Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Конденсация цинковых паров

Конденсация цинковых паров



При изучении конденсации цинковых паров следует учитывать физическую сторону этого. процесса, т. е. непосредственно конденсацию, а также химическую — возможность взаимодействия паров цинка с сопровождающей их смесью газов CO и СО2.
Физическая сторона процесса довольно проста.
Каждой температуре соответствует определенная упругость паров цинка. Эта зависимость приведена на рис. 30. При охлаждении ненасыщенного пара при определенной температуре пары насыщаются и часть их конденсируется в жидкость. Эта температура отвечает точке росы и для чистого пара цинка при давлении 1 aт она соответствует 906 °С.
При восстановлении чистой окиси цинка парциальное давление цинка в парогазовой смеси равно 0,5 aт. В парогазовых смесях, получаемых при восстановлении реальных шихт, содержащих, помимо окиси цинка, и окислы других металлов, парциальное давление цинка составляет при ретортном процессе 300—370 мм рт. ст., а при электротермическом или шахтной плавке — много меньше. В этих условиях точка росы для цинка не превышает 800—850 °С.
Конденсация цинковых паров

Запаздывание начала конденсации цинковых паров приводит к сокращению температурного интервала возможного получения жидкого цинка, и чем беднее шихта цинком и соответственно ниже его точка росы в парах, тем меньше этот интервал и, следовательно, большее количество цинка конденсируется в виде мельчайших твердых частиц.
Пары любой жидкости, в том числе и цинка, легче конденсируются на готовой поверхности твердых частиц (пылинках шихты или сажистого углерода) или капель металла, а также на стенках конденсатора. Мельчайшие капли сконденсировавшегося на пылинках металла выносятся из конденсатора потоком газов и улавливаются в виде пусьеры. Для предотвращения образования мелких капель конденсацию следует вести медленно, но в этом случае начинает сказываться эффект окисления цинка, о чем будет сказано ниже. Часть пыли осаждается в конденсаторе на поверхности металлической ванны в виде дроссов. В маленьких конденсаторах старых ретортных печей в жидкий цинк удается сконденсировать не более 70—75% от всего цинка, а остальные 25—30% образуют пыль, направляемую на вторичную переработку.
Химическая сторона процессов, протекающих при конденсации цинка, довольно сложна.
Окислы металлов могут диссоциировать по уравнению
Конденсация цинковых паров

Принимая активность окисла и металла равными единице, получаем
Конденсация цинковых паров

Значение К является функцией температуры, так как каждый окисел обладает определенным давлением O2, зависящим от температуры.
Вместо давления используют потенциал окисления
Конденсация цинковых паров

Практически g является линейной функцией температуры. Разность между g1 и g2, двух окислов Me1O и Me2O равна свободной энергии Δg, обусловливающей восстановление окисла с более высоким окислительным потенциалом. На рис. 31 показана зависимость g от t и рZn при его окислении. Нулевой окислительный потенциал соответствует pO2 = 1 ат и показан пунктирной прямой. Диаграмма разделена прямыми на области существования различных агрегатных состояний цинка и его окиси.
Твердый или жидкий цинк в присутствии газа могут существовать при значении потенциала более низком, чем пограничное значение на прямой между или Znжидк и ZnO.
Конденсация цинковых паров

На рис. 32 представлена диаграмма процесса восстановления, конденсации и окисления цинка. На ней сопоставлены диаграммы зависимости g от t для систем Zn—О и С—О. На рис. 32 величина у выражает отношение рCO/pCO2. Как видно из диаграммы, окись цинка можно восстанавливать окисью углерода при отсутствии углерода только при достаточно высокой температуре.
Например, при 1127 °С получается газовая смесь, содержащая 26% Zn, 26 % CO2 и 48% CO. Конденсировать цинк из этой смеси невозможно, так как при охлаждении смеси протекает процесс окисления. Для удаления СО2 необходимо присутствие углерода. При этом можно получать пары цинка, неокисляющиеся при более низкой температуре.
Конденсация цинковых паров

