Введение к работе
Актуальность теми. Гомогенно-гетерогенные процессы получа.-ют все большее применение на. практике. Наряду с каталитическими процессами важный практический интерес представляют процессы превращения твердофазных неорганических соединений при взаимодействии с газами. Это окиолительные и восстановительные процессы, применяемые часто в металлургии, такие кал окислительный обжиг серусодержащих руд и концентратов, процессы хлорирования металлов и оксидов металлов, восстановление сульфидов и окиодов металлов.
Указанные процессы кал правило протекают при повышенных температурах, так как реакции валентнонаснщенных молекул С твердофазными соединениями требуют преодоления больших активацион-ных барьеров.
В последние годы в ИХФ АН Армении были начаты исследования по воздействию газофазными цепными реакциями на. твердофазные неорганические соединения. Предполагалось, что возникающие в этих реакциях свободные радикалы и атомы, в больших, неравновесных концентрациях, обладающие свободной валентностью, а. следовательно и высокой реакционной способностью, должны активно реагировать с твердофазными соединениями, вызывая их превращения. Действительно реакции атомов и радикалов должны протекать о существенно пониженной энергией активации по сравнению с реакциями валентнонаснщенных молекул. Это обстоятельство должно приводить к высоким скоростям и осуществлению глубоких превращений твердофазных соединений, при пониженных температурах.
В диссертации поставлена, задача изучить процессы восстановительной десульфуризални халькопирита и восстановления оксидов. меди методом воздействия цепными газофазными реакцияш. Это откроет хорошую перспективу для разработки энергетически и экологически выгодных процессов переработки минерального сырья, создания научных основ принципиально новых металлургических н химико-технологических процессов.
Нелью работе является;
- изучить закономерности процессов превращения сульфидов
и оксидов металлов в условиях воздействия реагирующей смесью углеводородов шш водорода, с кислородом на примере халькопирита, и оксида меди;
используя полученный экспериментальный материал и развитые для его объяснения теоретические представления выявить по какому механизму протекает сопряженный процесс превращения и установить оптимальные режимы и основные параметры протекания процессов десульфурззации сульфида, и восстановления оксидов металлов в условиях воздействия на. них цепными газофазными реакци ями окисления углеводородов или водорода.;
на основе проведенных исследований разработать и обосновать новый метод осуществления процессов восстановления оксидов металлов до металла.
Методы исследований. Поставленная задача, решалась путем проведения экспериментов на. струевой проточной установке. На-* веска исходного вещества в кварцевой лодочке помещалась в кварцевый реактор, который обогревался электропечью. Температура, в зоне реакции измерялась при помощи хромель-алюмелевой термопары. Через реактор пропускалась смесь углеводорода, или водорода, с кислородом. В результате осуществлялось непрерывное контактирование газофазной цепной реакции с твердофазным неорганическим соединением. Скорость подачи и соотношения' исходных реагирующих газов регулировались при помощи реометров.
Анализ молекулярных продуктов реакции осуществлялся с использованием методов газовой хроматографии и калориметрии. В ряде случаев для анализа, твердой фазы как до, так и после опыта, проводился рентгеноструктурный и химический анализ.
Для обнаружения свободных радикалов применялся метод вымораживания радикалов в сочетании с радиоспектрометром ЭПР. Небольшая часть реакционных газов отбиралась через узкую кварцевую диафрагму из реактора и направлялась в узел вымораживания, помещенный в резонатор радиоспектрометра- ЭПР. Вымораживание радикалов производилось при температуре жидкого азота.
Научная новизна. Впервые было показано, что в условиях воздействия цепными реакциями окисления углеводородов и водорода на твердофазные неорганические соединения (сульфиды и окси-
да металлов) осуществляются высокоэффективные процессы их де-:ульфуриза.ции и восстановления. Развиты теоретические прэдстав-гения для объяснения этих фактов. Сделан вывод о решающей роли > сопряженном гомогенно-гетерогенном процессе превращения - со-ідинений со свободными валентностями', обладающих высокой реакционной способностью. Показано, что парамагнитные центры обра-іуится как в результате цепной реакции в газофой фазе, так и э >езульта.те их взаимодействия с твердофазными соединениями.Этим ібьяснена высокая эффективность процесса. Детально исследовано їлияние.различных параметров на процесс и выявлены их. оптимальне значения для получения максимальных выходов целевых продук-'ов превращения. Установлено, что смесь природного газа и воз-уха может быть применена для высокоэффективного глубокого постановления порошков окоидов меди с получением продукта,,. облагающего новым свойством - большой стойкостью к дальнейшему окислению. Этого пока, не удавалось достичь при помощи традиционных іетодов восстановления.
Практическая тайность. Разработан новый и высокоэффектив-!нй метод восстановления меди из его оксидов. С помощью этого іетода молено получать меда с высокой степенью извлечения кисло-юда. (99,97$) по упращенной технологической схеме при относи-'ельно невысоких температурах, что закреплено авторским свиде-ельством на. изобретение. Были проведены опытно-промышлешше спытания метода на Алавердском горно-металлургическом коыбина,-е':с получением экспериментальной партии восстановленного но-юшка. Предварительные исследования медного порошка., проведение в институтах "Угошромедь" г.Свердловск и ВНИИЭН г.Электро-тли показали существенные улучшения его технологических свойств имеются акты испытаний). Внедрение этого метода, моает быть осу-;ествлено на предприятиях медной промышленности.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались а конференции профессорско-преподавательского состава. ЕрПИ в 984 г., на. 17 научно-технической конференции молодых ученых специалистов района 2б-и Комиссаров г.Еревана, в 1984 г., на I международном симпозиуме по процессам горения (Медаездрая, ольша, 1989 г.).
TfrftfflMffifl- їїо материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ и два авторских свидетельства, список "которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссеотапии. Диссертационная работа, состоит из введения, четырех глав, выводов и описка цитируемой литературы. Объем работы - страниц в том числе IS рисунков я Ц таблиц, библиография включает IhJ наименований на 15" страницах.