范文一:073接触法制硫酸
第一节 接触法制硫酸
高考题
1. (99上海)在硫酸工业生产中,为了有利于 SO 2的转化,且能充
分利用热能,采用了中间有热交换器的接触室(见右图。按此 密闭体系中气体的流向,则在 A 处流出的气体为
A . SO 2 B . SO 3, O 2 C . SO 2, O 2
D . SO 2, SO 3
提示:此题考查了工业生产硫酸的重要设备之一的接触室中气 体的流向。 SO 2和 O 2 进入热交换器的管外时, 虽具备合成温度, 但无 V 2O 5 催化,不会生成 SO 3,只有 SO 2和 O 2。 2. (05上海)浓硫酸和 2mol/L的稀硫酸,在实验室中敞口
放置。它们的质量和放置天数的关系如右图,分析 a 、
b 曲线变化的原因是 A . a 升华、 b 冷凝 B . a 挥发、 b 吸水 C . a 蒸发、 b 潮解
D . a 冷凝、 b 吸水
提示:a 是因为稀硫酸中的水分挥发, b 是因为浓硫酸 具有吸水性,质量增加。
3. (05上海)碳跟浓硫酸共热产生的气体 X 和铜跟浓硝酸反
应产生的气体 Y 同时通入盛有足量氯化钡溶液的洗气瓶
中(如图装置) ,下列有关说法正确的是 A .气瓶中产生的沉淀是碳酸钡 B . Z 导管出来的气体中无二氧化碳 C . 气瓶中产生的沉淀是硫酸钡
D . Z 导管口有红棕色气体出现
提示:碳跟浓硫酸共热产生的气体为 CO 2和 SO 2,铜跟浓硝酸反应产生的气体为 NO 2, NO 2与水反应生成 HNO 3,在 HNO 3存在时,氧化 SO 32-生成 SO 42-,所以生成了硫酸钡 沉淀;同时硝酸被还原为 NO 气体逸出,在 Z 导管口遇到空气变成红棕色气体 NO 2。 4. (95上海)为了方便计算,有人把 98%的浓 H 2SO 4表示成下列形式,其中合理的是
A . H 2SO 4·
9
1H 2O
B . H 2SO 4·H 2O C . H 2SO 4·SO 3
D . SO 3·
109
H 2O
提示:设 100g98%浓硫酸,即有硫酸 98g, 水 2g, 其物质的量之比为 1∶ 9
1。
5. (02上海)硫铁矿高温下空气氧化产生二氧化硫:4FeS 2+11O 2→ 8SO 2+2Fe 2O 3
设空气中 N 2、 O 2的含量分别为 0.800和 0.200(体积分数,以下气体含量均用体积分数
表示) ,试完成下列各题:
(1) 1.00mol FeS2完全氧化,需要空气的体积(标准状况)为 _________L。 (2) 55L 空气和足量 FeS 2完全反应后,气体体积(同温同压)变为 _________L。 (3)用空气氧化 FeS 2产生的气体混合物中, O 2的含量为 0.0800,计算 SO 2的含量。 (4)设 FeS 2氧化产生的气体混合物为 100L ,其中 O 2为 aL , SO 2为 bL 。 ①写出 a 和 b 的关系式
②在右图中画出 a 和 b 的关系曲线(FeS 2氧化时,空气过量 20%)
说明:为方便作图,纵坐标用 13b 表示
【答案】 (1) 308; (2) 52 (3)设 SO 2为 X (体积分数) ,则有 4×(11×X/8+0.0800)=1-0.0800-X X =0.0923
(4)① 13b =200-10a ②如右图 提示:(1) 1.00mol FeS 2完全氧化,需要 O 211/4 摩
尔,所以需要空气的体积(标准状况)为 308L 。 (2)采用体积差列式求体积减少量。 :4FeS 2+11O 2→ 8SO 2+2Fe 2O 3 体积减少 3摩尔。
(3)设 SO 2的体积分数为 x
则有 4(110.0800) 8x
?+=1-0.0800-x x=0.0923
(4) 100L 气体混合物中又 N 2为(100-a -b ) L 而生成 b L SO2 耗 O 2 为 118
b L .
则:(100-a -b ) :(
118b +a ) =4:1
即:13b =200-10a 6. (97上海)接触法制硫酸排放的尾气中,含少量的二氧化硫。为防止污染大气,在排放
前设法进行综合利用。
某硫酸厂每天排放的 1万米 3尾气中含 0.2%(体积百分数) 的 SO 2。 问用氢氧化钠溶液、 石灰及氧气处理后,假设硫元素不损失,理论上可得到多少千克石膏。 (CaSO 4·2H 2O ) (2)如果将一定体积的尾气通入 100毫升 2摩 /升的氢氧化钠溶液使其完全反应,经测 定所得溶液含 16.7克溶质。试分析该溶液的成份,并计算确定各成份的物质的量。 (3)工厂在尾气处理制石膏的过程中,中间产物是亚硫酸氢钠。调节尾气排放的流量, 以取得二氧化硫与氢氧化钠间物质的量的最佳比值,从而提高亚硫酸氢钠的产量。现设 n SO 2、 n NaOH 、 n NaHSO 3分别表示二氧化硫、氢氧化钠和亚硫酸氢钠的物质的量,且
N a O H
so n n 2=X, 试写出 X 在不同取值范围时, n NaHSO 3的值或 n NaHSO 3与 n SO 2、 n NaOH
间的关
系式。
2 42
22.4 172
104×0.2% X X=153.6Kg
(2)若溶液中溶质全为 Na 2SO 3; SO 2+2NaOH=Na2SO 3+H 2O 得 12.6g 。若溶液中溶 质全为 NaHSO 3; SO 2+NaOH=NaHSO3得 20.8g 。今 20.8>16.7>12.6,该溶液成份为 Na 2SO 3和 NaHSO 3, NaHSO 30.1摩 , Na 2SO 30.05摩。
(3)
提示:本题较好体现了《考试说明》的要求,侧重考查学生的综合应用能力,设计颇具 特色。本题的三大特点:计算于推理相结合;数学和化学的综合应用;化学知识于环保 相联系。
(1)由硫原子守恒可得关系式
SO 2~CaSO 4〃 2H 2O
22.4 172
104×0.2% X
X=153.6Kg
(2)运用极端假设法进行推断,溶液中可能发生的 两个反应:
SO 2+2NaOH=Na2SO 3+H 2O ; SO 2+NaOH=NaHSO3
若溶液中溶质全为 Na 2SO 3得 12.6g
若溶液中溶质全为 NaHSO 3得 20.8g
今 20.8>16.7>12.6,该溶液成份为 Na 2SO 3和 NaHSO 3, NaHSO 30.1摩 Na 2SO 30.05摩 (3)可借助数轴进行分析讨论。
7.(05全国) A 、 B 两种固体,都由甲、乙两种元素组成。在 A 、 B 中,甲、乙两种元素 的原子个数比分别为 l ∶ l 和 l ∶ 2。 高温煅烧 A 、 B 时, 产物都是 C (固体) 和 D (气体) 。 由 D 可制得 E (酸)。 E 和另一种酸组成的混合酸跟甲苯反应可生成三硝基甲苯。 C 与 E 的稀溶液反应得到溶液 F ,往 F 溶液中加入氢氧化钠溶液,有红褐色沉淀生成,该沉淀 经灼烧后转变成 C 。往 F 溶液中加入甲元素的单质得到溶液 G 。试根据以上信息填写下 列空白:
(1) A 的化学式(分子式)是 ___________________________。
(2) B 煅烧生成 C 和 D 的化学方程式是 ______________________________。
甲元素的单质与 F 溶液反应的离子方程式是 ______________________________。 (3)往 G 溶液中加入 NaOH 溶液发生的现象是 _______________。
【答案】(1) FeS ;(2) 4FeS 2+11O 2 高 温
2Fe 2O 3+8SO 2; 2Fe 3++Fe =3Fe 2+
(3)生成的沉淀由白色变成灰绿色最终变成红褐色。
提示:根据题目信息推断 :
A 是 FeS , B 是 FeS 2, C 是 Fe 2O 3, D 是 SO 2, E 是硫酸, F 是硫酸铁, G 硫酸亚铁。
训练试题
1.我国在接触法制硫酸过程中,普遍采用制 SO 2的方法是
A .燃烧硫 B .燃烧 Fe 2S 3 C .燃烧 FeS 2 D .燃烧 CuFeS 2提示:煅烧黄铁矿时经过粉碎,燃烧更完全,从而可提高原料的利用率。若用煅烧黄铁 矿法因同时有 Fe 2O 3,而处理除杂更复杂,燃硫法则较简单。
2.从沸腾炉中出来的炉气中含有能使催化剂中毒的物质是
A . SO 2B . N 2C . 砷化物 D .水蒸气 3.接触法制硫酸的尾气中含有的大气污染物是
A . H 2S B . CO 2C . SO 3D . SO 2
提示:接触法制硫酸的尾气主要是 SO 2。
4.在接触法制硫酸过程的各步反应中,等物质的量的反应物发生电子转移最多的是 A . FeS 2B . O 2C . SO 2D . SO 3
提示:1mol FeS2被氧化生成 Fe 2O 3和 SO 2电子转移为 11mol.
