Кинетика процесса сернокислотного разложения твёрдых фторсодержащих отходов производства алюминия

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2013, том 56, №1_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 541.124

Ш.Х.Раджабов, Дж.Р.Рузиев, Х.Э.Бобоев, Б.С.Азизов, член-корреспондент АН Республики Таджикистан Х.Сафиев

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА СЕРНОКИСЛОТНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ТВЁРДЫХ ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ

Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт металлургии»

ГУП «ТАлКо»

В работе приведены результаты исследований кинетики процесса сернокислотного разложения мелкой фракции твердых фторсодержащих отходов ГУП «ТАлКо». Определены кажущаяся энергия активации, константа скорости и предэкспоненциальный множитель уравнения Аррениуса, которые свидетельствуют о протекании процесса в смешанной (преимущественно диффузионной) области.

Ключевые слова: производство алюминия - фторсодержащие отходы - кислотное разложение -плавиковая кислота - кинетика процесса - энергия активации.

Электролитическое производство алюминия связано с образованием больших объёмов разнообразных отходов, которые, занимая огромные производственные площади, оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Вместе с тем эти отходы содержат значительные количества ценных компонентов, которые после переработки и извлечения могут быть использованы в качестве сырьевых компонентов, как в производстве алюминия, так и в других отраслях промышленности.

Одним из перспективных направлений переработки твёрдых фтор- и глинозёмсодержащих отходов производства алюминия является их сернокислотное разложение с получением плавиковой кислоты [1-3].

Учитывая это и исходя из необходимости утилизации промышленных отходов ГУП «ТАлКо», был разработан способ комплексной переработки твёрдых фторсодержащих отходов производства алюминия [4]. Сущность способа заключается в сернокислотном разложении твёрдых фторсодержащих отходов с получением фторида алюминия, криолита и глинозёма, а также сырья для производства строительных материалов.

Исходя из сравнительно высокого содержания фтора (24-27мас.%), кинетика сернокислотного разложения твёрдых фторсодержащих отходов исследовалась в реакторе из нержавеющей стали с углеграфитовой футеровкой при взаимодействии 92 мас.% серной кислоты, при соотношении Т:Ж = 1:1, в интервале температур 110... 190°С в течение 5-30 мин. Степень извлечения фтора определялась исходя из массы фторида магния, который осаждался при пропускании выделяющегося фтористого водорода через раствор хлорида магния.

Адрес для корреспонденции: Сафиев Хайдар. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Х.Хакимзаде, 17, Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт металлургии» ГУП «ТАлКо». E-mail: inmet.talco@mail.ru, h.safiev@mail.ru.

Как видно из рис.1, кинетические кривые до 150°С имеют практически прямолинейный характер, а при 170... 190°С вначале прямолинейный, затем - параболический характер. Эти кинетические кривые хорошо описываются уравнением первого порядка:

0т = к

ат

где а - степень извлечения фтора; т - время, мин; к - константа скорости реакции, мин-1.

Рис.1. Кинетические кривые процесса сернокислотного разложения твёрдых фторсодержащих отходов при

различных температурах

После несложных математических преобразований уравнение (1) может быть представлено в

виде:

1§

1

кт

(1 -а) 2.303

На графике зависимости

1

от времени (рис.2.а) полученные прямые имеют отрица-

тельный наклон, равный к/2.303. Исходя из этого, обработкой этих кривых были рассчитаны значения констант скоростей в исследуемом интервале температур.

Зависимость константы скорости реакции от температуры описывается уравнением Аррениу-

са:

к = к  е

или

^ к = ^ ко -

Е

2.303КТ

где к - константа скорости реакции; к0 - предэкспоненциальный множитель; Е - кажущаяся энергия активации, кДж/моль; Я - универсальная газовая постоянная, Дж/мольтрад; Т - абсолютная температура, К.

Е

КТ

Доклады Академии наук Республики Таджикистан

2013, том 56, №1

Рис.2. Графики зависимости:

1

а) - от времени; б) ^к от обратной абсолютной температуры.

1 -а

б

а

На графике зависимости ^к от 1/Т почти все экспериментальные точки хорошо укладываются в прямую линию, по тангенсу угла наклона которой была определена эмпирическая энергия активации. Величина рассчитанной энергии активации (22.4кДж/моль) свидетельствует о протекании процесса в смешанной (преимущественно диффузионной) области. Этот вывод подтверждается зависимостью скорости реакции от размера частиц, перемешивания и температуры.

Исходя из вычисленного значения энергии активации, по формуле

Е

к = к  е^ .

были рассчитаны величины предэкспоненциального множителя уравнения Аррениуса, которые вместе со значениями констант скоростей в исследуемом интервале температур представлены в нижеприведённой таблице.

Таблица

Значения констант скоростей и предэкспоненциального множителя при различных температурах

Т, К 383 403 423 443 463

к-102, мин.-1 2.73 3.77 5.15 6.58 9.11

к0-102, мин.-1 8.23 10.89 14.21 17.30 22.77

Значения кинетических характеристик раскрывают механизм протекания процесса сернокислотного разложения твёрдых фторсодержащих отходов производства алюминия и дают возможность выбора рационального режима его осуществления.

Поступило 23.11.2012 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Истомин С.П., Куликов Б.П., Мясникова С.Г. - Цветные металлы, 1999, № 3, с. 45-47.

2. Рагозин Л.В., Куликов Б.П. - Цветные металлы, 2002, специальный выпуск, с.36-41.

3. Патент RU 2393241, 27.06.2010. Способ переработки мелкодисперсных натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия / Куликов Б.П., Николаев М.Д., Кузнецов А. А.

4. Сафиев Х., Азизов Б.С. Раджабов Ш.Х. и др. Способ комплексной переработки твердых фторсо-держащих отходов производства алюминия. Малый патент Республики Таджикистан TJ 515 от 28.05.2012 г.

Ш.Х.Рачабов, Ч,.Р.Рузиев, Х.Э.Бобоев, Б.С.Азизов, ^.Сафиев

КИНЕТИКАИ РАВАНДИ ТА^ЗИЯИ ПАРТОВ^ОИ САХТИ ФТОРДОРИ ИСТЕ^СОЛИ АЛЮМИНИЙ БО КИСЛОТАИ СУЛФАТ

Муассисаи давлатии «Пажу^ишго^и илмию тащицотии металлургия»-и КВД «Ширкати Алюминийи Тоцик»

Дар макола натичахои тахкикоти кинетикаи раванди работе приведены результаты исследований кинетики тачзияи фраксияи хурди партовхои сахти фтордори КВД «Ширкати Алюминийи Точик» бо кислотаи сулфат оварда шудаанд. процесса сернокислотного разложения мелкой фракции твердых фторсодержащих отходов ГУП «ТАлКо». Бузургихои муаяншудаи энергияи активатсияи зохирй, константаи суръат ва нишондихандаи пешазэкспонентсиалии муодилаи Аррениус оиди гузариши раванд дар доираи омехта (асосан диффузионй) шаходат медиханд.

Калима^ои калиди: истеусоли алюминий - партовхои фтордор - тацзияи кислотаги - кислотаи гидрогенфторид - кинетикаи раванд - энергияи активатсия.

Sh.Kh.Rajabov, J.R.Ruziev, Kh.E.Boboev, B.S.Azizov, H.Safiev KINETICS OF THE PROCESS OF SULFURIC ACID DECOMPOSITION OF SOLID FLUORINE-CONTAINING ALUMINUM PRODUCTION WASTE

State Enterprise «Research Institute of Metallurgy» SUE "TALCO" The paper presents the results of studies of the kinetics of the process of sulfuric acid decomposition of small fraction of fluorine-containing solid waste SUE "TALCO". Determined the apparent activation energy, rate constant and preexponential factor of the Arrhenius equation, which indicates the occurrence of the process in a mixed (mainly diffusion) region.

Key words: aluminum production - fluorine-containing waste - acid decomposition - hydrofluoric acid -kinetics of the process - activation energy.