有色冶金原理第五章-氧化物和硫化物的火法氯化.ppt

因此在炼铁之前，必须对烧渣进行处理，达到除去有害杂质，保证生产的顺利进行、综合回收有价金属的目的。工业上的烧渣用高温氯化挥发法就是用CaCl2作为氯化剂，将烧渣中各种金属选择氯化出来，使铜、铅、锌等氧化物转变为氯化物挥发出来。若进行中温氯化焙烧，因氯化温度较低，上述金属氧化物所生成的氯化物呈不挥发的固态仍留在焙砂中，可以用水或稀酸浸出，使其方便地从烧渣中分离出来。而烧渣中的Fe2O3是不被氯化的，留在烧渣中作为炼铁原料。从而达到有色金属与铁分离的目的。 2．氯化钠作为氯化剂 NaCl是比CaCl2还要稳定的化合物，实验证明，NaCl在氯气流中加热到1273K时仍十分稳定，不发生离解，即固体NaCl受热离解析出氯气参与氯化反应是不可能的。此外，在干燥的空气或氧气流中，在1273下加热两小时，NaCl的分解量仍很少（约1%），这表明以下反应： 很难向生成氯气的方向进行。 因此NaCl在标准状态下以及有氧存在时是不可能将一般有色金属氧化物氯化的。但实际生产中却常用NaCl作为氯化剂，这是因为在烧渣或矿石中存在有其他物质，如黄铁矿烧渣中一般常含有少量硫化物，该硫化物在焙烧时生成SO2或SO3，在SO2或SO3的影响下，NaCl可以分解生成氯气，使铜、铅、锌等金属氧化物或硫化物被氯化。 这样就可以改变反应的值，使本来不能进行的反应转化为在SO2等参与下可以进行。以下对NaCl的分解问题作为一概略的讨论。在氯化被烧的气相中，一般存在有氧、水蒸汽和物料中的硫。在焙烧过程中生成的SO2或SO3与NaCl发生副反应，生成Cl2及HCl的副产物，从而使MeO被氯化，其主要反应如下： 反应（22）在低温时易向生成氯气的方向进行。873K以上或在有硫酸盐作催化剂时673K以上便易向生成HCl的方向进行。当温度为773K时，式（17）的=355180J，故反应（17）不能向右进行，但在773K时，反应（19）的=－88282J，及式（21）的=－114223J，所以反应（19）、（20）都能向右进行。 可见，NaCl的氯化作用主要是通过SO2或SO3促进作用，使其分解出氯气或氯化氢来实现的，这一点与前述的CaCl2被SO2或SO3分解加速氯化作用相似，只是促进效果不相同罢了。同理，当烧渣或矿石存在有SiO2，Al2O3等酸性氧化物时，由于SiO2等能与CaO、MgO、Na2O结合成相应的硅酸盐或其它盐，这样必将降低固体氯化剂CaCl2、MgCl、NaCl的分解产物CaO、MgO、Na2O的活度，结果是可加强它们的氯化作用。 综上所述可知，在氧化气氛条件下进行的氯化焙烧过程中，NaCl的分解主要是氧化分解，但必须借于其它组分的帮助，否则分解很难进行。在温度较低（如中温氯化焙烧）的条件下，促使NaCl分解的最的效组分是炉气中的SO2。因而对于以NaCl作为氯化剂的中温氯化焙烧工艺，几乎无例外地要求所焙烧的物料中含有足够数量的硫（常用加S、FeS2的方法）, 而在高温氯化焙烧过程中，NaCl可借助于SiO2、Al2O3等酸性脉石成分来促进分解而无需补加硫。其于反应（22）的存在，NaCl分解出的氯可以和水蒸气反应生成HCl。若氯化过程是在中性或还原气氛中进行，则NaCl的分解主要是靠水蒸气进行高温水解。当然，高温水解反应的进行仍然需要其它组分（如SiO2等）的促进。 其于反应（22）的存在，NaCl分解出的氯可以和水蒸气反应生成HCl。若氯化过程是在中性或还原气氛中进行，则NaCl的分解主要是靠水蒸气进行高温水解。当然，高温水解反应的进行仍然需要其它组分（如SiO2等）的促进。 第三节 氯化反应的动力学 当用氯气或氯化氢气体作为氯化剂来氯化金属氧化物或硫化物时，氯化反应在气、固相之间进行，反应为多相反应。有关多相反应的动力学一般规律，对于气—固氯化反应也完全适用。 研究多相反应的动力学规律，发现在气—固相之间的反应 一般由下列五个步骤组成： （1）??? 气相反应物向固相反应物表面扩散； （2）??? 气相反应物在固相表面被吸附； （3）??? 气相反应物与固相反应物发生反应； （4）??? 气相产物在固相表面解吸； （5）??? 应的速度由五个气相产物经扩散离开固相表面。 整个反步骤中速度最慢的一步来决定。 在较低温度下，化学反应速度一般较慢，此时常常是第三个步骤（化学反应）决定整个多相反应的速度快慢。当温度升高时，化学反应速度增加很快，扩散速度也有所增快，但与化学反应速度比较，则扩散速度相对地变慢了，此时，常常是扩散速度决定了整个多相反应速度的快慢。金属氧化物被氯气氯化的反应就符合上述情况。当温度较低时，化学反应速度起主导作用，称反应处于“动力学区域”；当温度升高时，扩散速度起主导作用，称多相反应处于