5.有关接触法制硫酸的叙述正确的是
A . 吸收塔不得用水吸收三氧化硫
B .进入接触室的 SO 2和空气混合物中的其它杂质必须除去
C . 硫酸厂的尾气要经碱液或氨水处理后才能排放
D .用黄铁矿燃烧生成二氧化硫与用硫燃烧生产二氧化硫后者较复杂
提示:接触法制 H 2SO 4的三阶段中,第一阶段是制取和提纯 SO 2,若用煅烧黄铁矿法因 同时有 Fe 2O 3,而处理除杂更复杂,燃硫法则较简单。煅烧黄铁矿时经过粉碎,燃烧更 完全,从而可提高原料的利用率。
从燃烧炉出来的气体叫做炉气。 用黄铁矿生产的 SO 2中杂有 O 2、 N 2、 水蒸汽以及一些杂 质如砷、硒等的化合物和矿尘,必须提纯除去这些杂质,主要是为了防止催化氧化法生 产 SO 3时的催化剂“中毒” ,水蒸气对设备和生产也有不良影响。第三分阶段是吸收 SO 3使成 H 2SO 4,若用水吸收会产生大量难以处理的酸雾,所以用 98.3%浓 H 2SO 4吸收 SO 3,使成发烟硫酸,然后按比例与水混合得到浓 H 2SO 4。
在接触室中 2SO 2+O 22SO 3的反应有一些可逆性,虽然 SO 2的转化率很高,但难
免还有 SO 2与 SO 3一起进入吸收塔,所以尾气中必然杂有不能被浓 H 2SO 4吸收的 SO 2, 若直接排放会造成严重污染,因此,用碱性物质如氨水、 NaOH 溶液处理,使 SO 2转化 为亚硫酸盐而除去。
6.从沸腾炉里出来的炉气,在进行氧化之前须净化的原因是
A .降低炉气的温度便于吸收
B .防止矿尘堵塞管道
C . 防止催化剂中毒以及水蒸气对设备和生产的不良影响
D .增加 SO 2的含量
7.接触法制硫酸时,由沸腾炉导出的炉气必须经除尘、洗涤、干燥等净化过程,其理由是 A .杂质与矿尘会使催化剂中毒
B .水蒸气对设备和生产有不良影响
C .可提高原料的利用率
D .可制取浓硫酸
提示:在提纯时用黄铁矿生产的 SO 2中杂有的砷、硒化合物也较燃硫法多。必须提纯除 去这些杂质,主要是为了防止第二阶段中用催化氧化法生产 SO 3时的催化剂“中毒” , 第三分阶段是吸收 SO 3使成 H 2SO 4,若用水吸收会产生大量难以处理的酸雾,所以用 98.3%浓 H 2SO 4吸收 SO 3,使成发烟硫酸,然后按比例与水混合得到浓 H 2SO 4。
8.接触法制硫酸中没有涉及的设备是
A .沸腾炉 B .合成塔 C .吸收塔 D .接触室 9.接触法制硫酸的沸腾炉出来的炉气必须经过净化处理,其正确过程是
A .洗涤、干燥、除尘 B .干燥、除尘、洗涤
C .除尘、洗涤、干燥 D .除去硒和砷的化合物
10.飘尘是物质燃烧时产生的粒状漂浮物,颗粒很小,不易沉降,它与空气中 SO 2、 O 2接 触时, SO 2会部分转化为 SO 3,使空气的酸度增加,飘尘所起的作用可能是
①氧化剂 ②还原剂 ③催化剂 ④吸附剂
A .①② B .① C .①③ D . ③④
11.有关接触法制硫酸的叙述中,不正确的是
A .用硫代替黄铁矿,可减少环境污染
B .炉气是 SO 2,进接触室之前需要净化,以免催化剂中毒
C .热交换的目的,一方面使即将参加反应的气体达到一定温度,另一方面降低 SO 3的 温度
D .尾气要处理后才能排放到空气中
12.有关工业制硫酸的下列说法不正确的是
A .我国上主要用黄铁矿作原料制硫酸
B .黄铁矿燃烧时,炉底要通入强大的空气流,目的使黄铁矿燃烧充分
C .从燃烧炉出来的气体中含有杂质和矿尘能使催化剂中毒,必须净化处理
D . 2SO 2+O 22SO 3正反应是一个放热反应,所以反应温度越低越好
13.关于硫酸的工业制法,下列说法正确的是
A . 黄铁矿燃烧前要粉碎,因为大块的黄铁矿不能燃烧完全
B .从沸腾炉出来的炉气需要净化,因为炉气中的 SO 2会与杂质反应
C . SO 2氧化为 SO 3时须使用催化剂,这样可以提高 SO 2的转化率
D . 用 98.3%的浓硫酸吸收 SO 3,目的是防止形成酸雾,使 SO 3吸收完全
14.在接触法制硫酸的过程中,通常将硫铁矿粉碎后进行煅烧,粉碎硫铁矿的目的是
A .粉碎后的硫铁矿易于向炉中投料
B .粉碎成小颗粒易于燃烧
C .提高硫铁矿的利用率
D .粉碎后杂质易分离
提示:煅烧黄铁矿时经过粉碎,燃烧更完全,从而可提高原料的利用率。
15.接触法制 H 2SO 4的工业生产中,黄铁矿煅烧前要粉碎,其目的是
A .减少杂质 B .易除去尘粒 C .升高炉温 D . 充分燃烧 提示:煅烧黄铁矿时经过粉碎,燃烧更完全,从而可提高原料的利用率。
16.在硫酸工业的下列装置或设备所发生的反应中,硫元素的价态不发生变化的是
A .沸腾炉 B .接触室
C . 吸收塔 D .炉气净化装置
17.下列操作原理在工业制硫酸生产工艺中没有用到的是
A .热交换原理 B .逆流原理
C .循环操作原理 D . 电解原理
18.接触法制硫酸的接触室中有一个热交换器,关于它的作用比较确切的说法是
A .给催化剂加热
B . 把反应时生成的热,传递给需要预热的气体,并冷却反应后生成的气体
C .为了提高温度,让热的水蒸气通过热交换器
D .为了充分利用热能,让冷水通过热交换器
19.在接触法制硫酸的过程中,若将接触室出口的混合气体冷却到 15℃,有无色晶体产生, 此晶体是
A .硫磺 B . 硫酸酐 C .亚硫酐 D .固体硫酸 20.用 98%浓硫酸吸收 SO 3可以得到 H 2SO 4·SO 3,若用 1kg98%H2SO 4充分吸收 SO 3后, 再进行稀释,可得到 98%的 H 2SO 4的质量为
A . 1.98kg B . 2.00kg C . 2.22kg D . 2.42kg
21.充分煅烧硫铁矿 Wg ,反应后得到固体 Ng ,生成 SO 2 Pg ,假设杂质在煅烧过程中不参 加反应,硫铁矿的质量分数可表示为
A . 15P/16N B . 15P/16W C . 3(W — N ) /W D . (W — N ) /3W 22.对于可逆反应 2SO 2(g )+O 2(g
3
(g ) , ΔH= ? 98.3kJ/mol。下列说法中正 确的是
A .达到平衡时,反应物和生成物的浓度一定相等
B . 达到平衡时,反应物和生成物的物质的量保持不变
C .加入催化剂,可以提高 SO 2的转化率
D .升高温度,可以提高 SO 2的转化率
23. 在容积相等的甲乙两个密闭容器中, 分别都充入 2mol SO2和 1mol O2, 使它们在相同温 度下发生反应 2SO 2(g )+O
2
(g ) 2SO 3(g ) 。设在反应过程中,甲容器保持体 积不变,乙容器保持压强不变,达到平衡后,如甲容器中 SO 2的转化率为 25%,则乙 容器中 SO 2的转化率应当是
A . 25% B . < 25%="" c="" .="">25% D .无法判断 提示:该反应是一个气体体积减小的反应, 乙容器保持压强不变, 有利于平衡向正反应 方向移动,乙容器中 SO 2的转化率应增大。
24.把含硫 48%的硫铁矿先制成 H 2SO 4,再吸收氨气制成 (NH4) 2SO 4, 1t 这种硫铁矿在理论 上能制得的 (NH4) 2SO 4为
A . 1.06t B . 1.98t C . 2.14t D . 2.26t
25.下列反应中含硫的化合物做还原剂的是
A . FeS +2HCl=FeCl2+H 2S ↑
B . Na 2S +2HCl=2NaCl+H 2S ↑
C . 4FeS 2+11O 2=2Fe2O 3+8SO 2
D . Zn +H 2SO 4=ZnSO4+H 2↑
提示:根据化合价的 变化判断。 化合价有变化的为氧化还原反应, 化合价升高被氧化, 作还原剂。
26.煅烧硫铁矿时,氧化产物和还原剂的物质的量之比为
A . 8∶ 4 B . 10∶ 4 C . 2∶ 4 D . 4∶ 8
提示:反应为:4FeS 2+11O 2=2Fe2O 3+8SO 2
27.在 4FeS 2+11O 2=2Fe2O 3+8SO 2的反应中,被氧化的元素是
A .只有铁 B .只有硫 C .铁和硫 D .氧和铁
提示:通过判断化合价的变化。
28.当有 60g FeS2充分燃烧时,其转移电子的物质的量为
A . 2mol
B . 16.5mol
C . 11mol
D . 5.5mol
提示:设转移电子的物质的量为 x ,依 FeS 2燃烧的化学方程式 4FeS 2+11O 2=8SO2+2Fe 2O 3 得关系式如下
4FeS 2 ~ 11O 2 ~ 电子转移
4×120g 11mol 44mol 60g x 解得 x=5.5mol,故答案选 D 。
29. 在 FeS 2→SO 2的转化过程中, 每转移 1mol 电子时产生 SO 2的体积是 (折算为标准状况)
A . 0.51L B . 4.07L C . 16.3L D . 22.4L 提示:反应 4FeS 2+11O 2=2Fe2O 3+8SO 2的电子转移数目为 44mol . 30.含硫 48%的硫铁矿煅烧时 FeS 2损失率为 2%,则下列说法不正确的是
A .该硫铁矿含 FeS 2也是 48% B .硫损失也是 2% C .铁损失也是 2% D .该硫铁矿含铁 42%
31. FeS 2在空气中充分燃烧的化学方程式为 4FeS 2+11O 2
△
2Fe 2O 3+8SO 2,若 agFeS 2在
空气中充分燃烧,并转移 N 个电子,则阿伏加德罗常数(N A )可表示为 A . 120N /a B . 120a /11N C . 11a /120N D . 120N /11a 32.将含有少量 SO 2的 SO 3气体通入适量的 Pb(NO3) 2溶液中,结果是
A .生成 PbSO 4和 PbSO 3沉淀
B .生成 PbSO 4沉淀并有 SO 2气体放出
C .两种气体被吸收,生成 PbSO 4沉淀并有气体放出 D .两种气体被吸收,不可能再有气体放出
提示:SO 2的 SO 3气体通入溶液中反应生成酸 , 在酸性条件下 ,HNO 3氧化 SO 32-成 SO 42-。 33.关于反应 2SO 2+O 22SO 3, 在一定条件下达到平衡状态,再加入一定量的 18O 2, 则建立新平衡时,含有 18O 的物质是(假定原平衡体系中不含 18O )
①二氧化硫 ②氧气 ③三氧化硫 A .①②
B .②③
C . ①②③
D .①③
提示:反应时可逆的。
34.将 SO 3溶解在硫酸中所得到的混合物叫做“发烟硫酸” ,通常以三氧化硫的质量分数表 示其组成。今将 0.1185 g 发烟硫酸试样溶于水,用 0.125 mol/L的 NaOH 标准液滴定,
用此标准液 20 mL时恰好中和,则试样中 SO 3的质量分数为 A . 15% B . 17% C . 34% D . 60%
35.含 FeS 2 A %的黄铁矿 W t ,在接触法制硫酸的过程中,损失硫 c %,可制得质量分数为
B %的硫酸为 A . B c WA 3000)
100(49+ t B . B WAc 30%49 C .
B
c WA 30%)
1(49-
D .
B
WAc 40%49
36.把 1g 含脉石 SiO 2的黄铁矿样品在氧气流中灼烧,反应完全后得残渣 0.78g ,则此黄铁
矿物纯度是 A . 33% B . 66% C . 78% D . 88%
. 提示:引起固体质量改变的原因是矿石与 O 2反应后生成的 SO 2气体放出的缘故。故可 用差量法求解。 因 4FeS 2+11O △
2Fe 2O 3+8SO 2 固体质量减少
4×120 2×160 480-320=160 x 1-0.78=0.22 解得 x=0.66g
37.某次酸雨的分析数据如下:c (NH +4
) =2.0×10-5
mol/L, c (Cl -
) =6.0×10-5
mol/L, c (Na +) =1.9×10-5 mol/L, c (NO -
3) =2.3×10-5 mol/L, c (SO -24
) =2.5×10-5 mol/L, 则此次酸雨的 pH 大约为。 A . 3 B . 4
C . 5 D . 6
提示:溶液是电中性的,根据电荷守恒,计算溶液中氢离子的物质的量浓度。 38.某工厂用 CaSO 4、 H 2O 、 NH 3、 CO 2制备 (NH4) 2SO 4。其工艺流程如下:
下列推断不合理的是
A. 往甲中通 CO 2有利于 (NH4
) 2SO 4生成
B .生成
1mol(NH4) 2SO 4至少消耗 2molNH 3 C .在实际生产中 CO 2可被循环使用
D . 直接蒸干滤液能得到纯净的 (NH4) 2SO 4
39.用含硫 50%的黄铁矿 320t ,通过接触法制硫酸,在生产过程中有 2%的硫受损失,问可
制得 98%的浓 H 2SO 4多少吨?
【答案】制得 98%的浓硫酸 490t 。
提示:此题在解题时应注意含“硫” 50%,而不是含 FeS 2 50%。 设可制得 98%浓 H 2SO 4 x t S
~
H 2SO 4
32 98 320×50%(1-20%) x·98%
解得:x = 490(t )
40.接触法制硫酸的主要设备是:______、 ______、 ______。在 ______进行的反应中硫元素 的化合价没有变化。
【答案】沸腾炉、接触室、吸收塔;吸收塔。
41.在制得三氧化硫后,是用 ______吸收 SO 3制得高浓度的硫酸,其原因是 ______。
CaSO 4(浊液)
甲
足量 NH
过滤
滤液
CaCO 3 提纯
煅烧 (NH 4) 2SO 4
生石灰
【答案】 98.3%的硫酸;能把 SO 3吸收干净,速度快,不会产生酸雾
42.硫酸工业中造成大气污染的是尾气中的 ______。
【答案】 SO 2
43.根据接触法制硫酸的简单流程图,填写空白。
(1)设备 A 是 ________,在设备 A 中进行反应的化学方程式是 __________________;设 备 B 是 ________在设备 B 中进行反应的化学方程式是 _______________________; 设 备 C 是 __________在设备 C 中进行反应的化学方程式是 ___________________。 (2)图中标号处通入或放出的物质是:
① ___________, ② ___________, ③ ___________, ④ ___________, ⑤ ___________, ⑥ ___________,⑦ ___________,⑧ ___________,⑨ ___________。
(3)设备 B 中部的装置叫 ___________器,其作用是 _____________________________。
(4)设备 C 中用质量分数为 98.3%的硫酸吸收 SO 3的原因是 ______________________。
【答案】 (1)沸腾炉; 4FeS 2+11O
2
2Fe 2O 3+8SO 2↑;接触室
2SO 2+O 22SO 3;吸收塔; SO 3+H 2O===H2SO 4
(2)①黄铁矿;②空气;③炉气;④炉渣;⑤ SO 2、 O 2、 N 2;⑥ SO 3、 SO 2、 O 2、 N 2;⑦尾气;⑧ 98.3% H2SO 4;⑨供稀释用的 H 2SO 4
(3)热交换;用来把生成的热传递给进入接触室的炉气,同时冷却生成的气体
(4)因为 H 2O 和 SO 3反应放热易形成酸雾不利于对 SO 3的吸收
44.请用下图所示的装置设计一个实验,以测定 SO 2转化为 SO 3的转化率:
①这些装置的连接顺序(从左到右的方向)是 _________→ _________→ _________→ _________→ _________→ _________→ _________→ _________
②实验时甲仪器的作用与原理是 ___________________________。
③从乙处均匀通入 O 2,为使 SO 2有较高的转化率,实验时Ⅰ处滴入浓硫酸与Ⅱ处加热 催化剂的先后顺序是 ___________________________。
④Ⅳ处观察到的现象是 ___________________________。
⑤在Ⅰ处用大火加热烧瓶时, SO 2的转化率会 __________________(填“增大” “不变” 或“减小” ) 。
⑥用 n molNa 2SO 3粉末与足量浓硫酸进行此实验,当反应结束时,继续通入 O 2一段时 间后,称得Ⅲ处增重 m g ,则本实验中 SO 2的转化率为 __________________。
【答案】 (1) a ; h ; I ; b ; c ; f ; g ; d
(2)作用是使浓硫酸能顺利地滴入烧瓶中;原理是维持烧瓶内压强与分液漏斗中的压 强相等
(3)先加热 V 2O 5,后缓缓滴入浓硫酸
(4)有无色(白色)晶体(固体)生成
(5)减小
(6)
45. 工 业 上 把 硫 铁 矿 粉 碎 成 细 小 矿 粒 后 , 才 放 入 沸 腾 炉 内 进 行 燃 烧 , 其 目 的 是 _______________________。从沸腾炉里出来的炉气含有 ________________等杂质以及 水蒸气, 因此在进行氧化反应前必须使炉气通过除尘、 洗涤、 干燥等净化设备, 其目的 是 __________________________。 工业上用 98.3%的硫酸而不直接用水或稀硫酸来吸收 三氧化硫,其目的是 _______________________________________。从吸收塔上部的出 气管排出的尾气其主要成分是 _______________________,这种尾气在空气中形成“酸 雾”的主要成分是 ____________________________________。
【答案】 使矿粉与空气充分接触燃烧快, 反应完全, 提高利用率; 砷、 硒化合物、 矿尘; 防止催化剂中毒及水蒸气对设备产生不良影响,防止形成酸雾,尽量吸收干净; N 2、 SO 2、 O 2等; SO 2
46. H 2SO 4是 SO 3的水合物,设某种 90%H 2SO 4存在着三种形式水合物 H 2SO 4(SO 3·H 2O ) , H 2S 2O 7(2SO 3·H 2O ) 、 H 2SO 4·2H 2O (SO 3·3H 2O ) 。若其中 SO 3·3H 2O 的质量占一半,那
么 H 2SO 4与 H 2S 2O 7的物质的量之比为 ___________________.
