Введение к работе
Актуальность работы. Многие высокотемпературные технологические процессы представляют собой взаимодействие силикатных расплавов, содержащих оксиды металлов, с восстановительными газами, среди которых наиболее часто встречается монооксид углерода.
Так, в пирометаллургии при использовании самых распространённых восстановителей - различных видов кокса - процесс идёт через образование СО, т.е. оксиды металлов, содержащиеся в силикатном расплаве (как оксиды железа, так и цветных металлов, в частности кобальта никеля, меди) восстанавливаются монооксидом углерода.
В цветной металлургии наряду с традиционными (использующими твёрдые восстановители) применяются также технологии (например плавка в жидкой ванне), в которых предусмотрена прямая подача восстановительного газа в расплав.
Изучение взаимодействия СО с силикатными расплавами, содержащими оксиды металлов, важно также и для стекольной промышленности, в частности при производстве окрашенных стёкол, или наоборот, когда окрашивание нежелательно.
Из сказанного следует, что знание кинетических параметров процесса взаимодействия монооксида углерода с оксидами железа, никеля, кобальта , меди представляет интерес для решения практических задач, связанных с проведением различных высокотемпературных технологических процессов. Тем не менее, несмотря на широкое распространение указанных реакций, их кинетические характеристики изучены недостаточно. Имеющиеся работы на эту тему немногочисленны, а приводимые в них данные часто противоречивы. В связи с этим неясен и механизм взаимодействия, что объясняется сложностью рассматриваемых систем и трудностями их экспериментального изучения.
Таким образом, исследование кинетики взаимодействия оксида углерода с силикатным расплавом, содержащим оксиды металлов, является актуальным как в теоретическом, так и в практическом отношении.
Цель работы. Исследование кинетики взаимодействия оксида углерода с FeO, БегОз, СоО, №0 и СщО, содержащимися в силикатном расплаве.
В соответствии с целью в работе были поставлены следующие задачи:
-
Изучение влияния на скорость процесса парциального давления восстановителя, концентрации оксида в расплаве и температуры;
-
Расчёт констант скоростей, порядков реакций, энергий активации. Получение кинетических уравнений процессов восстановления;
-
Оценка вкладов кинетической и диффузионной стадий процесса в общее торможение реакции.
Научная новизна. В работе впервые для изучения кинетики восстановления оксидов металлов из расплава газом был использован безградиентный метод с применением реактора идеального смешения газовой фазы. Получены кинетические уравнения процессов восстановления, характеризующие зависимость скорости реакций от температуры, концентрации оксидов в расплаве и парциального давления восстановителя. Для кинетического анализа изучаемых реакций применён принцип сложения сопротивлений отдельных этапов гетерогенного процесса. Это позволило не только установить, что восстановление рассматриваемых оксидов протекает в смешанном режиме, близком к кинетическому, но и количественно оценить вклад отдельных стадий в общее торможение процесса. Высказаны предположения о возможном механизме взаимодействия оксида углерода с силикатным расплавом, содержащим оксиды металлов.
Практическая значимость. Полученные в работе данные могут быть использованы при разработке систем управления различными металлургическими процессами, в частности плавкой в жидкой ванне, а также для совершенствования технологических процессов пирометаллургической переработки медно-никелевого сырья и для оптимизации этих процессов.
Результаты работы могут быть использованы, кроме того, в стекольной промышленности для повышения качества продукции.
Апробация работы. По материалам диссертации сделаны доклады на всесоюзных и региональных научно-методических конференциях и семинарах: I Уральская конференция по высокотемпературной физической химии (г. Свердловск, 1975 г.); научно-практический семинар «Молодые учёные и исследователи - производству» (г. Владимир, 1976 г.); научно-техническая конференция «Учёные института - народному хозяйству» (г. Владимир, 1983 г.); VII Всесоюзная конференция по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов (г. Свердловск, 1986 г.).
Публикации. По теме диссертации в центральной и местной печати опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы из 103 наименований и приложения; изложена на 109 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц и 30 рисунков.
