Wstęp:
Temperatura zapłonu koncentratów miedzi stanowi bardzo interesujące zagadnienie zarówno z punktu prowadzenia procesów technologicznych ich przetopu, jak również, transportu i składowania koncentratów na hałdach i w zbiornikach. Temperatura zapłonu nierozłącznie związana jest z reakcją utleniania. Utlenianie siarczków jest procesem heterogenicznym, egzotermicznym, związanym z wydzieleniem dużych ilości ciepła, co pozwala na autogeniczne, lub pół autogeniczne prowadzenie procesów otrzymywania miedzi. Każdemu siarczkowi odpowiada własna temperatura zapłonu charakteryzująca pod względem kinetycznym reakcję jego utleniania. Temperatura zapłonu zależy, bowiem od całego szeregu czynników. W pierwszym rzędzie od właściwości i budowy siarczku, stopnia uporządkowania struktury, ilości dyslokacji i innych defektów na powierzchni, od rozmiarów ziarna siarczku, od pojemności cieplnej, przewodnictwa cieplnego a także gęstości utlenianego materiału i warstewki powstałych produktów utleniania. Na temperaturę zapłonu siarczków mają też wpływ i inne, pozornie nieistotne czynniki. Nawilgocenie powietrza prowadzi do obniżenia temperatury zapłonu. Obecność w powietrzu dwutlenku siarki natomiast powoduje podwyższenie temperatury zapłonu siarczków i znacznego obniżenia szybkości ich utleniania po zapaleniu, gdyż wydzielający się jako produkt dwutlenek siarki utrudnia dyfuzję tlenu do powierzchni reakcji.
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest określenie temperatury zapłonu polskich koncentratów miedzi w zależności od ich składu, frakcji ziarnowej oraz wilgotności.
Wykonanie ćwiczenia:
Podczas wykonywania ćwiczenia wykorzystywany był koncentrat o następującym składzie:
Cu = 20,4%, Fe = 4,26%, Sorg = 10,81%, SiO2 = 18,25%, MgO = 3,65%, Al2O3 = 6,58%, CaO = 9,6%, Zn = 0,77%, As = 0,1%.
Koncentrat został przesiany dla ujednolicenia frakcji, oraz pobrane zostały 2 próbki do oznaczenia wilgotności o masie około 50g, próbki zostały umieszczone w suszarni w temperaturze 1000C.Po wyjęciu z suszarni próbki zostały ponownie zważone i na podstawie zmiany masy określona zostanie wilgotność koncentratu.
Wyznaczenie wilgotności koncentratu:
I II
masa początkowa próbki – 50,051 50,120
masa próbki po wysuszeniu – 49,209 49,261
ubytek masy – 0,842 0,859
wilgotność- 1,68 1,71
0,842/50,051*100%=1,68%
0,859/50,120*100%=1,71%
Wilgotność tego koncentratu wynosi ok.1.7%
Po wyznaczeniu wilgotności odważamy kolejną próbkę o masie około 500g, która zostanie umieszczona w metalowym pojemniku wyłożonym ceramiczną matą. W próbce umieszczone zostały dwie termopary w celu rejestracji zmian temperatury. Termopara nr 1 została umieszczona w okolicach środka próbki, zaś termopara nr 2 została umieszczona pod powierzchnią próbki na głębokości około 1 cm. Tak przygotowany zestaw umieszczony został w piecu w temperaturze 1500C w celu zebrania potrzebnych danych do wykreślenia wykresu. Komputer będzie odczytywał dane co 5s przez 24h.
Wnioski i obserwacje
Do utleniania koncentratu potrzebny jest tlen, w górnej części dostęp do niego jest o wiele łatwiejszy, utlenianie zachodzi na całej powierzchni próbki, dlatego mogliśmy zauważyć zmianę barwy świadczącą o całkowity utlenieniu koncentratu. W środku i na samym dnie dostęp tlenu jest ograniczony, dotarł jednak w ograniczonym zakresie na zasadzie dyfundowania lecz reakcja utleniania zaszła tu z znikomym stopniu. Świadczy o tym praktycznie ta sama barwa koncentratu co na początku doświadczenia.
Jak widać na wykresie w początkowej fazie temperatura próbki wzrasta w miarę równo. Po przekroczeniu temperatury zapłonu koncentratu, ze względu na charakter egzotermiczny, będzie przebiegać samoczynnie (szybki przyrost temperatury). Po pewnym czasie temperatura próbki będzie większa niż pieca, a po skończeniu się reakcji utleniania (pik) ciepło będzie oddawane z próbki do pieca aż do wyrównania temperatur.
Metale Nieżelazne
Metalurgia
Metalurgia Metali Nieżelaznych
IV Rok
Wyznaczanie temperatury zapłonu koncentratów miedzi
Katarzyna Barańska
Katarzyna Biale
Grzegorz Bednarek
cycu83