【答案】 165∶ 190
47. 硫酸是基础化学工业的重要产品和原料原料。 硫酸在下列用途或反应中各表现的性质是: A 、高沸点 B 、强酸性 C 、吸水性 D 、脱水性 E 、强氧化性 F 、催化作用
(1)实验室制取氯化氢气体(固体氯化钠和浓硫酸共热) ______________;
(2)实验室制乙烯 ______________;
(3)可用作某些气体的干燥剂 ______________;
(4)铝制品容器可以盛放浓硫酸 ______________;
(5)与乙醇和乙酸共热制取乙酸乙酯 ______________;
(6)清洗镀件 ______________;
(7)浓硫酸能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后变黑 ______________。
【答案】 (1) AB ; (2) DF ; (3) C ; (4) B ; (5) CF ; (6) B ; (7) BE
48.生产硫酸最古老的方法是用绿矾(FeSO 4·7H 2O )为原料,放在蒸馏釜中煅烧而制得硫 酸。在煅烧过程中绿矾发生分解,放出 SO 2和 SO 3,并有红色固体产生,写出蒸馏釜中 发生的反应 _________________________。
【答案】
49.生产硫磺的方法之一是把硫铁矿(FeS 2)加强热迫使其分解。分解生成的硫蒸气进入一 特定容器冷凝而成硫磺块。
问:硫铁矿加强热时的方程式为 ______________________________________。
反应需在 __________________条件下进行, 厂家为防止污染把厂里的烟囱拔高, 但实际 生产厂家附近的树木往往死亡, 原因是 ____________________________________, 你认 为最好的处理方法是 ____________________________________。
【答案】
; 隔绝空气; 实际生产中, 难免会有少量的 S 转化为
SO 2而排入空气,形成酸雨,伤害树木,使树木逐渐死亡;用碱液处理烟气来防止 SO 2对人体、树木等的危害。
50.在硫酸工业中,通过下列反应使 SO 2转化成 SO 3:
2SO 2+O 22SO 3;△ H= -196.6kJ/mol 。已知常压下平衡混合气体中 SO 3的体积分数为 91%,试回答:
(1)在生产中常采用过量的空气,其原因是 ________________。
(2)温度加热到 400— 500℃的原因是 ________________________________。
(3)压强采用常压的原因是 ________________________________。
(4) 2mol SO 2和 1mol O 2充分反应时,发现放出的热量总小于 196.6kJ ,其原因是 ________________________________。
【答案】 (1)提高 SO 2的转化率; (2)使反应速率加快,且催化剂发挥最大功能; (3) 常压下 SO 3的平衡含量已经很高,加压虽可提高 SO 3的平衡含量,但要消耗更多的能 源动力,并要使用耐压的反应器,经济上不合算; (4) SO 2与 O 2的反应为可逆反应, 2molSO 2和 1molO 2反应生成的 SO 3小于 2mol ,因此放出的热量小于 196.6kJ 。
51. 接触法制硫酸, 最后的产品是 98%硫酸或 20%发烟硫酸 (H 2SO 4和 SO 3的混合物, 其中 SO 3的质量分数为 20%) 。
(1)若 98%硫酸可表示为 SO 3·a H 2O , 20%发烟硫酸可表示为 b SO 3·H 2O ,则
a =______________b =___________。 (a 、 b 可用分数表示)
(2) 用 m (H 2O ) =k ·n (SO 3) 分别表示 SO 3转化成上述两硫酸时所用水的质量与 SO 3的物质的量的关系式, k 值分别是:m 1(H 2O ) =___________n 1(SO 3) , m 2(H 2O ) =___________n 2(SO 3) 。
(3)若工厂同时生产上述两种酸,则两种产品的质量比 x (x 21
W W , W 1是 98%硫酸的质
量, W 2是 20%发烟硫酸的质量) 与 SO 3) (SO)
(SO3231n n =___________x ;
(4)实际生产时, SO 3总物质的量一定, x 随市场需求而变,用水总量与 x 、 n 总 (SO 3) 的关系式是 _________________________________。
【答案】 (1) 910; 160209; (2) 20 g·mol -1; 13.8 g·mol -1; (3) 0.938;
(4) m 总 (H 2O ) =x
x
938. 0176. 188. 13++×n 总 (SO 3) 52.(1)二氧化硫是重要的大气污染物,大量的二氧化硫主要来源于 ________________。
(2)二氧化硫不但本身污染大气,它在大气中经尘粒催化,与水、氧气作用,形成危 害更大的酸雨,形成酸雨的化学方程式 ________________________________。
(3)火力发电厂常用熟石灰吸收燃烧产生的二氧化硫气体,并回收制得有用的石膏, 有关反应化学方程式 ________________________________。
(4)某地酸雨经检验含:Na + 2.3×10-5mol/L、 Cl -3.5×10-5 mol/L、 NH 4+7.0×10-6、 SO 42- 2.5×10-6 mol/L。则该酸雨的 PH 为 ________________。
【答案】 (1)煤、石油等含硫物质的燃烧
(2
)
(3) SO 2+Ca(OH)2=CaSO3+H 2O ; 2CaSO 3+O 2=2CaSO4; CaSO 4+2H 2O= CaSO4·2H 2O
(4) 5
53. 硫酸厂为保证正常生产, 要定时检验硫铁矿燃烧炉出来的炉气中二氧化硫的含量。 把一
定量炉气引入 1.27%的碘溶液 (碘溶液中加有淀粉作指示剂) 10g 中, 使蓝色恰好褪去, 剩余炉气的体积是 101mL ,求炉气中 SO 2的体积分数.(气体体积均在标准状况下测 定)。
【答案】 10%
提示:SO 2+I 2+2H 2O=2HI+H 2SO 4。
54.充分煅烧 50g 硫铁矿粉末,将生成的 SO 2跟 24g 氧气混合,并合其在一定条件下反应,
将反应后的气体先用冰水冷却, 得到 40g 无色晶体, 再跟足量的氢硫酸充分反应, 生成 44g 黄色沉淀,试计算:
(1) SO 2转化成 SO 3的转化率;
(2)硫铁矿含硫的质量分数。
【答案】 (1) 80%, (2) 40%。
提示:本题解题的关键:一是 SO 3在 0℃时为无色晶体, (熔点为 16.8℃) ;二是 2SO 2
+O 2 2SO 3为一可逆反应,反应后 SO 2、 O 2 均可与 H 2S 反应生成硫。
依题意:O 2总的物质的量为 0.75mol ;生成 SO 3的物质的量为 0.50mol ;消耗 O 2的物 质的量为 0.25mol ,生成的 S 的物质的量为 1.375mol ,
剩余 O 2的物质的量为 0.75mol -0.25mol=0.50mol,全部与 H 2S 反应:2H 2S +O 2=2H2O +2S , 生成 的 S 的 物质 的量 为按 反应式 为:0.50mol×2=1.00mol,则 1.375mol -1.00mol=0.375mol的 S 是由反应:SO 2+2H 2S=3S+2H 2O 生成的, 可得 SO 2的物质的量 为 0.125mol 。即:SO 2转化率为 80%
(2)硫铁矿中含硫 40%
55. 含 FeS 2 80%的硫铁矿在高温燃烧时有 5%的硫受到损失, 又测得 SO 2氧化成 SO 3的转化 率为 80%,问生产 1t 95%的硫酸需这样的硫铁矿多少 t ?
【答案】 0.96t
提示:硫损失 5%,则 FeS 2也必损失 5%;应以 FeS 2与 H 2SO 4列关系式;反应物与产物 一律折算为纯量代入关系式中进行计算。
设生产 1t 95%的硫酸需硫铁矿的质量为 x
则由关系式 FeS 2———— 2H 2SO 4
120t 196t
x×80%×95%×80% 1t×95%
解得 x=0.96t
范文二:接触法制硫酸
的三个重要阶段、反应原理及主要设备的名称、构造和作用。
(2)能说明黄铁矿锻烧前粉碎的原因,通入强大空气流的目的、炉气净化的原因和方法。
(3)能说明热交换器怎样进行热交换,吸收塔怎样吸收三氧化硫的。
(4)能解释和说明加快和充分吸收三氧化硫的措施。
(6) 能说出环境污染的主要方面及防止污染的一些措施,增强环境意识作环境保护的宣传者、行动者。
(8)掌握多步反应计算题的简单解法即关系式法。
【教学重点】接触法制硫酸的化学反应原理,环境污染的危害及环境保护的重要性。
【教学难点】主要设备的构造和物料流动的方式、有关的化工生产原理。
【教学过程】
[投影]学习目标即教学目标
[叙述引入]同学们,我们初中学习过硫酸的知识,硫酸是化学工业中最重要的产品之一。它在工农业生产、科学实验和国防建设中,具有十分广泛的用途。
[投影]硫酸可以用来制化肥,如磷肥、氮肥等。可以在金属加工和金属制品电镀以前,除去金属表面的氧化物膜,可以制取许多有实用价值的硫酸盐,如硫酸铜、硫酸亚铁等,还可用于精炼石油,制造炸药、农药、染料等,实验室中常用作干燥剂。
[设疑引入]硫酸有那么多用途,工业上是如何生产的呢?请同学们根据所学过的硫及其氧化物知识,讨论生产硫酸的原理。
[投影板书]课题、标题及原理
[衔接过渡]接触法制硫酸分三个阶段,第一阶段是二氧化硫的制取和净化,第二阶段是二氧化硫氧化成三氧化硫,第三阶段是三氧化硫的吸收和硫酸的生成,我们看到一阶段。
[投影板书]第一阶段及反应原理
[讲述]分析讲述黄铁矿燃烧反应的方程式,交代配平方法(奇偶法)
[出示模型]讲解沸腾炉的构造。
[动画显示]沸腾炉内物料进出方式
[投影]思考讨论
1.焙烧黄铁矿的炉子为什么叫沸腾炉?黄铁矿为什么要粉碎?为什么通入强大的空气流?燃烧黄铁矿为什么不要多加燃料?
2.为什么通入接触室的混全气体必须净化?怎样净化?净化后气体成分是什么?
[强调讲述]黄铁矿燃烧反应是放热的,故燃烧的黄铁矿不需要多加燃料,扩大反应物的接触面,通入强大的空气流可以加快反应,提高原料利用率,这种方法常用于工业生产中。
[衔接过渡]被净化后的炉气主要成分是二氧化硫、氧气和氮气,常温下较难转化为三氧化硫,加热到400~500℃,在催化剂的作用下,能较快地转化为三氧化硫,请写出反应方程式,说明反应特点。
[投影板书]第二阶段及有关反应原理
[反馈矫正]根据学生讨论情况,说明书写方程式,注意事项,交代清楚反应的特点,说明高温和使用催化剂可以加快反应,缩短生产时间,提高效率。
[动画显示]气体流向。
[投影]填空
3.接触室中热交换气的作用是_______________________________________________
4.从接触室出来的气体成分是_________,原因是_____________________________
二氧化硫与氧气生成三氧化硫的反应是可逆反应,因此从接触室出来的气体为三氧化硫、二氧化硫、氧气和氮气的混合气。
[衔接过渡]从接触室内出来的混合气体,通入吸收塔内,三氧化硫被吸收转化为硫酸,该阶段称为三氧化硫的吸收和硫酸的生成。
[投影板书]第三阶段及反应原理
[投影]5.吸收三氧化硫为什么不用水和稀硫酸而用98.3%的浓硫酸?浓硫酸为什么必须从塔顶喷下?
[讲解]三氧化硫与水反应,放出大量的热,用水或稀硫酸吸收三氧化硫易形成酸雾,酸雾的形成不利于气体三氧化硫被进一步吸收,吸收速度慢,且吸收不完全,98.3%的浓硫酸从塔顶淋下,气体由下往上,流向相反,充分接触,吸收更完全,由此看来工业生产上特别重视生产的速度及原料的利用率。
[出示模型]讲解吸收塔构造。
[动画显示]三氧化硫的吸收过程。
[总结归纳、动画显示]设备流程、生产流程。
[投影]6.接触法制硫酸分几个阶段?有几个重要反应?几种典型设备?几种净化方式?几个地方运用逆流原理?几个地方采用了加快反应的措施?几个地方采用了充分利用原料的措施?
[投影]练习题:燃烧1吨含二硫化亚铁90%的黄铁矿,在理论上能生产多吨98%的硫酸(设有
1.5%的硫留在炉渣里)?
[试题分析]本题考查化学运算技能,同学们常用的方法是分步计算法,根据方程式先求出二氧化亚铁的质量,再求二氧化硫和三氧化硫的质量,最后求出硫酸的质量,但这种方法要求的量太多、太麻烦,题目中只要求求出硫酸的质量,因此可以直接找到起始物质与最终产物硫酸的关系式求解。
解析:由工业生产硫酸的反应方程式可得下列关系式:
设:能生成98%的硫酸x吨
fes2 → 2so2 → 2so3 → 2h2so4
120 2×98
1t×90%×(1-1.5%) xt×98%
x=1.478
这种计算方法叫关系式法,即根据多个有联系的方程式计算时,可以依据方程式式找到各物质之间量的关系式,直接计算求解。
[设疑过渡]从吸收塔出来的气体叫尾气,其成分是什么?能否直接排入大气?另外,黄铁矿燃烧后的矿渣能否弃置,这是我们研究的另一重点内容,即环境保护。
[设疑深入]二氧化硫污染环境到底会造成什么样的危害呢?
8.环境污染分为哪几类?工业三废包含哪几方面?防止和消除环境污染的根本途径是什么?
[投影]环境污染的分类
环境污染
大气
水 工业三废(废气、废水、废渣)
土壤 农药、化肥及生活用品
……
[播音]录音资料1:环境污染的危害
录音资料2:环境政策
录音资料3:环境的治理及保护
[播放] 录像资料1:环境污染的危害
录像资料2:环境的治理及保护
[强调指出]我们每位同学都要做环境的坚定保护者,从我做起,从小事做起,从现在做起,注意环境保护的宣传,坚信,环境问题必将随着科学技术的进一步发展,而得到人类有效的解决,那时,祖国的天空会更蓝,河流会更清。
范文三:硫酸法制取富钛料
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XXX学院本科毕业设计(论文)
硫酸法制取富钛料
学生姓名: 学生学号: 2 院(系): 材料工程系 年级专业: 级材料科学与工程 指导教师: 高级工程师 助理指导教师: 高级工程师
二〇〇七年六月
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摘 要
钛及其合金具有比强度高、耐腐蚀性能优、生物相容性好等优点,是航空航天装备、重大军事装备、耐腐蚀、耐压大型工业设备的重要材料;高档钛白粉是高档油漆、纸张、化纤等的着色、改性材料。随着我国综合国力的提高,它们在国内的需求量增长很快。为了满足国内日益增长的需求,要加快钛资源的开发利用,特别是生产出作为其原料的富钛料。
针对XXX铁精矿选矿—电炉熔分渣杂质Ca、Mg、Si、Al等的组织结构复杂的特性,结合富钛料的生产方法,实验采用了熔分渣稀硫酸浸出制取富钛料的探索性试验研究。实验时对不同酸浸时间、硫酸浓度、矿物粒度、矿酸比等因素对熔分渣的影响进行了分析讨论。实验结果表明,在温度100?、时间1小时、硫酸浓度40%、矿物粒度300目、矿酸比1:6的酸浸条件下,经酸浸后的TiO富2集渣品位可达60%左右。
关键词 熔分渣,硫酸法,排列组合实验,富钛料
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ABSTRACT
The titanium and its the alloy have the specific tenacity high, theanti-corrosive performance superior, the biological compatibility good and so on the merit, is the aerospace equipment, the significant military equipment, is anti-corrosive, the pressure resistance major industry equipment important material; The upscale titanium oxide powder is the upscale paint, the paper, the chemical fiber and so on the coloration, the modified material. Along with our country comprehensive national strength enhancement, they are very quick in the domestic demand quantity growth. In order to satisfy the domestic daily aggregate demand, must speed up the titanium resources the development use, especially produces takes its raw material the rich titanium material.
In view of kapok ferro ore concentrate dressing - electric stove melt minute dregs impurity Ca, Mg, Si, Al and so on the organizational structure complex characteristic, unified the rich titanium material the production method, the experiment used the melt minute dregs dilute sulphuric acid leaching system to take the rich titanium material the exploration experimental study. When experiment to the
different acid pickling time, the sulfuric acid density, the mineral granularity, the inorganic acid compared and so on the factor to melts a minute dregs the influence to carry on the analysis discussion. The experimental result indicated that, in the temperature 100?, the time 1 hour, the sulfuric acid density 40%, the mineral
granularity 300 items, the inorganic acid compares 1: Under 6 acid pickling conditions, concentrates the dregs personal status after acid pickling TiO to be 2
possible to reach about 60%.
Key words Melt minute dregs, sulfuric acid method, arrangement combination
experiment, rich titanium material
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目 录
摘要…………………………………………………………………………………………...? ABSTRACT………………………………………………………………………...?
1 绪论………………………………………………………………………………1 1.1 选题理由………………………………………………………………………1 1.2 课题意义………………………………………………………………………1 1.3 国内外研究现状、水平和发展趋势………………………………………………..2
1.3.1 我国钛资源状况………………………………………………………………2
1.3.2 我国钛工业的发展……………………………………………………………3
1.3.3 我国富钛料的生产概况……………………………………………………….5
1.3.4 国外概述……………………………………………………………………6
1.3.5 富钛料生产工艺趋势………………………………………………………….7 2 实验条件及方法…………………………………………………………………..9 2.1 实验原辅材料………………………………………………………………........9 2.2 实验设备仪器……………………………………………………………………9 2.3 实验原理及方法…………………………………………………………………9 3 实验结果分析……………………………………………………………………11 3.1 酸浸时间对酸浸结果的影响…………………………………………………….11 3.2 硫酸浓度对酸浸结果的影响…………………………………………………….11 3.3 原料粒度对酸浸结果的影响…………………………………………………….12 3.4 矿酸比对酸浸结果的影响………………………………………………………13 3.5 稳定性结果分析………………………………………………………………13 结论…………………………………………………………………………………14 参考文献……………………………………………………………………………15 致谢…………………………………………………………………………………..17课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏
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1 绪论
随着全球钛白工业的快速发展,对高品位富钛料的需求日益增长。富钛料包括天然金红石、人造金红石和钛渣。由于钛渣的品位与天然金红石和人造金红石相比较低、杂质高,用钛渣生产TiCl产生的废料多,因而氯化法钛白工艺十分4
[1]关注人造金红石的研究与生产。近年来,国内外对人造金红石的生产方法进行了深入研究,包括现有方法的改进和新方法的开发,取得了许多显著进展。由于天然金红石逐渐枯竭,钛资源的利用转向储量丰富的钛铁矿。要利用低品位钛铁矿生产富钛料,首先必需将钛铁矿中的杂质分离出来,得到TiO含量较高的富2钛料,以此作为钛工业的原料。人造富钛料包括钛渣和人造金红石,目前全世界所需钛铁矿为4.5Mt/a,5.0 Mt/a(以TiO计),其中70%加工成人造富钛料,可见2
富钛料的生产十分重要。现已提出了数十种生产富钛料的方法,但目前在生产中
[2]应用的主要方法有电炉冶炼钛渣、还原锈蚀和酸浸生产人造金红石3种。
1.1选题理由
随着我国综合国力的提高,钛在国内的需求量增长很快,钛白产品的市场消费量每年以超过10%的速度猛增。与此同时,对钛精矿的年需求量也以每年平均8%的速度增长,目前已超过百万t。但是,与此发展明显不相适应的是,市场供应的钛原料紧缺,钛白企业生产所需要的原料却供不应求。为了满足国内日益增长的需求,要加快钛资源的开发利用,特别是生产出作为其原料的富钛料。
我国钛矿产资源十分丰富,但占我国钛资源总储量90.54%的是攀西钒钛磁铁矿。钒钛磁铁矿选矿尾矿中的钛铁矿,经重选、电选,生产出含二氧化钛47%的钛精矿。这种岩生的钛精矿,含钙、镁较高,由其富集的富钛料,在生产海绵钛(钛合金的主要原料)和氯化法高档钛白粉的中间产品四氯化钛时,不利于氯化连续操作和影响效益。而赋存在铁精矿与尾矿中的TiO数量几乎相等,但是铁2
精矿中的TiO尚未回收利用。因此,提高富钛料的TiO品位是十分必要和急需22
