Д.т.н. Шевко В.М., д.т.н. Дарибаев Ж.Е., к.т.н. Дарибаева Н.Г.,

к.т.н. Кутжанова А.Н., к.т.н. Колесников А.С., Рысбекова А.Т., Колесникова О.Г.

Казахский национальный технический университет имени К.Сатпаева,

РГКП «Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова», г.Шымкент, Республика Казахстан

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СООТНОШЕНИЯ NaCl, KCl и CaCl НА ВОЗГОНКУ ХЛОРА

Экспериментальные исследования разложения хлоридных солей с возгонкой хлора проводились при следующем составе шихты, масс. %: отходы горнорудных предприятий – 80; угольная мелочь− 10; смесь хлоридов Na¸ K и Ca− 10.

На рисунке 1 приведена схема лабораторной установки, на которой проводились исследования кинетики разложения хлоридных смесей во вмещающей вольфрам-висмутсодержащей вскрышной породе. Исследования проводились в вертикальной шахтной печи с силитовыми нагревателями, во внутреннее пространство которой помещалась запаянная кварцевая трубка с алундовым тиглем. Перед проведением опытов печь прогревалась до определенной температуры, после чего в кварцевую трубку помещался алундовый тигель с шихтой и микрокомпрессором подавался воздух со скоростью 1 л/час. Отходящие газы пропускали через склянку, заполненную содовым раствором. В ходе проведения экспериментов, ввиду незначительности улетучивания CaCl₂ и смеси CaCl₂ + NaCl¸ а также CaCl₂ + NaCl + KCl (до 0,5% хлоридов от массы шихты), их влияние на результаты экспериментов не учитывалось. Определение степени возгонки хлора осуществляли традиционными химико-аналитическими методами по остаточному содержанию хлора в огарке [1]. Продолжительность каждого опыта составляла 10 минут.

Для установления количественной зависимости степени возгонки хлора от температуры использовали метод симплекс – центроидного планирования эксперимента [2]. Матрица планирования экспериментов и их результаты представлены в таблице 1. По данным таблицы 1 и результатов расчета эмпирических коэффициентов найдены уравнения регрессии, характеризующие зависимость степени возгонки хлора от состава солей и температуры:

1 – шахтная силитовая печь; 2 – кварцевая трубка; 3 – алундовый тигель с шихтой;

4 – микрокомпрессор; 5-термопара; 6 – фарфоровая трубка; 7 – регулятор напряжения;

8 – столы; 9 – КСП – 4; 10 – колба с содовым раствором; 11 – стеклянная трубка с отверстиями

Рисунок 1- Схема установки для исследования кинетики разложения CaCl₂, CaCl₂ + NaCl, CaCl₂ + NaCl + KCl

Таблица 1-Матрица планирования и результаты исследований по возгонке хлора (средние значения 3- х параллельных опытов)

№№ по плану	Матрица планирования			Хлориды в шихте, %			Степень возгонки хлора, %
	Х1	Х2	Х3	CaCl2	NaCl	KCl	900 ^0С	1000 ^0С	1100 ^0С	1200 ^0С
1	1	0	0	10	0	0	16,7	41,0	54,78	69,13
2	0	1	0	0	10	0	0	22,29	28,36	28,36
3	0	0	1	0	0	10	0	21,21	23,65	25,12
4	0,5	0,5	0	5	5	0	7,14	26,87	31,86	44,79
5	0,5	0	0,5	5	0	5	1,12	24,96	32,56	28,26
6	0	0,5	0,5	0	5	5	0,97	14,2	23,61	23,3
7	0,33	0,33	0,33	3,33	3,33	3,33	17,5	20,03	34,69	36,9

У₉₀₀ =16,7х₁- 4,6х₁х₂-28,6х₁х₃ +4х₂х₃+558х₁х₂х₃; (1)

У₁₀₀₀=12,19х₁+22,29х₂+21,23х₃+38,52х₁х₂+33х₁х₃–30,2х₂х₃-84,48х₁х₂х₃; (2)

У₁₁₀₀=54,78х₁ +26,65х₂+23,56х₃-35,42х₁х₂-26,62х₁х₃-6,16х₂х₃+195,5х₁х₂х₃; (3)

У₁₂₀₀=69,13х₁+28,36х₂+25,12х₃-15,82х₁х₂-75,46х₁х₃-13,76х₂х₃+54х₁х₂х₃; (4)

где у – степень возгонки хлора, %.

Полученные уравнения регрессии использованы для расчета точек изолинии возгонки хлора. Нанесенные на диаграмму CaCl₂ – NaCl – KCl точки с одинаковыми значениями температуры соединены линиями уровней. Адекватность полученных математических моделей устанавливали по t критерию Стьюдента, для 5% - ного уровня значимости в трех контрольных точках симплекса. Расчетные значения t – критерия для контрольных точек находятся в пределах от 0,8 до 1,1, что менее t = 1,77 и свидетельствует об адекватности уравнений регрессии.

Диаграммы степени возгонки хлора в зависимости от соотношения исходных солей в шихте и температурных уровней представлены на рисунках 2 и 3.

а – 900 ⁰С; б – 1000 ⁰С

Цифры на диаграммах – степень возгонки хлора, %

Рисунок 2- Диаграммы изменения степени возгонки хлора из шихт, содержащих хлориды Ca, Na и K

Анализируя эти диаграммы, можно отметить следующее. На изолинии диаграмм при температуре обжига 900 ⁰С (рисунок 2а) максимальное значение степени возгонки хлора из шихты наблюдается при содержании в шихте равных количеств хлоридов кальция, натрия и калия. Максимальная степень возгонки хлора при этом составляет 23%. По мере повышения температуры обжига до 1000 ⁰С (рисунок 2б) изолинии, характеризующие наиболее высокую степень возгонки хлора из шихты – до 25%, смещаются к двум сторонам концентрационного треугольника, т.е. к смесям NaCl + КCl и KCl + CaCl₂.

Совершенно другой характер кривизны имеют изолинии возгонки хлора при температуре обжига 1100 и 1200 ⁰С (рисунок 3 а и б). В этом случае изолинии располагаются параллельно друг другу. При этом с повышением температуры от 1100 ⁰С до 1200 ⁰С, линии сближаются. Причем максимум выделения хлора смещается к вершине Х₁ концентрационного треугольника (т.е. растет по мере увеличения в смеси CaCl₂).

а – 1100 ⁰С; б – 1200 ⁰С

Цифры на диаграммах – степень возгонки хлора, %

Рисунок 3- Диаграммы изменения степени возгонки хлора из шихт,

содержащих хлориды Ca, Na и K

Литература:

1 Шевко В.М., Томилин И.А. Об окислительно-хлорирующем обжиге доменных сталеплавильных пылей и шлаков// КИМС 1991, №7, с.62-66.

2 Дарибева Н.Г., Дарибаев Ж.Е., Шевко В.М. Исследование условий разложения хлористых солей. Труды и РНПК «Ауезовские чтения - 2», Шымкент, 1999 г, С. 225-227.