Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

О возможности протекания реакций восстановления веществ можно судить по изменению их термодинамического потенциала. Как известно, чем больше изменение энергии Гиббса при протекании реакции, тем выше способность вещества вступать в химическое взаимодействие. С применением законов термодинамики рассчитывают численные значения изменения энергии Гиббса химических реакций. Для расчётов используют известные коэффициенты:

- теплоемкостей исходных веществ и продуктов реакции,

- теплоты образования химических соединений

- энтропии всех компонентов.

ΔG_T = ΔH⁰_T – TΔS⁰_Т

где ΔG_T — изменение энергии Гиббса в зависимости от температуры Т;

  ΔH⁰_T — изменение энтальпии в зависимости от температуры;

TΔS⁰_Т — изменение энтропии в зависимости от температуры.

Из нескольких возможных реакций предпочтительнее та, для которой абсолютное отрицательное значение изменения энергии Гиббса больше.

Термодинамический анализ реакций восстановления железо-титановых соединений (титанатов) позволяет установить, что реакции восстановления титанатов железа возможны твердым углеродом при температуре около 2000 К с образованием металлического железа, диоксида титана и низшего оксида титана Ti₂О₃.

Поэтому в промышленности для разделения оксидов титана и железа, входящих в состав железо-титановых концентратов, применяется восстановительная рудотермическая плавка в электропечах большой мощности и производительности. Исследованиями установлено, что восстановительная плавка протекает следующим образом:

1) сверху в электропечь загружают шихту, она постепенно нагревается и при 900 °С начинается восстановление углеродом свободных оксидов железа (гематита и магнетита);

2) при 1150-1270 °С начинается восстановление железа из ильменита и частичное восстановление ТiО₂ до низших оксидов:

FeO*TiО₂ + С = Fe + ТiО₂ + СО

3ТiО₂ + С = ТiО₂*Ti₂О₃ + СО = Ti₃О₅ + СО

3) при 1270-1400 °С  восстановление ТiО₂ продолжается интенсивнее

2Ti₃О₅ + С = 3Ti₂О₃ + СО

4) при 1400-1600 °С  происходит восстановление низшего окисла до более низшего – монооксида титана

Ti₂О₃ + С = 2ТiО + СО

Сложность и многостадийность физико-химических процессов при восстановительной плавке происходят оттого, что все оксиды титана образуют общий раствор ТiО₂ + Ti₃О₅ + Ti₂О₃ + ТiО, в котором растворяются ильменит и оксид железа (FeO). Титан в растворе находится в различных валентных состояниях: Ti⁴⁺, Ti³⁺, Ti²⁺. В результате образуются сложные соединения, кристаллизующиеся при затвердевании шлаков, однако основой шлака является Ti₃О₅.

В результате электроплавки концентратов получают два товарных продукта:

- шлак, куда переходят оксиды титана и часть примесей,

- металл - железо, близкое по составу к чугуну.

Суммарный восстановительный процесс для ильменитовых концентратов можно представить уравнением:

3(FeO*TiО₂) + 4С = 3Fe + Ti₃О₅ + 4СО

Расчёт шихты

В качестве сырья для выплавки титановых шлаков используют:

1)  железо-титановые концентраты, содержащие TiO₂ не менее, %:

· 50-65 в ильменитовых концентратах из россыпей, 

· 42-47 в ильменитовых концентратах из коренных месторождений;

2) любые углеродные восстановители (кокс, антрацит, каменный уголь и др.), учитывая содержание в них углерода, летучих, влаги и золы, а также их влияние на расход электроэнергии и производительность печи.

Важнейшим условием успешного проведения плавки железо-титановых концентратов является выбор восстановителя и его дозировка. В зависимости от количества углерода образуются титановые шлаки различного состава:

- избыток углерода вызывает образование большого количества низших оксидов титана, карбида титана TiC и твердых растворов типа Ti (О, С), что повышает температуру процесса плавки;

- недостаток углерода ведёт к неполному восстановлению оксидов железа.

На титано-магниевом комбинате обычно шихту готовят из ильменитового концентрата и антрацита - высококачественного угля марки АММ, в котором содержание углерода не менее 85%, золы не более 10%, имеющего высокую реакционную способность, низкую электрическую проводимость, невысокую стоимость.

Подготовку шихты для восстановительной плавки в рудотермической печи начинают с определения количества компонентов шихты, в данном случае их два. Затем в заводской лаборатории проводится анализ состава исходных материалов. Примерные результаты анализа приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Состав исходных материалов

                                                                                                                     Размеры в процентах

ВАРИАНТ 00

Состав концентрата

TiO₂ FeO Fe₂O₃ SiO₂ Al₂O₃ 50,8 36,4 7,86 1,86 1,18

Состав антрацита

C зола летучие H₂O S 87,08 7,85 2,37 1,5 1,2

Зола антрацита

Fe₂O₃ SiO₂ Al₂O₃ - - 27,7 42 21,5 - -

 

Для упрощения расчета принимаем:

а) расчет ведем на 100 кг концентрата;

б) окись железа (Fe₂O₃) в концентрате восстанавливается до закиси (FeO) полностью;

в) полученная закись, а также закись, входящая в состав концентрата, на 96% восстанавливается до металла;

г) содержание углерода в чугуне принимаем 2% от массы железа, полученного из концентрата;

д) угар восстановителя во время плавки компенсируется углеродом электрода.