的。而针对富钛料的生产方法及钛资源分布情况,选择用熔分渣硫酸浸出研究探索出制取富钛料的更好方法,以投入实际操作和生产,提高钛的利用率,实现其价值。
1.2课题意义
随着钛工业的发展,钛品位较高的天然金红石资源日趋枯竭,这就迫使人们 开发利用储量丰富的钛铁矿资源。由于钛铁矿钛品位低直接用于钛工业生产效率 课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏
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低、流程长、“三废”量大、成本高等问题,一般都需要预先富集成高品位富钛 料—钛渣或人造金红石,然后再用于钛工业生产。
攀钢公司每年开采钒钛磁铁矿1100余万t,原矿含11%TiO,相当于120万2
tTiO,原矿经选矿后产出约500万t铁精矿(约含52%Fe、12.7% TiO)和66022万t尾矿(约含9%TiO),赋存在铁精矿与尾矿中的TiO数量几乎相等。每年由22
尾矿可选出20余万t钛精矿(品位约47,48%TiO),但是铁矿精矿中的TiO,22经烧结、高炉冶炼与铁分离后,则全部进入高炉渣,使渣中TiO含量高达20%,2
25%。目前高炉渣中的TiO尚未回收利用,每年排放高炉渣300余万t,积累至2
今已超过6000万t,高炉渣中的钛是一笔巨大的钛资源,宝贵财富,综合回收利用它,意义重大。就全球钛的发展趋势而言,钛原料的发展趋势是优质富钛料(高钛渣、人造金红石)生产规模不断扩大;钛矿产资源产业的发展趋势是资源综合
[3]利用愈来愈占据重要地位。
因此,研究高效的钛铁矿制取富钛料方法对于钛工业的发展具有极为重要的意义。本课题通过研究分析得到一个制取高品位富钛料的可行方案,同时通过对课题的研究,探索出生产富钛料的更新方法,以更好地进行科研研究和投入实际生产,达到实现XXX铁精矿中钛资源的综合回收利用的目的。
1.3国内外研究现状、水平和发展趋势
1.3.1我国钛资源状况
我国钛资源丰富,矿产比较集中,换算成TiO总储量达90亿多吨,为世界2
第一。钛矿主要分布在四川、云南、广东、广西和海南等省区,其中XXX地区的蕴藏量占世界总储量的35%。然而,同世界主要钛矿产地相比,我国的天然金红石(TiO)资源少,易开采利用的砂矿少。钛矿多为钛钒铁共生岩矿,选冶起始2
成本高。
目前我国钛的主要资源依靠攀西的钛铁矿和广东、广西的钛砂矿,而XXX地区的钛资源占全国钛资源储量的93%。它赋存在钒钛磁铁矿的钛磁铁矿物和钛铁矿物中,原生钒钛磁铁矿经过选矿后约50%钛进入铁精矿,在高炉炼铁过程中钛进入高炉渣,由于炉渣中含有22%左右的TiO,致使其活性降低,不像一般高2
炉渣可以用为水泥掺和料。而另50%的钛进入了钛铁矿,钛铁矿物存在于选铁尾矿中,经重选、电选,生产出含二氧化钛47%的钛精矿。这种岩生的钛精矿,含钙、镁较高,由其富集的富钛料,在生产海绵钛(钛合金的主要原料)和氯化法高档钛白粉的中间产品四氯化钛时,不利于氯化连续操作和影响效益,因此,国内生产海绵钛的遵义钛厂和生产氯化法高档钛白的锦州铁合金厂都没有使用XXX
[4]钛精矿作它的原料。
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目前国内对钛矿的需求量在50万吨/年左右(以矿中TiO计),金属钛含2
量约为30万吨。随着钛白和金属钛产量的增加,未来几年最大需求量预计达100 万吨/年(TiO计)。因国内天然金红石生产量很少,全部用钛铁矿约需100万2
吨。目前国内年产钛铁矿约为80万吨(TiO计),在钛白生产大幅度增产的情2
况下,现在已发生了供不应求的局面。中国是世界上钛资源大国,但并非是钛 矿原料生产大国,钛矿原料工业的发展远未能与钛白工业同步。从上世纪90年代后期起,国内产钛矿的数量和质量满足不了钛白工业的需求,为缓解钛资源不足,补充市场,我国开始每年从澳大利亚进口天然金红石和钛铁矿,从越南和朝
[5]鲜进口钛铁矿。
随着钛工业的发展,钛品位较高的天然金红石资源日趋枯竭,这就迫使人们开发利用储量丰富的钛铁矿资源。由于钛铁矿钛品位低直接用于钛工业生产效率低、流程长、“三废”量大、成本高等问题,一般都需要预先富集成高品位富钛料—钛渣或人造金红石,然后再用于钛工业生产。因此,开发研究钛铁矿制取富钛料方法对于钛工业的发展具有极为重要的意义。
1.3.2我国钛工业的发展
中国钛工业起步于20世纪50年代,1954年北京有色金属研究总院开始进行海绵钛制备工艺研究,1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划,1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验,成立了中国第一个海绵钛生产车间,同时
[6]在沈阳有色金属加工厂成立了中国第一个钛加工材生产试验车间。
1980年前后,我国海绵钛产量达到2800吨,然而由于当时大多数人对钛金属认识不足,钛材的高价格也限制了钛的应用,钛加工材的产量仅200吨左右,我国钛工业陷入困境。
截止到2003年底,我国海绵钛的年产能力为4000吨,其中遵义钛厂3000吨(扩建项目2005年基本上完工,年产可超过5000吨),抚顺钛厂1000吨。由于近年来我国持续发展的国民经济对钛材的需求旺盛,上述两厂均能满负荷生产,2003年的总产量也是4000余吨,2004年达到4809吨。
2002年,我国进口海绵钛2147吨,出口11吨,净进口2136吨;2003年1-11月份,我国进口海绵钛2609.9吨,出口72.7吨,净进口2534.2吨。
2002年我国生产海绵钛3328吨,实际销售3079吨;2003年我国生产海绵钛4112吨,销售4128吨。可是由于国际大化工、航空航天业的规模发展,已经让国际钛材走向供不应求的局面,导致从2002年来我国钛材疯狂上涨的局面。钛加工材的产能决定于钛锭的生产能力,也就是国家拥有真空自耗电弧炉的总体吨位。我国基本具有了20000t/a的钛锭生产能力。以70%可转化成钛材计,基
[7]本具有了14000t/a的生产能力。
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据初步统计,2003年我国实际生产钛材约6000吨,占世界总产量的10%左右。可见中国的钛加工工业还不是很发达,需要时间和投入。
目前,我国钛加工及其制造业在地理上体现了三分天下的格局:
以宝鸡为中心的西北地区。这个地区以宝鸡有色金属加工厂及其控股的宝鸡钛业有限公司为龙头,形成了我国专业化程度最高、加工设备最系统化、产品规格最多的钛加工及其制造业基地。西北地区的钛材主要供给国家的军事生产部门,民用的设备生产部门,部分出口到波音,麦道,罗-罗等著名公司。
以沈阳有色金属加工厂、抚顺特钢板材有限责任公司、沈阳东方钛业有限公司等单位为主形成了东北钛加工及设备制造集团,该地区中小企业多,钛设备制造颇为活跃,由于东北是我国的老重型工业基地,人才是不缺的,缺的就是强化的管理和综合组织能力,尤其是在地方优惠政策的扶持下也将形成一定的气候。
以宝钢集团上海五钢有限公司、南京宝钛中惠集团有限公司、张家港市宏大钢管厂等单位为主形成了长江三角洲钛加工及其设备制造集团。长三角地区的有色金属的设备的加工能力已经可以体现我国在这个方面的实力,每年在有色方面的设备大量出口,质量可靠,已经有部分质量,管理比较成功的企业走进了军工制造的大门。虽说没有大规模的军品生产,但也能充分说明我们的制造能力和钛
[8]材在军事上的应用的前景。
在2005年前后,我国海绵钛和钛加工材的单厂产能达到年产5000吨的基本经济规模,加上振兴东北计划中的5000吨/年海绵钛项目,基本上能实现我国几代钛业工作者的宿愿,上一个大台阶,必将使我国成为钛工业的强国。
根据目前钛工业状况,可以预料,未来在相当长的时期内,中国钛企业的生产原料仍将以国内钛铁矿为主,在这方面,XXX地区应能扮演重要的角色。考虑到地区的能源优势,更有理由预测,XXX地区是未来国内钛矿加工产业的基础和希望。
而目前,由于环保压力的不断加大,所以世界钛工业的变化趋势之一是原料高品位化,无论氯化法还是硫酸法路线都是如此,这给我国钛白和钛原料工业一个启迪。从另一角度说,高品位原料也给生产优质钛产品提供了基础。因此,改变我国钛行业落后面貌的根本途径应从原料高品位化开始。更进一步说,除氯化法企业以外,硫酸法企业也采用钛渣或以钛渣配用一部分较高品位的钛铁矿作原料将是必由之路,这不单是环保的需要,更是产品质量乃至市场竞争的需要。而当前,在国内还没有酸溶性钛渣产品之前,应通过一定的方式从国际市场进口批量产品试用,取得经验或成功后向行业推广。与此同时,国内钛矿产业,尤其是现有钛渣生产企业应针对业内外状况,加快酸溶性钛渣的开发步伐并及早市场化,最终建立我国自己的包括系列品种在内的钛渣产业。酸溶性钛渣产业化对充课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏
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分发挥资源优势,提高钛矿业和钛白业的科技含量和综合性竞争力,将具有
[9]十分重要的意义。
1.3.3我国富钛料的生产概况
XXX钒钛磁铁矿中含有大量钛,原生钒钛磁铁矿经过选矿后约50%的钛进入铁精矿,在高炉炼铁过程中钛进入高炉渣。攀钢高炉从1970年投产至今已累计产出TiO含量为22%,25%的高钛型高炉渣约6000万t。目前攀钢有5座高炉2
同时运行,按现有年产600万t铁计算,高炉渣将以每年300多万t的速度递增。目前,攀钢高炉渣采取堆放方式,为此攀钢投入巨资建渣场,目前巴关河渣场已投入使用10多年,含高炉渣堆积如山,既浪费钛资源,又占用土地,污染环境,
[10]容量也快耗尽。因此研究与解决含钛高炉渣综合利用问题对攀钢可持续发展具有重要的现实意义。
如今普通高炉渣的利用在全球已不存在任何问题。然而,含TiO22%,25%2的高炉渣的利用却是一项世界性难题,国内外均无成功经验可借鉴,日本、德国和美国曾用攀钢高炉渣做过试探性研究,但结果均表示难以综合利用。钛提取冶金的第一步是从钛铁矿中将杂质分离出去,以获得TiO含量较高的所谓“富钛2
料”,作为钛工业的原料。我国富钛料是采用电炉法、还原锈蚀法和酸浸法三种方法生产,但生产规模特别小,与国外差距很大。全国总计富钛料年生产能力约8万吨左右,其中高钛渣焙烧法占80%左右。我国人造金红石生产规模特别小,大部分是千吨级工厂,生产技术和设备都很落后,产品品位低,国际规定一级品的TiO含量只有87%。可见,人造金红石生产是我国钛工业的一个薄弱环节,产2
[11]品数量和质量都不能满足钛白和海绵钛生产发展的需求。国内还原锈蚀法生产人造金红石研究始于20世纪70年代初,1973年完成实验室试验工作,1974年建设试验车间,以多种钛铁矿为原料开展试验研究。1978年用广西海滨蚀变钛铁矿进行半工业试验获得成功,1980年建成年产2000t金红石的试验生产车间。利用此成果,国内一些工厂建设了小型生产车间,总共生产了数万吨人造金红石,
[12]但生产能力极小,没形成规模效益。而现在,还原锈蚀法生产金红石技术不过关,盐酸法生产人造金红石的流程还不完善,由此可知研究和改进工艺来建设大型化高品位富钛料工厂是急需的。
目前,国内研究出了多种提高富钛料品位的新工艺,并且取得了一定的成效。如XXX钛精矿制取高品位富钛料的途径有3种:即钛精矿盐酸浸出法制造人造金红石、钛精矿-钛渣盐酸浸出法制造钛渣富集物和钛精矿硫酸浸出法制造人造金红石。盐酸法制取人造金红石工艺研究:以XXX钛铁矿为原料,采用预氧化-前磁
[13]选-酸浸-过滤、洗涤-煅烧-后磁选工艺制取高品质人造金红石。现在,攀钢的课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏
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钢铁产品、钒产品已具备相当规模,堪称钢铁基地、钒基地。钛精矿产量虽具备相当规模,只可称原料供应地:硫酸法钛白粉仅1.3万吨,钛合金还没有, 不能称作钛基地。只有建起上万吨的钛合金和上十万吨规模的高档钛白粉生产能力,才能堪称钛基地。
针对攀西地区丰富的钛资源现状和现行富钛料生产工艺优缺点,提出了微波加热还原钛精矿复合球团-选矿分离-微波浸出制取高品质富钛料的新工艺路线。 同时测定了复合球团的升温曲线;确定了复合添加剂的用量为5,,6,;选矿分离时磨矿时间为20min的工艺条件。在此条件下,对整个工艺流程进行了实验研究,得到了纯度为96.08,的富钛料。
另外,利用钛矿资源生产富钛料有一种能有效回收利用钒钛磁铁矿表内矿、表外矿和风化矿中各种有价元素的发明。此发明的技术方案为:钒钛磁铁矿经预选抛尾或风化矿洗矿后再经磁化焙烧阶段磨选,使脉石矿物分离得钛铁精矿,或者此钛铁精矿和钒钛铁精矿按一定比例混合后配加粘结剂和碳质还原剂混匀后造球团进行预还原或直接入炉,在电高炉或矿热炉冶炼生产的高钛渣和半钢,合金铁水经双联法吹钒铬,所得含钒铬的钢渣用湿法提取分离钒铬,而高钛渣进入钛渣的火法冶金选矿过程,生产出人造金红石和微晶玻璃。人造金红石富钛料和煤细磨按一定比例混合后配加粘结剂制成含碳钛粒,在焙烧炉内焙烧冷却后,筛
[14]分分级成+0.3mm,-1.4mm粒级含碳金红石富钛料。
1.3.4国外概述
国外钛市场中,钛白粉在涂料、塑料与造纸行业应用的份额最大,特别是在金属制品和其它钛产品中。随着社会积极增长和消费水平提高,对钛白粉的需求量是最大的,其中氯化法生产的金红石型钛白属高档产品,白度、着色力、研磨分散性等技术指标优异,目前价格也超过2000美元/t,销路仍然紧俏。
富钛料是钛工业极为重要的原料,优质富钛料(高钛渣、人造金红石)生产规模不断扩大。国外生产富钛料的方法很多,主要有火法和湿法两大类。火法有电炉熔炼法、选择氯化法、等离子法等;湿法有各种酸、碱和水浸出法(如还原锈蚀法、稀硫酸浸出和稀盐酸浸出等)。目前国外生产人造金红石的国家主要有澳大利亚、马来西亚、印度和加拿大等国家,年生产能力约1.6Mt。生产规模呈
