temp utleniania koncentratów miedzi-nasz.doc

1. 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 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.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest określenie temperatury zapłonu polskich koncentratów miedzi w zależności od ich składu, frakcji ziarnowej oraz wilgotności.

3. Wykonanie ćwiczenia

Wykonanie ćwiczenia:

a.              pobrać do krystalizatora próbkę badanego koncentratu o masie 50 g i wysuszyć w
suszarce do stałej masy w temperaturze 100 °C a następnie obliczyć jego
początkową wilgotność.

b.              uruchomić grzanie komory cieplnej i nagrzewając ją z szybkością 100 °C/godz
ustabilizować temperaturę na poziomie 150 °C

c.              zważyć metalowy pojemnik wyłożony ceramiczną matą a następnie wsypać do
niego określoną masę koncentratu o zadanym składzie i uziarnieniu

d.              pojemnik z koncentratem umieścić w komorze cieplnej

e.              jedną z termopar pomiarowych wprowadzić centralnie do środka koncentratu,
drugą natomiast umieścić na głębokości około 5 mm pod jego powierzchnią

f.              uruchomić program komputerowego zbierania danych (temperatury wnętrza
komory cieplnej, środka próbki i jej powierzchni)

g.              po zakończeniu pomiarów powtórnie zważyć metalowy pojemnik wraz z
produktami reakcji a następnie oglądnąć przekrój osiowy utlenionego koncentratu

Wyznaczenie wilgotności koncentratu:

masa początkowa próbki– 50,081g

masa próbki po wysuszeniu – 48,704g

ubytek masy – 1,377g

wilgotność koncentratu = 2,75%

Z tego samego koncentratu przygotowana została kolejna próbka o masie około 504,5g, która została umieszczona w metalowym pojemniku wyłożonym ceramiczną matą. W próbce umieszczone zostały dwie termopary w celu rejestracji zmian temperatury. Termopara nr 1 została umiejscowiona w okolicach środka próbki, zaś termopara nr 2 została umiejscowiona pod powierzchnią próbki.                                          

Tak  przygotowany zestaw umieszczony został w piecu w temperaturze 1500C, gdzie nastąpiło wygrzewanie z okresowym wzrostem temperatury.

Poniższy wykres przedstawia zależność zmiany temperatury od czasu

4. Wnioski i obserwacje

Do utleniania koncentratu niezbędny jest tlen, w tym przypadku wykorzystywany jest tlen zawarty w powietrzu, w górnej części próbki dostęp tlenu jest łatwy i utlenianie zachodzi na całej powierzchni kontaktu próbki z atmosferą, tlen z powietrza dyfunduje do wnętrza próbki i tam gdzie dotrze może zajść reakcja utleniania. Do dna próbki dotarło niewiele tlenu i dlatego reakcja utleniania mogła zajść tu w znikomym stopniu.

Jak widać na wykresie w początkowym temperatura próbki wzrasta w miarę równo, jednakże powierzchnia próbki nagrzewała się trochę szybciej. Po przekroczeniu temperatury zapłonu koncentratu reakcja utleniania będzie zachodziła samoczynnie, ponieważ temperatura próbki będzie wzrastać, ponieważ reakcja utleniania siarczków metali jest reakcją egzotermiczną. Wzrost ten w początkowym okresie także jest zbliżony na powierzchni próbki oraz w jej wnętrzu, jednakże po pewnym czasie na skutek różnicy temperatur (próbka w tym czasie posiada wyższą temperaturę niż wnętrze pieca) powierzchnia próbki będzie oddawać ciepło do wnętrza pieca i dlatego na wykresie obserwujemy charakterystyczny „pik”. Temperatura wnętrza próbki będzie nadal wzrastać tak długa jak długo zachodzić będzie reakcja utleniania, następnie ustabilizuje się, a po zakończeniu utleniania koncentratu zacznie spadać i temperatura wnętrza próbki powróci do temperatury otoczenia.

Wydział Metali Nieżelaznych

Kierunek Metalurgia

Rok 4

Zespół 3

Metalurgia metali ciężkich

Temat: Wyznaczenie temperatury zapłonu koncentratów miedzi.

                                                                                                       Marczewski Maciej

                                                                                                                              Majchrzycki Adam

                                                                                                                              Kałwa Grzegorz