Кривая, соответствующая рCO = 0,5, является границей между областью твердого углерода и его окисью и представляет наиболее низкое значение g, достижимое при этом давлении.
При охлаждении газовой смеси потенциал должен изменяться по пограничной кривой. Распад CO протекает крайне медленно, но в присутствии катализатора — содержащегося в коксе железа — этот процесс протекает весьма быстро, и поэтому отделять парогазовую фазу от шихты следует при высокой температуре. При этом величина g будет изменяться согласно соответствующей прямой у.
Из рис. 32 видно, что достаточно полная конденсация цинка наблюдается при низком значении q, соответствующем большому избытку С или CO или очень высокому значению у.
При у = 100 для смеси, содержащей 50 % CO; 49,5% Zn и 0,5% СО2, жидкий цинк конденсироваться не будет, так как кривая лежит вне области компактного металла. Даже при у = 1000 условия конденсации еще неблагоприятные, так как область существования ZnO достигается уже при t = 600 °С и дальнейшая конденсация невозможна.
Только при значении у = 3000 можно ожидать хорошего выхода конденсата, поскольку при этом смесь не окисляется при охлаждении до 559 °С. Чем выше значение у, тем больше выход жидкого цинка.
Для проведения расчетов с точностью большей, чем это позволяет график рис. 32, необходимо изучить состав газа при разных температурах.
Зависимость у от К2 и рСО выражается уравнением
Конденсация цинковых паров

Максимальное парциальное давление цинка в конденсаторе (Рмакс) определяется величиной константы реакции восстановления окиси цинка окисью углерода (К1):
Конденсация цинковых паров

Поскольку К1 является функцией t, температурные зависимости рмакс выражаются различными кривыми, часть которых приведена на рис. 33. Ниже этого семействa кривых лежит область существования цинковых паров, а выше происходит вторичное окисление. На этом же рисунке нанесена кривая насыщенных паров (AB) цинка, который в парообразном состоянии может существовать только ниже этой кривой. Точки пересечения кривых представляют температуры и давления паров цинка, в которых начинается вторичное окисление при конденсации.
Конденсация цинковых паров

Конденсация цинковых паров

На основании приведенных кривых может быть рассчитан выход жидкого цинка. Если обозначить парциальное давление паров цинка в газах, поступающих из печи в конденсатор, через р, то в 1 газа содержится рм3 паров цинка и (1—р) м3 других газов. После конденсатора соответствующее количество газов содержит х м3 паров цинка, тогда как количество других газов остается таким же (1—р) м3. Содержание цинка в газе, находящемся в конденсаторе в тот момент, когда дальнейшая конденсация жидкого цинка невозможна, обозначим рмакс. Сопоставляем
Конденсация цинковых паров

В процентном отношении
Конденсация цинковых паров

Подставляя значения р (0,5; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1) в это уравнение, можно вычислить количество образующейся пусьеры и определить выход цинка в зависимости от равновесной температуры реакции (рис. 34).
При понижении парциальной упругости CO за счет азота при той же температуре можно достигнуть большего значения у, однако при этом разбавляются и цинковые пары и коденсация начинается при более низкой температуре. При температуре ниже 1230 °С выход цинка в конденсат не может быть существенно увеличен. Изменение выхода цинка при разбавлении газовой фазы азотом или окисью углерода при одинаковом парциальном давлении цинка показано на рис. 35.
Удаляющиеся из печи газы содержат цинковые пары и смесь CO и СО2 в соотношении, зависящем от температуры и константы равновесия K2. Причем определяющей является температура, при которой газы покидают шихту. При этом Кa = р2СО/рСО.
Конденсация цинковых паров

где P — общее давление в печи.
Заменяя pCO/pCO2 = y и полагая P=1, а pZn = 0,5, получаем
Конденсация цинковых паров

Значения у приведены в табл. 23.
Конденсация цинковых паров

Пока в процессе охлаждения парогазовой смеси не окисляется цинк, величина у не изменяется. Обратное окисление начинается с момента, когда pZn/y = pZn*pCO2/pCO больше, чем K1. Пока pZn/y меньше, чем K1 (Pzn — давление насыщенных паров цинка), конденсация идет беспрепятственно.
Следовательно, при быстром отводе из печи горячих газов (с температурой больше 1000 °С) и быстрой их конденсации можно избежать обратного окисления цинка и сконденсировать его в жидкий металл из разбавленных парогазовых смесей.
Чтобы быстрое охлаждение паров цинка не привело к образованию пусьеры, необходимо создать в конденсаторе особые условия, отличные от обычного камерного конденсатора. Эти условия были созданы применением барботажных конденсаторов и конденсаторов с разбрызгиванием.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent