硫化锌精矿氧化过程动力学

硫化锌精矿氧化过程动力学

一、 目的

（1） 采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

化速度与时间曲线。

（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+3/2O 2=ZnO+SO 2

反应过程的机理：

ZnS+1/2O 2（气）——ZnS …[O]吸附——ZnO+[S]吸附

ZnO+[S]吸附+O 2——ZnO+SO 2解吸

这个反应是有气相与固相反应物和生成的多相反应，包括向反应界面和从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SO 2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） 氧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SO 2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SO 2吸收，减小矿石粒度，降低氧化层厚度，提高温度

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SO 2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S S S i

R

式中R S ——精矿中硫的氧化分数；

S i ——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SO 2得到S 的脱出率。

三仪器及试剂

仪器等：

电子天平、管状电炉、智能温度控制器、气体吸收装置、无油空气压缩机、

锥型瓶、碱式滴定管、秒表、滴定台。

试剂：

氢氧化钠、甲基红、亚甲基蓝、无水乙醇、双氧水、硫化锌精矿、去离子水。

五实验步骤：

1开启温度控制器，对卧式管状炉进行；

2检查气体管路，并熟悉气体走向和三通阀门的转向；

3按25mlH2O2+0.2%甲基红15ml+0.2%亚甲基蓝2ml+水定容为500ml，分装入12支试管，并连接好管道，检查连接是否正确；

3利用电子天平准确称量硫化锌1~2g,并装入舟皿；

3待炉子升到所需温度，将已装好硫化锌的舟皿用铁丝推入炉管中最亮的地方，并迅速塞好塞子，接通管道，开启无油空气压缩机，保持气流稳定，吸收液一有气泡就开始计时；

4 每5分钟旋转一次阀门，进入下一组试管进行吸收；

5将已吸收过二氧化硫的溶液用NaOH溶液滴定，颜色由紫色变为亮绿色为终点,记下相应的组数和体积；

6实验完毕，整理实验场地。

7根据所得数据计算脱硫率，作出脱硫率Rs-t时间关系曲线图，根据相应化学反应的速度公式判断为何种控制环节。