Термотехнологические процессы 16

Обжиг серного колчедана

Серный колчедан - минерал, составной частью (70 - 90%) которого является FeS2 (53,3% серы и 46,7% железа). В промышленных печах обжигается флотационный колчедан, имеющий следующий химический состав (в %): сера - 40 - 45; железо - 35 - 39; цинк - 0,5 - 0,6; медь - 0,3 - 0,5; свинец - 0,01 - 0,2; мышьяк - 0,07 - 0,09; кремнезем - 14 - 18; вода - 4 - 6; кроме того содержится кобальт, селен, теллур, серебро, кадмий, золото.

Реакция горения серного колчедана примерно до 300 ˚С протекает по уравнению:

FeS2 + 3O2 = FeSO4 + SO2

При более высоких температурах окисление пирита идет с воспламенением и преимущественно с образованием оксидов железа. В этом случае первой фазой горения пирита является его термическая диссоциация с образованием сульфида железа и парообразной серы:

FeS2 → FeS + S

Заметное выделение серы начинается при температуре около 500 ˚С и быстро возрастает с повышением температуры в соответствии с парциальным давлением серы над FeS2, достигающем при 680 - 690 ˚С атмосферного давления [19].

Окислительный обжиг серного колчедана, являясь сложным гетерогенным процессом, состоит из ряда последовательно совершающихся реакций и кристалло-химических превращений.

В промышленных химических печах сжигание колчедана с целью повышения интенсивности обжига проводят при температуре выше 600 ˚С, в связи с чем механизм этого процесса можно представить следующими суммарными уравнениями:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

3FeS2 + 8O2 = Fe3O4 + 6SO2

Медленное окисление пирита с выделением сернистого газа наблюдается уже при 170 - 260 ˚С. Воспламенение колчедана, т. е. интенсивное самопроизвольное распространение процесса горения по всей массе материала, начинается при температуре около 400 ˚С.