[15]大型化或特大型化。还原锈蚀法于1961年由澳大利亚国立化学研究所发明,
4西方钛公司于1962年在卡塔尔建立实验厂,1968年建成设计能力为1×10t的半
4工业生产厂,1971年达到工业生产规模,接着又建成3×10t规模的生产厂,近年来国外(主要是澳大利亚)还原锈蚀法生产工艺仍在不断改进,生产厂家主要集中在澳大利亚,其它国家较少有还原锈蚀法生产人造金红石的报道。澳大利亚是全球采用还原锈蚀生产人造金红石产量最大的国家。澳大利亚Iluka、Tiwest课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏
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和CRL公司利用本国廉价的煤和钛铁矿生产含TiO(92%,94%)的人造金2
红石,这种金红石是氯化法生产钛白的优质原料,目前的生产能力为93×4[16]10t/a。
而国外也主要也采用电炉熔炼钛渣、还原锈蚀法和酸浸法来生产人造金红石型富钛料,且利用盐酸浸出钛铁矿制取人造金红石的方法得到显著成效。特别是 日本石原公司采用硫酸钛白厂的废渣浸出含TiO60%的钛精矿获得了含TiO96%22的高品位的人造金红石,其年产能力约为七万吨,且硫酸得到了充分的回收和再利用。国外富钛料生产规模大,设备较完善,年产量高,品质好,在富钛料生产工艺和制度上也较完善。但随着市场的需要,生产中存在的技术和环保等问题,还需要进一步的研究和开发才得以生产出适合钛工业发展的高品位富钛料。 1.3.5富钛料生产工艺趋势
工业上制备富钛料常用的几种方法为电炉熔炼法生产钛渣、盐酸浸出法、硫酸浸出法、还原锈蚀法生产人造金红石。但根据国内外生产状况及制备富钛料的不同方法,分析总结国内在富钛料生产技术、装备水平、生产规模、产品质量等方面与国外的差距,并据此提出加快我国富钛料发展的建议。
攀钢钛产业发展重点之一是扩大氯化法钛白生产规模并介入海绵钛和钛材行业。目前国内钛资源储量最大、成分最稳定、可保证长期提供原料的资源是XXX钛精矿。然而,由于XXX钛精矿中钙镁含量高,不适于冶炼沸腾氯化钛渣,为氯化法提供原料和海绵钛生产提供原料。为此,近年来攀钢针对XXX钛精矿钙镁含量高的问题开展了多种氯化钛原料的研究,如PUS渣研究与开发等,但进展不大,有工艺问题,也有经济效益问题。因此,为了使攀钢扩大氯化法钛白生产规模并介入海绵钛生产有充足的低钙镁氯化钛原料,目前看来最好采用XXX钛精
[17]矿生产人造金红石的方法。
钛精矿中TiO40%,45%,其中主矿相是钙钛矿,它富集了渣中TiO总量的2265%,75%,相当于40余万t TiO,是新型的富钛料原料。针对钛白粉市场对原2
料的迫切需求,积极开发应用富钛精矿的技术,生产新型钛制品,十分必要。用精矿制备高品位富钛料,利用低浓度废酸与部分浓酸来处理精矿可制取富钛料(品位92%TiO),其中杂质含量CaO+MgO,1%,这种富钛料适合做氯化法钛白2
的原料,它成本低,市场竞争强。
国外还原锈蚀法生产人造金红石表明,还原锈蚀法是一种可大规模经济生产人造金红石的方法,该方法在澳大利亚已采用几十年,生产结果证明是一种可行的工业生产方法。其优点是将钛铁矿中的氧化铁强还原为铁,然后仅用水溶液即可把其中的铁“锈蚀”出来,使TiO富集,再用稀硫酸或盐酸酸浸洗涤富集物、2
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过滤、干燥,最终可得到人造金红石:其产品质量好,粒度均匀,适合作四氯化
[18]钛的原料。
从20世纪70年代至今,钛提取技术又有了新的发展,因此,有必要对XXX钛资源作沸腾氯化原料的可行性进行深入研究,建议在实验室条件下用XXX 钛精矿进行还原锈蚀法制取人造金红石的验证研究,以确定该工艺的技术、经济可行性。实验不能简单采用原有工艺,必须有所创新,要考虑除钙镁问题,从目 前国内外还原锈蚀法研究与生产结果看,攀钢还不能引进该技术生产沸腾氯化用的钛原料,但得到的人造金红石产品可用于熔盐氯化工艺的原料。
针对攀钢钛精矿应用预热球团技术和回转窑直接还原技术,借助于添加剂的催化作用,使钛精矿中铁氧化物充分还原并促使铁晶粒长大,实现了Fe/Ti在选矿过程中高效分离,成功地开发了钛精矿制取富钛料的新工艺。但由于攀西地区的钛铁矿钙镁杂质含量较高,传统的工业方法在应用于攀西钛铁矿生产时都有其局限性。针对攀西地区高钙镁钛铁矿的特点,结合国内外制取富钛料的工艺技术和微波辐射加热的优越性,研究提出了经微波辐射加热还原、磨选、分离钛铁后,
[19]以微波辐射加热浸出制取高品位的人造金红石。
到目前为止,“含钛型高炉渣中钛组分的绿色分离技术”和“碳化、氯化(及碳化一分选碳化钛)技术”仍然具有较好的发展前景。XXX高钛型高炉渣的提钛和综合利用应该坚持钛的分离效率高、设备产能高和处理量大、不产生大量的二次污染、经济合理、符合环保和可持续发展要求的原则。虽然两种方法还有许多问题没有解决,相信随着科技的进步和科技工作者的不懈努力,将会开发出适宜
[20]的工艺,并最终解决XXX高钛型高炉渣的提钛和综合利用问题。
经过长时间的发展,富钛料生产的钛渣生产技术和人造金红石生产技术均获得显著进展。钛渣熔炼技术已经十分成熟,正向大规模、机械化、自动控制方向发展,环保和综合利用已经提到了前所未有的高度,提高钛渣品位方面的努力也一直未停止过。可以遇见,在今后相当长的一段时间,在外界条件允许的前提下,
[21]钛渣熔炼仍是处理较高品位常规钛铁矿的首选方法。
人造金红石的生产一般根据原料特点采用电炉法、酸浸法、选择氯化等不同方法进行。目前使用最成功的酸浸法具有除杂能力强、富钛料品位高、适用于低品位钛矿物等优点,是国内外处理低品位复杂成分钛矿物优先考虑的方法,其发展潜力优于钛渣熔炼,但前提是解决好酸浸对不同成分矿物的适应性问题和有价成分综合利用以及环境保护,同时还要解决生产成本问题,规模化、机械化生产对其也同样重要。
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2 实验条件及方法
2.1实验原辅材料
实验中用到的原料为铁精矿经还原、熔炼后已大部分去除Fe的熔分渣,且原料熔分渣主要化学成分分析为:
表2.1熔分渣的化学成分组成
型号/目 TiO/% CaO/% MgO/% SiO/% AlO/% 2223S–100 53.38 7.40 10.40 11.27 13.33 S–200 55.65 7.40 10.48 11.33 13.33 S–300 53.55 7.96 10.24 11.92 13.12 S–325 55.06 7.51 10.24 11.94 13.02
且主要选用了粒度为100目、200目、300目的矿(熔分渣)。
实验中需用到的药品为浓度为95%,98%的浓硫酸,其密度为1.84g/ml, 且浓硫酸需按需求加蒸馏水稀释。
2.2实验设备仪器
实验中需用到电子天平、可调式电板、真空过滤器、干燥箱、温度控制电 炉、烧杯、坩埚等设备仪器,且主要酸浸设备为可调式电板。
2.3实验原理及方法
本实验参考了大量的相关实验和数据,其主要参考工艺已很成熟,且据实际情况综合考虑了各方面因素得出了此方法,因此本实验方法是可行的,可以达到研究的目的。
本实验采用在常温常压下以硫酸浸出熔分渣的方法制取高品位富钛料,采用因素、水平排列组合法进行实验研究,以达到提高人造富钛料品位的目的。即在实验过程中,控制酸浸时间、硫酸浓度、矿物粒度、矿酸比其中一个因素变化,其它因素均保持不变。由于整个实验在常温常压下进行,所以酸浸温度只能达到100?,即沸腾状态。控制好酸浸时间、硫酸浓度、矿物粒度、矿酸比等条件的变化,使得硫酸和熔分渣充分反应,以除去Ca、Mg等杂质。对整个过程进行操作控制和数据分析,用坐标曲线图形对实验结果进行表征,分析出二氧化钛品位的变化趋势,得出最好的各因素配比,以达到提高富钛料TiO品位的目的。 2
实验具体方法如下:
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原料:铁精矿,且铁精矿经过熔炼后得到Fe已大部分去除的熔分渣,熔分渣的化学成分组成见表2.1。
磨矿:将矿(熔分渣)分别磨至为100目、200目、300目,且每个等级为200g左右。
酸浸反应设备:可调式电板。
酸浸过程:
?将浓度为98%的浓硫酸分别稀释为浓度为20%、40%、60%、80%的硫酸。
?每次实验称取20g的熔分渣。
?矿(熔分渣)酸比为分别为1:4、1:6、1:8、1:12,即每次实验按因素、水平排列组合法称取相应的硫酸。
?将硫酸与熔分渣在烧杯中进行混合,形成酸浸溶液,然后放置于可调式电板上进行酸浸。
?酸浸反应主要方程式如下:
MgTiO+HSO,MgSO+TiO+HO 式(2.1) 324422
CaTiO+HSO,CaSO+TiO+HO 式(2.2) 422324
?溶液至沸腾后,分别按需求恒温30min、60min、90min、 120min。
?反应后TiO留在浸出渣中,且浸出渣中含有少量的Ca、Mg,浸出液中有 2
Ca、Mg、Si、Al等的硫酸盐。
过滤:将浸出渣和浸出液通过真空过滤器进行过滤分离。
洗涤:用蒸馏水将浸出渣洗净。
干燥:将浸出渣放置于干燥箱内进行干燥,以脱去水分,烘干。
煅烧:将洗净的浸出渣放置于电炉中煅烧,煅烧温度控制在800?,900 ?,煅烧时间为30min,60min,以除去浸出渣中的水分和脱硫。
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3 实验结果分析
3.1酸浸时间对酸浸结果的影响
用坐标曲线图形对实验结果进行表征和分析,如图3.1:
60
58
56
54
二氧化钛品位/%
52
50
306090120150
酸浸时间/min
图3.1酸浸时间对TiO品位的影响 2
图3.1显示了酸浸时间对酸浸结果的影响。从图3.1的实验数据对比可看出,
在其它因素(硫酸浓度20%、矿物粒度100目、矿酸比1:4、酸浸温度100?)
相同的情况下,浸出渣TiO的品位随着酸浸时间的延长而有所降低。当时间延2
长至2小时后,浸渣TiO的品位有明显的变化,此时TiO的品位降低。这主要22是由于随着浸出时间的延长,渣中的TiO有部分同时被酸浸而失去,影响了品2
位的提高。因此,合理的浸出时间是在2小时以内。
3.2硫酸浓度对酸浸结果的影响
用坐标曲线图形对实验结果进行表征和分析,如图3.2:
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60
58
56
54
二氧化钛品位/%
52
50
20304050607080
硫酸浓度/%
图3.2硫酸浓度对TiO品位的影响 2
图3.2表示用20%、40%、60%、80%不同浓度的硫酸,在其它因素(酸浸时间
60min、矿物粒度300目、矿酸比1:6、酸浸温度100?)相同的情况下,对浸
出渣TiO品位的影响。从图3.2中可看出,在其它因素相同的情下,在硫酸浓2
度20%,80%之间的范围内,随着硫酸浓度的增加,熔分渣的TiO的浸出越高,2而浸出渣中的TiO品位反而降低。这说明较强浓度的硫酸对熔分渣的品位提高2
是不利的。因此,选择合理的硫酸浓度对浸出过程是极其重要的。
3.3原料粒度对酸浸结果的影响
用坐标曲线图形对实验结果进行表征和分析,如图3.3: 60
58
56
54 二氧化钛品位/%
52
50
100150200250300350
矿物粒度/目
图3.3原料粒度对TiO品位的影响 2
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图3.3表示了100目、200目、300目等几种不同原料粒度在其它因素(酸浸时间90min、硫酸浓度60%、矿酸比1:8、酸浸温度100?)相同的情况下,对浸出渣TiO品位的影响。从图3.3中可以看出,在一定条件下,当初始期间,2
粒度越细,浸取时间越短,颗粒对浸出渣的品位影响不是太大。但随着时间的延长,浸出渣的品位逐渐提高。因此可看出,原料粒度的范围在200目,300目之间为宜。
3.4矿酸比对酸浸结果的影响
用坐标曲线图形对实验结果进行表征和分析,如图3.4:
图3.4矿酸比对TiO品位的影响 2
图3.4表示了在1:4、1:6,1:8、1:12的不同矿酸比,在其它因素(酸浸时间120min、硫酸浓度80%、矿物粒度200目、酸浸温度100?)相同的情况下,对浸出渣TiO品位的影响。从图3.4可以看出,在矿酸比1:4,1:12之2
间的范围内,随着矿酸比的增加,时间的延长,熔分渣浸出渣的品位越高。因此可知,矿酸比的范围在1:4,1:12之间为宜。
3.5稳定性结果分析
在条件实验的基础上,稳定性实验采用酸浸时间1小时、硫酸浓度40%、矿物粒度300目、矿酸比1:6、在沸腾条件下,对熔分渣进行了验证实验。实验结果表明,在此条件下,熔分渣经酸浸后,浸出渣的品位可达60%左右。 课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏
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结论
?用XXX铁精矿经还原、电炉熔炼后所得熔分渣来富集TiO品位时,由于2经过电炉熔炼后所得的熔分渣实验原料物相结构复杂,Ca、Mg、Si、Al等杂质的存在造成了硫酸浸出矿的效果不好,如CaSO和MgSO部分的存在于钛渣中,44
若要将熔分渣中的杂质完全分离出来,以获的含量较高的富钛料,难度十分巨大。而铁精矿与高钛渣相比,铁精矿的主要杂质是Fe,因此要使其与硫酸反应而生成FeSO而去出,达到提高二氧化钛的目的,而在这个过程中,也存在着困难。 4
实验研究了在不同酸浸时间、硫酸浓度、原料粒度、矿酸比等因素条件下?
