга киритиладиган ҳаво миқдори стехиометрик ҳисобга нисбатан 1,5-2 марта кўпайтирилиши билан оширилади.
Фазалар юзасини- ошириш учун эса печ ичидаги ашёларни фазаларни аралаштириш орқали ҳамда колчеданни жуда майдалаш йўли билан оширилади.
Амалда заррачаларнинг катталиги 0,3-0,03 мм гача бўлган колчедан ишлатилади.Колчеданни куйдириш учун уч хил куйдириш печ турлари мавжуд:
1.Механик куйдириш печлари;
2.Чангитиб куйдириш печлари;
3. “Қайновчи қаватда” куйдириш печлари.
Механик печлар (49-расмга қаранг) цилиндрсимон бўлиб, у олти ёки саккизта горизонтал ҳолдаги “токча” ларга бўлинган, ўртасидан вертикал ўқ ўрнатилган ва ўқга “токчалар” сонига қараб 6 ёки 8 та хаскашаклар маҳкамланган. Ўқ айланганда хаскашлар ҳам айланади ва “токча”лар устида тўқилган колчеданни аралаштириб, қўзғаб юқоридаги “токча” лардан остдаги “токча”ларга тушиб туради. Печнинг юқори қисмига ўрнатилган бункердан юқори “токча”га тўхтовсиз колчедан тушиб туради. Печ тагидан эса қарама-қарши оқимда ҳаво киради. Колчедан ёниб бўлгач қолган куюнди (кул) печнинг остки қисмидан хаскашаклар ёрдамида чиқариб олинади. Ҳосил бўлган сульфат ангидриди эса печнинг юқори қисмидан чиқади.
Механик печларнинг асосий камчиликларидан бири, унда колчедан бўлакчалари тез бир бирига ёпишиб йирик бўлаклар –агломерат ҳосил қилишидир. Шунинг учун ҳам ҳароратни 850-900⁰С дан ошириб бўлмайди. Ундан ташқари ҳарорат ошса печдаги чўяндан ясалган “хаскашак” тишларини коррозияга учратади, синишга олиб келади, ҳатто печ ўқининг ҳам синишига олиб келади.
Механик печларнинг тузилиши мураккаб, интенсивлиги паст, колчедан таркибидаги S ни тўлиқ ёнишини таъминламайди ва шунинг учун ҳам SO₂ нинг концентрацияси ҳам паст бўлади. Механик печларнинг интенсивлиги 185кг/м³/суткага тенг (яъни 1м³ печ ҳажмида 1суткада 185 кг колчедан куйдирилади).
Ҳосил бўлган куюнди газларнинг таркиби 9% SO₂ , 9% O₂, 82% N₂ га тўғри келади. Куюндининг таркибида эса ўртача 2% S ёнмай қолади. Шунинг учун ҳам ҳозирги кунда механик печлар такомиллашиб қудратли печларга айлантирилган. Фақат кам қувватли цехлардагина механик печларни учратиш мумкин.