硫化锌精矿氧化焙烧

实验二硫化锌精矿氧化焙烧一、目的(1)用固定床进行硫化锌精矿氧化焙烧，分析各段时间硫的产出率，来测定氧化速度与反应时间的关系曲线。(2)学会氧化动力学的研究方法。(3)了解硫化锌精矿氧化过程机理。(4)学会硫的分析方法。二、原理在冶炼过程中，为了得到所要求的化学组分，硫化锌精矿必须进行焙烧，硫化锌的氧化是焙烧过程最主要的反应：ZnS+3/2O2=ZnO+SO2反应过程的机理：ZnS+1/2O2（气）——ZnS+[O]吸附——ZnO+[S]吸附ZnO+[S]吸附+O2——ZnO+SO2解吸这个反应是气相与固相的化学反应，包括反应界面的传热与传质过程。硫化锌颗粒开始氧化的初期。化学反应速度本身控制着焙烧反应速度。但当反应进行到某种程度时，颗粒表面便为氧化生成物所覆盖，参与反应的氧通过这一氧化物层向反应界面的扩散速度，或反应生成物SO2通过扩散从反应界面离去的速度等，便成为总氧化速度的控制步骤。因此，可以认为反应按如下步骤进行:(1)通过颗粒周围的气体膜向其表面扩散；(2)氧通过颗粒表面氧化生成物向反应界面扩散；(3)在反应界面上进行化学反应；(4)反应生成的气体SO2向着氧相反的方向扩散，即反应从颗粒表面向其中心部位逐层进行，硫化物颗粒及其附近气体成分的浓度可用未反应核模型表示。提高硫化物氧化速度，可以通过以下方式：提高氧分压，加速SO2吸收，减小矿石粒度，降低氧化层厚度，提高温度等措施。本实验采用固定床焙烧，来测定硫化锌氧化速度。分析氧化过程某一时刻产生的SO2的量，来计算硫化锌硫的脱出率；即单位时间硫的脱出率。为了便于比较不同硫化物和不同条件下硫化物的氧化速度，引入以下公式：总SSSiR式中RS——精矿中硫的氧化分数；Si——硫化锌精矿氧化过程中某一时间内失去的硫量；S总——精矿中所有的含硫量。利用氧化分数和时间关系作出，可以得出不同温度、不同粒度、不同气相组成对硫化锌焙烧过程的影响。实验利用卧式管状炉，通空气在温度低于硫化锌的熔点下进行。通过秒表计时，控制吸收液的吸收时间，利用滴定来分析SO2得到S的脱出率。2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O三、仪器及试剂仪器：电子天平、管状电炉、智能温度控制器、滴定台、气体吸收装置、无油空气压缩机、碱式滴定管等。试剂：氢氧化钠、甲基红、亚甲基蓝、无水乙醇、双氧水、硫化锌。四、实验步骤1）利用电子天平称取硫化锌精矿0.5g，小心放入瓷舟。2）配制吸收液:双氧水25ml、甲基红15ml、亚甲基蓝2ml加入到500ml量筒，加水至500ml。将配置的吸收液分装于12支试管。3）连接管道，检查管道连接和阀门位置是否正确。正确后，进行下一步。4）将盛硫化锌的瓷舟小心推入石英管内温度最高处，开启空气压缩机，当有气泡从溶液中冒出，开始计时，每5分钟转换一次阀门，保证每次只有一组试管的溶液吸收SO2。5）将已吸收二氧化硫的溶液倒入锥形瓶，在不断摇动过程中用氢氧化钠溶液滴定。颜色变化：紫色→黑色（墨绿色）→亮绿色（终点色）。6）计算每组脱硫量，计为Si（i=1，2…,6）。7）计算0~t时间段的脱硫率，以时间为横坐标，脱硫率为纵坐标作出ηs-t图。五、实验记录及数据处理表1NaOH滴定实验数据次数时间间隔/minNaOH的体积/mL1450.32427.53411.6446．0542.0640.1表2脱硫率与反应时间的实验数据(NaOH0.1mol·L-1，ZnSg)吸收的组别反应时间/min消耗的NaOH/mL脱硫率/%备注Ⅰ450.30S1=48.79Ⅱ877.80S2=75.46Ⅲ1289.40S3=86.71Ⅳ1695.40S4=92.53Ⅴ2097.40S5=94.47可认为V、VI组脱硫率不变Ⅵ2497.50S6=94.57六、结果与讨论48.7975.4686.7192.5394.4794.5730.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00100.000481216202428脱硫率/%反应时间/min图3脱硫率与反映时间关系图