对熔分渣浸取制取富钛料的实验研究。实验结果表明,在温度100?、时间1小时、硫酸浓度40%、矿物粒度300目、矿酸比1:6的酸浸条件下,富钛料的品位可达60%左右。但总的来看实验结果并不理想,在实际生产运用中存在成本较高等问题,但另一方面对于科研研究来讲意义又是重大的。
?本实验在常温常压下进行,这对用硫酸来浸出铁精矿提高人造富钛料品位的计划是十分困难的。在酸浸时间、硫酸浓度、矿物粒度、矿酸比等因素控制不好的情况下是很难达到预期目标的。因此,如采用浓度适中的硫酸进行酸浸,选用目数稍高的铁精矿为原料,且铁精矿在使用前经过了加热还原复合球团—选矿分离的处理,控制好矿酸比,而在酸浸过程中加入添加剂(氟氢酸铵),控制好酸浸时间和酸浸温度,采用诸如磁力反应釜的酸浸设备进行酸浸,并在整个实验过程中注意正确操作,相信通过这些改进,可以大大地提高人造富钛料的品位。
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参 考 文 献
[1] 韩明堂.钛白工业现状及发展[J].钛工业进展,2001,11(1):4.
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synthetic rutile.HYROMETALLURGY,2004,73(1):99–109.
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concentrate in an autoclave.HYROMETALLURGY,2000,56(2):203–216. [4] 韩明堂.钛白工业现状及发展[J].钛工业进展,2001,11(1):8.
[5] 杨艳华,雷霆,米家蓉.有色金属分布及应用[J].云南冶金,2006,4(1):12–17. [6] 祖庸,雷阎盈.国内外钛白工业现状及发展趋势[J].钛工业进展,2002,12(1):15–
18.
[7] 张喜燕,赵永庆,白晨光(钛合金及应用——轻合金丛书[M](北京:化学工业出版社,
2002:23–28.
[8] 郭宇峰,肖春梅,姜涛,等.如何开发利用稀有有色金属[J].现中国有色金属学报,2005,
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致 谢
本课题在选题及研究过程中得到材料工程系书记高仕忠的指导。高老师多次询问研究进程,并为我指点迷津,帮助我开拓研究思路,精心点拨、热忱鼓励。高老师一丝不苟的作风,严谨求实的态度,踏踏实实的精神,不仅授我以文,而且教我做人,使我受益匪浅。对高老师的感激之情是无法用言语表达的。
感谢王金超老师、邹建新老师、杨绍利老师等对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究,在此,我要向诸位老师深深地鞠上一躬。
感谢我的指导老师锡淦高级工程师,他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。这片论文的每个实验细节和每个数据,都离不开你的细心指导。而你开朗的个性和宽容的态度,帮助我能够很快的融入我们这个新的实验室。
感谢我的同学赵鹏、颜杰、王京莹、朱文彦四年来对我学习、生活的关心和帮助。特别感谢我的实验伙伴余兴民同学,他在整个实验中给我的指导和帮助。
感谢我的爸爸妈妈,焉得谖草,言树之背,养育之恩,无以回报,你们永远健康快乐是我最大的心愿。
在论文即将完成之际,我的心情无法平静,从开始进入课题到论文的顺利完成,有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母,谢谢你们! 课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏
范文四:接触法制硫酸
接触法制硫酸
[重点难点]
1.了解工业制硫酸的化学原理、原料、设备和生产过程。
2.运用化学反应速率和化学平衡理论分析SO 2接触氧化的条件。
[知识讲解]
中学无机化工生产简介
硫酸的工业制法
硫酸车间
一、造气 1.原料
接触法制硫酸可以用硫黄、黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的烟气(含有一定量的SO 2)等作原料。
从原料成本、环境保护等角度考虑,硫黄是制硫酸的首选材料。我国由于硫黄矿产资源较少,主要用黄铁矿作原料。
世界硫酸产量的60%以上来自硫黄,另一方面,由于有色冶金工业的发展和日趋严格的环保法则,有色金属冶炼烟气制酸的产量逐年增加。相反,黄铁矿制酸的比重却呈下降趋势,90
年代初,世界硫酸生产的原料构成为:
硫黄 黄铁矿 其他 65% 16% 19%
2.煅烧黄铁矿
将硫黄或经过粉碎的黄铁矿,分别放在专门设计的燃烧炉中,利用空气中的氧气使其燃烧,就可以得到SO 2。
煅烧黄铁矿在沸腾炉中进行。
造气阶段的反应原理: S(s)+O2
(g)
SO 2(g);△H = -297kJ/mol
或者FeS 2
(s)+
O 2
(g)Fe 2O 3(s)+2SO2(g);△H = -853kJ/mol
黄铁矿粉碎的目的:一是燃烧迅速,二是燃烧充分,提高原料的利用率。
沸腾炉的名称是因为从炉底通入的强大空气流,在炉内一定空间里把矿粒吹得剧烈翻腾,好像“沸腾着的液体”,所以,人们把这种燃烧炉叫做沸腾炉。
在此阶段中,空气是过量的,目的就是让黄铁矿充分反应。
3.炉气净化干燥
从燃烧炉中出来的气体叫做炉气,用燃烧黄铁矿制得的炉气含有SO 2、O 2、N 2、水蒸气以及一些杂质,如砷、硒等的化合物和矿尘等。杂质和矿尘都会使催化剂中毒,水蒸气对设备和生产也有不良影响,因此,在进行下一步氧化反应前,必须对炉气进行净化。
炉气净化主要除去砷、硒等化合物和矿尘;炉气干燥主要除去水蒸气。
二、接触氧化 1.反应原理
SO 2跟O 2是在催化剂(如V 2O 5)表面上接触时发生反应的,所以,这种生产硫酸的方法叫做接触法。
从沸腾炉出来的气体主要有:SO 2、O 2、N 2,它们进入接触室,发生如下反应:
SO 2
(g)+O 2
(g)SO 3(g);△H = -98.3kJ/mol。
2.SO 2接触氧化反应条件选择 (1)温度
在具体实际生产中,温度低了反应速率就低,更为重要的是催化剂活性在低温时不高,从综合经济效益考虑,温度过低对生产不利。
在实际生产中,选定400℃~500℃作为操作温度,因为在这个温度范围内,催化剂的活性(反应速率)和SO 2的平衡转化率(93.5%~99.2%)都比较理想。
(2)压强
理论上:接触氧化是一个体积缩小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,可提高SO 2的转化率。
实际上:常压操作,并不加压。
原因有两点:一是在常压时SO 2的平衡转化率已经很高,增大压强后,SO 2的平衡转化率提高得并不多;二是加压对设备的要求高且耗能多,这样将增大投资和能量消耗。
(3)热交换器
进入接触室的SO 2和O 2需要加热,而接触氧化生成SO 3时放出热量,反应环境温度会不断升高,用热交换器将这些热量来预热SO 2和O 2反应。
由于接触氧化是一个放热反应,要想增大SO 2的转化率、提高SO 3的产率,平衡要向正反
应方向移动,根据平衡移动理论,高温不利于SO 3的生成,所以装一个热交换器可用来把反应生成的热传给需预热的炉气。
在热交换器中,冷气体(SO 2和O 2等)在管道外流动,热气体(SO 3等)在管道内流动,两种气体流向是逆向的,这样有利于热交换充分。
三、三氧化硫的吸收 1.SO 3的吸收
吸收过程是在吸收塔里进行的。从接触室出来的气体,主要是SO 3、N 2以及未起反应的O 2和SO 2。SO 3与H 2O 化合生成H 2SO 4。H 2SO 4虽然由SO 3跟H 2O 化合制得的,但工业上并不直接用H 2O 或稀H 2SO 4来吸收SO 3。
SO 3的吸收反应原理:SO 3(g)+H2O(l)═H 2SO 4(l);△H = -130.3kJ/mol
由于反应SO 3+H2O= H2SO 4是一个放热反应,如果用水或稀硫酸吸收SO 3,放出的热量会使溶液形成大量的酸雾,不利于SO 3的吸收,所以工业上用98.3%的浓酸吸收SO 3,然后在水或稀硫酸中稀释浓硫酸,制得各种浓度的硫酸产品。
吸收塔里装填了大量瓷环,目的是增大接触面积,吸收操作采取逆流形式也是为了让SO 3气体和98.3%浓硫酸充分接触,有利于吸收充分。
2.尾气的处理
从吸收塔上部导出的是N 2、没有起反应的O 2和少量SO 2,若直接排放,即浪费又污染环境,需进行尾气处理。尾气处理要经过两个过程:一是进行第二次氧化,即直接将尾气再次通入接触室让其反应;二是两次氧化后的气体加以净化回收处理。
[小结]
硫酸的工业制法: (1) 三原料:
黄铁矿(FeS 2)或S 、空气、98.3%的浓H 2SO 4。
(2) 三个反应: 4FeS 2+11O
2
2Fe 2O 3+8SO2或S+O
2
SO 2(沸腾炉)
2SO 2+O
22SO 2(接触室)
SO 3+H2O=H2SO 4(吸收塔内,实际用98.3%的浓H 2SO 4吸收SO 3)。
(3)
三套设备:
沸腾炉 接触室 吸收塔 (4) 三阶段:
(5)
炉气中的杂质和危害:
矿尘、砷、硒等的化合物可使催化剂中毒,水蒸气与SO 2、SO 3生成酸腐蚀设备,影响生产。
(6) 三步净化: 除尘、洗涤、干燥
(7)
六个原理措施:
①增大接触面积,充分利用原料的原理(粉碎矿石);
②增大反应物浓度原理(通入廉价的过量空气使较贵的SO 2充分利用); ③热交换原理;
④逆流、浓H 2SO 4吸收原理; ⑤催化原理;
⑥循环连续生产,提高原料利用率的原理。
四、工业生产中物质纯度、转化率、产率的计算方法:
(1)物质的纯度(%)
=
×100%
(2)原料利用率(%)
=
实际利用原料量<>
×100%=1-原料的损耗率
(3)产率(%)
=
理论产量>实际产量
[典型例题解析]
×100%
例1.下列反应能用化学平衡原理解释的是( )
①使黄铁矿矿粒在过量的空气中燃烧 ②增大气体压强能提高SO 2的转化率 ③使SO 2氧化成SO 3应使用催化剂(V2O 5等) ④SO 2接触氧化的温度不能太高
⑤燃烧黄铁矿制得的炉气,在进行氧化前必须净化和干燥 A .①②③ B .③④⑤ C .③⑤ D .①②④
[分析]
过量的空气,使O 2的浓度超过反应所需的量,可加速正反应的进行,使化学平衡向生成物方向移动。SO 2氧化是气体体积缩小的反应,所以增大压强,能提高SO 2的转化率。使用催化剂能加快正、逆反应速率,不能用化学平衡原理解释。SO 2氧化是放热的可逆反应,所以温度升高,会加速SO 3的分解。炉气需净化和干燥,主要为不使催化剂中毒。所以①可用浓度、②可用压强、④可用温度对化学平衡移动的影响来解释。
答案:D
例2.工业上用接触法制取硫酸,今有含FeS 290%的硫铁矿500t ,煅烧时损失5%的硫,SO 2转化为SO 3时又损失15%的SO 2,SO 3被水吸收时又损失SO 30.5%。求这些硫铁矿最终可制得98%的硫酸多少吨?
