Лекция 4 равновесие реакций восстановления оксидов металлов водородом пары воды окисляют углерод по следующим реакциям

Контрольные вопросы:

1. 
   По каким реакциям пары воды окисляют углерод.
   
2. 
   В каким методом воспользуемся для определения термодинамических данных реакций взаимодействия водяного пара с углеродом.
   
3. 
   Правило Ле-Шателье.
   

3.
КИНЕТИКИ И ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ ПРОЦЕССЫ ОКСИДА СВИНЦА
Свинец – химический элемент четвертой группы таблицы Менделеева, атомный номер 82, атомная масса 207,2, валентность 2⁺ и 4⁺. Плотность твердого свинца равна 11,336 г/см³, расплавленного (вблизи температуры плавления) 10,686 г/см³. Температура плавления свинца составляет 327,4⁰С, температура кипения 1745⁰С.
Вязкость расплавленного свинца заметно уменьшается с повышением температуры. Так, если при 340⁰С она составляет 1,89 мПа.с, то при 800⁰С – 1,23.
Малая вязкость свинца, близкая к вязкости воды (1,0 МПа.с), обеспечивает расплавам свинца высокие текучесть и проникающую способность. Это вызывает осложнение при обжиге свинцовых концентратов, так как расплавленный свинец легко пропитывает и разрушает кирпичную кладку печи.
Свинец, глет (Р_во) и галенит (PвS) весьма летучи:
Температура, ⁰С 800 900 1100 1200
Упругость пара, кПа
Рв 0,013 0,05 0,23 3,0
Рво 0,04 0,12 0,5 6,7
РвS 0,2 0,5 2,5 40
Летучесть свинца и его соединений приводит к потерям его в металлургическом производстве, что обуславливает необходимость организации на свинцовоплавильных заводах совершенной системы пылеулавливания. Это необходимо также для предохранения от отравления парами свинца и его соединений обслуживающего персонала и населения, проживающего вблизи заводов. Пары свинца ядовиты.
Основной вид сырья для производства свинца-свинцовые концентраты, главным образом сульфидные, реже смешанные. Около трети свинца получают при переработке вторичного сырья: старых аккумуляторов, оболочек кабеля, сплавов и других отходов промышленности. Типичный состав концентрата, %: Рв 45-50; Zn 4-14; Cu- до 3,0; Аg – до 500 г/т; S-15-20; Fe 4-15; SiO₂ 2-10.
Пирометаллургические способы переработки свинцовых концентратов основаны на использовании высоких температур (свыше температуры плавления свинца) для осуществления реакций, в результате которых свинец выделяется в жидкую металлическую фазу, а сопутствующие элементы образуют жидкие или твердые неметаллические фазы, отделяемые от расплава. Эти процессы осуществляются с применением восстановительной плавки с предварительной агломерацией или реакционной плавки.
Назначение агломерирующего обжига–подготовить свинцовый концентрат к шахтной плавке на черновой свинец. Подготовка свинцовых сульфидных концентратов к плавке преследует следующие цели:
1. Удаление из концентрата серы путем окисления сульфидного сырья кислородом воздуха. При агломерирующем обжиге десульфуризация составляет 60-85 %.
2. Окускование мелкого материала и получение пористого. газопроницательного агломерата.
3. Перевод ценных летучих компонентов в газовую фазу с последующим извлечением их из обжиговых газов (S, As, Sb, Cd, редкие металлы).
Полученный свинцовый агломерат поступает на восстановительную шахтную плавку.
Цели восстановительной плавки свинцового агломерата:
1) получить максимальное количество свинца в виде чернового металла, в котором концентрируются золото, серебро и растворяются другие ценные металлы (медь, висмут, сурьма, мышьяк, олово, теллур);
2) ошлаковать пустую породу и перевести в шлак возможно больше цинка, присутствующего в агломерате.
Свинец в агломерате представлен в основном силикатами, ферритами и оксидом (глетом), которые могут быть восстановлены при температуре свыше 1000^оС до металлического свинца углеродом (коксом) и его производными (оксидом углерода, метаном, природным газом).
Наиболее подходящий для выплавки свинца металлургический аппарат-шахтная печь, так как в ней легче создать и регулировать восстановительную атмосферу.
В качестве металлургического топлива при свинцовой шахтной плавке применяют кокс, который загружают в печь послойно с агломератом (рис.15). В нижней части печи (горне) скапливаются жидкие продукты плавки: черновой свинец и шлак. Выше слоя шлака расположен столб шихты, нижняя часть которого (0,5-1,0 м) состоит из раскаленного кокса (фокус печи).
Для обеспечения нужной интенсивности горения кокса, теплового режима плавки и создания газовой атмосферы в фокус печи подают через фурмы сжатый воздух. Температура в фокусе печи достигает 1500^оС. Печные газы проходят через толщу загруженной в печь шихты, нагревают её и участвуют в реакциях восстановления окисленных соединений свинца и других металлов. Температура газов на выходе из печи (в колошнике) составляет 200-400^оС.
Столб шихты (4-6 м) по мере выгорания кокса и выплавления свинца и шлака медленно (-1 м/ч) опускается вниз и его пополняют очередными загрузками (колошами) агломерата и кокса. Температура шихты постепенно уменьшается от фокуса к загрузке.
Образующиеся в ходе плавки жидкие продукты стекают вниз, проходят фокус печи и собираются во внутреннем горне печи, где отстаиваются и расслаиваются по плотности. Черновой свинец и шлак выпускают из печи по мере накопления.
Агломерат представляет собой спек оксидов и силикатов. Кроме свинца, в нем присутствуют также цинк, медь, железо, в небольших количествах благородные металлы, мышьяк, сурьма, висмут, олово, редкие и рассеянные элементы.
Свинец в агломерате находится в виде глета, силикатов, сложных оксидов (ферритов, плюмбитов), в небольших количествах в виде сульфата, сульфида и металла. Металлический свинец при нагревании агломерата до температуры плавления свинца (327⁰С) выплавляется из агломерата и стекает вниз, растворяя другие металлы.