Кинетика окисления твердых сульфидов

Процесс окисления твердых сульфидов является типичным гетерогенным процессом, сопровождающимся большим выделением тепла. Энергичное окисление сульфидов будет протекать только при температурах, превышающих температуру их воспламенения (она зависит от природы сульфидов, его крупности, содержания кислорода в газовой фазе и др. факторов). Процесс окисления сульфидов многостадийный и включает в себя как минимум следующие стадии:

1 – доставку кислорода из центра газового потока к поверхности MeS;

2 – хемосорбцию О₂ на поверхности MeS;

3 – химическое взаимодействие MeS и адсорбированного О₂;

4 – десорбцию газообразных продуктов реакции (SO₂, SO₃) с поверхности реакции;

5 – диффузию газообразных продуктов реакции в центр газового потока.

Перечислить факторы, влияющие на скорость окисления сульфидов.

Суммарную скорость процесса определяет самая медленная его стадия. В соответствии с этим процесс окисления сульфида может протекать в кинетическом, промежуточном или диффузионном режиме. Одним из критериев для суждения о режиме протекания процесса является величина кажущейся энергии активации (Е). Если Е ~ 120-200 кДж/моль и более – кинетический режим, Е ~ 12-40 кДж/моль – диффузионный режим, Е ~ 60-100 кДж/моль – промежуточный режим.

Рассмотреть качественно особенности окисления сульфидов в расплаве в сравнении с окислением твердых сульфидов.

4.2. Взаимодействие сульфидов с оксидами

Принципиально можно выделить три основных вида взаимодействий сульфидов с оксидами.

1. Взаимодействие высших оксидов с сульфидами.

Реакции этого типа прежде всего связаны с участием высших оксидов железа (Fe₂O₃ и Fe₃O₄) с сульфидом железа (FeS)

10Fe₂O₃ + FeS  7Fe₃O₄ + SO₂ (24)

3Fe₃O₄ + FeS  10 FeO + SO₂ (25)

3Fe₃O₄ + FeS + 5SiO₂  5(FeO)SiO₂ + SO₂ (26)

Магнетит (Fe₃O₄) может взаимодействовать также с сульфидами цветных металлов по реакции

3Fe₃O₄ + MeS  9 FeO + MeO + SO₂ (27)

2. Обменные реакции сульфида одного металла с оксидом другого металла

МеО + Me'S  MeS + Me'O (28)

3. Реакции взаимодействия сульфида и оксида одного и того же металла

MeS + 2MeO  3Me + SO₂ (29)

Рассмотреть термодинамику реакций (24-29) с участием сульфидов и оксидов меди, никеля и железа по величинам энергии Гиббса.

5. Процессы восстановления оксидов металлов

Процессы восстановления используются, прежде всего, в металлургии цветных и черных металлов для получения металлов из оксидного сырья, но применяют их к другим соединениям металлов. В основе любого восстановительного процесса лежит более высокое сродство восстановителя к анионной части соединения металла.

На практике в качестве восстановителей используют различные вещества, которые могут быть в газообразном, твердом или жидком состоянии. Наиболее распространенными газовыми восстановителями являются СО, Н₂, природный газ (основа СН₄). В качестве твердых восстановителей чаще всего используют углеродсодержащие материалы (кокс, каменный уголь и др.). В качестве металлов восстановителей применяют Na, Mg, Ca, Si и др. Исходное восстанавливаемое вещество может быть в виде индивидуального соединения или в виде раствора (например, в шлаковом расплаве). Все это определяет разнообразие восстановительных процессов, используемых на практике.