[分析]
本题中有关反应的化学方程式为: 4FeS 2+11O
2 2SO 2+O
2
可知为连续反应(即上一步反应的产物做为下一步反应的反应物),根据各步反应方程式中反应物和生成物之间量的关系,可找出FeS 2与每一步反应中产物之间的关系式(也可直接根据S 守恒来找到对应关系):
4FeS 2~8SO 2~8SO 3~8H 2SO 4
计算时可将中间物质省略,直接根据FeS 2~2H 2SO 4的关系式,一步就可以求出制得硫酸的量。题目给出的是在生产过程中损失S 、SO 2和SO 3,而不是损失FeS 2。因为每一种化合物都有固定的组成,所以在反应中当原料有损失时,则组成该原料的各元素也随之损失,且原料的损失率等于其组成中各元素的损失率。反过来原料中各元素的损失率,也就是该原料的损失率。
本题中损失5%的硫,即硫铁矿中FeS 2损失5%,也就是FeS 2的利用率为95%,SO 2转化为SO 3时损失15%,即SO 2转化率85%,换算成硫铁矿中FeS 2利用了95%的85%。SO 3被吸收时损失0.5%,即SO 2利用了99.5%,换算成FeS 2的利用率为95%×85%×99.5%。
解:
2Fe 2O 3+8SO2 2SO 3
SO 3+H2O=H2SO 4
设可制得98%H2SO 4的质量为x ,有关反应的化学方程式: 4FeS 2+11O
2 2SO 2+O
2 关系式:
FeS 2 ~ 2H 2SO 4 120t 2×98t 500t ×90%×95%×85%×99.5% x ·98% 解得:x=602.6t
例3.黄铁矿样品1g ,设灼烧后生成的SO 2完全转化成硫酸。加入BaCl 2溶液后得3.5g BaSO4沉淀。求该矿石样品中FeS 2的质量分数是多少?
解: (1)
由方程式找关系式 4FeS 2+11O
2
2Fe 2O 3+8SO2 2Fe 2O 3+8SO2 2SO 3
SO 3+H2O=H2SO 4
8SO 2+4O
2
8SO 3+8H2O=8H2SO 4
8SO 3
8H 2SO 4+8BaCl2=8BaSO4↓+16HCl
(2)
设1g 样品中含FeS 2的质量为x 。 FeS 2 ~ 2BaSO 4 120g 2×233g x 3.5g 120g ∶2×233g=x∶3.5g x=0.90g
矿石中FeS 2
的质量分数为:
×100%=90%
例4.某工厂处理含二氧化硫废气时,采用“将二氧化硫转化为硫酸铵”的方法,该厂初步处理后的废气中氧气的体积分数为10%,二氧化硫的体积分数为0.2%。使该废气在400℃时以5m 3/h的速率通过催化剂层与速率为20L/h的氨气混合,再喷水使之发生反应:2NH 3+H2SO 4=(NH4) 2SO 4,将得到的溶液在结晶装置中处理,可得到硫酸铵晶体,气体体积都已折合为标准状况,试计算:
(1)该工业为什么将废气以5m 3/h的速率与速率为20L/h的氨气混合为最佳配比?(用计算说明)
(2)若该厂每天排放10000m 3这种废气,按上述方法该厂每月(按30天计算)可得到硫酸铵多少吨?消耗氨气多少立方米?
[分析]
从每小时排放SO 2的物质的量与每小时需NH 3气的物质的量,找出它们的比,与化学方程式里化学计量数对照,找到工厂采用题给配比的原因,后一问按每月排放SO 2的体积代入化学方程式,求得需NH 3的体积和生成(NH4) 2SO 4的质量。 解: (1)
每小时排出的废气中SO 2的体积为:5×0.2%=5×2×10-3(m3) ,即10L 。 根据题意,每小时送入氨的体积为20L ,2SO 2+O22∶1一致。
(2)
每月排放的废气中SO 2的体积为:1×104m 3×30×0.2%×103L/m3=6×105(L)。 可制得(NH4) 2SO 4的质量根据2NH 3~SO 2~(NH4) 2SO 4计算为:
2SO 3;2NH 3+SO3+H2O=(NH4) 2SO 4
∴NH 3与SO 2的体积比或物质的量比均为2∶1,恰与反应化学方程式中反应物系数之比为
(NH4) 2SO 4
的质量为:
×132g/mol×10-6t/g=3.535t;
消耗NH 3的体积为:6×105L ×2×10-3m 3/L=1.2×103m 3
范文五:接触法制硫酸
(1)四个“三”
?三种主要原料 黄铁矿(或硫黄),空气,98.3%的硫酸. ?三个阶段 造气阶段(制SO),接触氧化阶段(SO转化为SO),三氧化硫吸收阶段223(SO转化为HSO或发烟硫酸). 324
?三个反应
111高温?.;?H=-853kJ/mol FeS(s),O(g)FeO(s),2SO(g)2223242
点燃或S(s)O(g)SO(g),;?H=-297kJ/mol 22
?.SO(g),HO(l),,,,HSO(l);?H=-130.3kJ/mol 3224
?三种设备 沸腾炉,接触室(含热交换器),吸收塔.
每一个阶段发生一个反应和对应一种设备.
(2)生产过程中采取的措施和理由(原理)
?将黄铁矿粉碎和在沸腾炉中通入过量的空气 增大黄铁矿和氧气的接触面,使燃烧得
更快,更充分.保证接触室中氧化SO的用氧. 2
?炉气的净化和干燥 在沸腾炉中燃烧黄铁矿制得的炉气中含有SO、O、N、水蒸222气以及一些杂质,如砷、硒化合物和矿尘(FeO粉末)等等.矿尘的沉积会阻塞输送气体的23
管道;杂质和矿尘都会使催化剂中毒而失去催化作用;水蒸气在高温下会腐蚀设备[即
高温4HO(g),3FeFeO,4H,,危险].因此从沸腾炉出来的炉气在进入接触室前,2342
必须净化和干燥,除去矿尘、砷硒化合物和水蒸气.这样处理过的混合气体主要含SO(体2积分数7%),ON(11%),(82%). 22
?在接触室中使用热交换器 由于SO的氧化反应需在400?~500?条件下进行.因2
此,反应前必须把炉气预热到这个温度;又由于此反应是放热反应,随着反应的进行,反应
环境的温度会不断升高,这不利于SO的生成.所以在接触室的两层催化剂之间装上一个3
1
热交换器,用来把反应生成的热,传递给进入接触室需要预热的炉气,还可以冷却反应后生
成的气体.
?用98.3%的浓硫酸代替水吸收 由于水面上存在水蒸气,水蒸气与生成硫SOSO33酸酸雾将水与SO隔开了,故不能用水或稀硫酸吸收SO.98.3%的浓硫酸的表面上不存在33
水蒸气,用它吸收SO不会生成硫酸酸雾,又由于SO能溶于硫酸中(即得发烟硫酸),所以,33
用98.3%的浓硫酸吸收SO的效率高,能完全吸收.从吸收塔出来的硫酸是比98.3%的硫3
酸还浓的硫酸或发烟硫酸.再根据需要,用水或稀硫酸稀释这些浓硫酸,而制得各种浓度的
硫酸.
在吸收塔中,气液逆流,即98.3%的浓硫酸由上向下流,SO气体由下向上升,两者3在逆流过程中充分反应,完全溶解.
?尾气循环氧化和用氨水吸收 将尾气中未氧化的SO再次进入接触室氧化,可以提2
高原料的利用率.由于SOSOSO氧化是可逆反应,不可能100%的转化为,所以需要处223理尾气.用氨水吸收尾气可以消除环境污染.
SO,2NH,HO,,,,(NH)SO,HO 2324232
再让(NH)SO和硫酸反应: 423
(NH)SO,HSO,,,,(NH)SO,SO,,HO4232442422
得到较为纯净的SO(NH)SO又成为制硫酸的原料,是化肥. 2424
(3)制硫酸的生产过程
在硫酸的工业制法中,下列生产操作与说明操作的主要原因都正确的是( )
A.硫铁矿燃烧前需要粉碎,因为大块的硫铁矿不能燃烧
B.从沸腾炉出来的气体需净化,以提高产品纯度
C.二氧化硫氧化为三氧化硫时需用催化剂,这样可以提高反应速率
D.用98.3%的浓硫酸代替水去吸收三氧化硫,目的是防止酸雾,以便三氧化硫完全吸
收
2
矿石粉碎的主要目的是使燃烧得更快更充分.净化沸腾炉中出来的气体是除去有害物
质,避免矿尘阻塞管道、矿尘和杂质使接触室中的催化剂中毒和水蒸气腐蚀设备.
CD
SOSO 23
在化工生产上,要求又快又多地获得产品.光快不多不行,光多不快也不行.这里的“快”
指的是化学反应速率大,这里的“多”指的是原料的转化率大.故我们必须同时研究外界条
件对SO的氧化反应速率和化学平衡的影响.并注意这些条件与综合经济效益的关系. 2
根据氧化反应化学方程式:
从加快氧化反应速率的角度考虑,可以采用升高反应的温度、增大压强和使用催化剂. 从提高SO的转化率的角度考虑,可以采用降低温度和增大压强.催化剂对此无影响. 2
化学家们和工程师们通过实验探索,并结合综合经济效益进行分析研究,找出的SO氧2化反应的合适条件是:400?~500?的温度、常压、使用催化剂和使用过量的氧气(不要花钱买的原料).
由于在400?~500?时,催化剂的活性最好,能保证有大的氧化反应速率;使用过量
氧气能增大SOV(SO):V(O),7:11SO的转化率[].由于使用上述条件后,常压下已有2222快的氧化反应速率和高的转化率,基于降低生产成本和提高经济效益,故就采用常压.
关于制硫酸中的计算通常遇到两种情况:第一由原料计算产品硫酸的质量;第二由产品
硫酸计算需要原料的质量.都属于多步反应一次计算.
在计算中,理解好两种关系:
?原料的利用率有传递关系.如SOFeS的利用率可视为S的利用率,也视为的利用22率.
?产物的产率等于反应物的利用率.如SOSO的产率可视为的利用率,也可视为S32
或FeS的利用率. 2
燃烧500t含硫48%的黄铁矿,若在沸腾炉中有2%的FeSSO损失,在接触室中23
的产率为96%,计算生成98%的浓硫酸的质量.
硫第一次(沸腾炉中)利用了98%,第二次(接触室中)利用96%.故有:
3
____________ SHSO24
3098,500t,48%,98%,96%x,98%
x=705.6t
生成705.6t 98%的浓硫酸.
1.化学反应原理及综合经济效益原则.
2.SO的接触氧化(条件分析). 2
3.SO(尾气)的吸收. 2
1 接触法制HSO的尾气中SO可用碱性溶液氨水吸收,吸收达到饱和后的溶液242
再与93%的硫酸反应,可放出SO(NH)SOSO并得溶液.此法可制得较纯.将42422
(NH)SO溶液结晶、分离、干燥后可制得固体硫酸铵肥料. 424
(1)写出有关反应的化学方程式;
3(2)某厂每天排放含SO体积分数为0.2%的尾气1000m,问每天要消耗同温同压下(设2
标准状况)的氨气多少立方米?可得硫酸铵多少千克?
(1) SO,2NH,HO(NH)SO,HO2324232
(NH)SO,SO,HO2NHHSO4232243
(NH)SO,HSO(NH)SO,SO,,HO4232442422
2NHHSO,HSO(NH)SO,2SO,,2HO432442422
(2)由上述反应可得
SO~NH23
11
31000m,0.2%V(NH)3
3解得 V(NH),20m3
2SO~(NH)SO2424又 2,64132
1000,0.2% ,64kgm[(NH)SO]4243,22.4,10
4
3132,10,0.2%m[(NH)SO],,64 424,322.4,2,64,10
=5.89(kg)
3答:每天消耗氨气,可生成硫酸铵5.89kg. 20m
2 接触法制硫酸的简单流程,如图5-1所示,试填写:
(1)主要设备的名称:A_______________、B_______________、C_______________、D_______________.
(2)分别写出a?h各主要物质的化学式:a_______________、b_______________、c_______________、d_______________、e_______________、f_______________、g_______________、h_______________.
(3)从设备A中导出的气体若不净化而直接导入B设备,则会使____________,这种现象叫做_______________.
(4)设备D上顶喷入的是_______________而不是_______________,这是因为______________________________.
(5)从设备D上部导出的气体g,工业上叫做_____________,其中的______________用_______________加以回收利用以防止_______________.
(1)A:沸腾炉 B:接触室 C:热交换器 D:吸收塔
(2)a:
FeSONFeOSOSO b:空气(、) c: d:、O e:、O f:223222222SOSOHSO g: h:. 2432
(3)从沸腾炉中导出的气体若不净化直接导入接触室,则会使催化剂作用减弱或失去作
用,这种现象叫催化剂中毒.
24HSO(4)吸收塔上顶喷入的是98.3%的HSO,而不是水或稀,这是因为用水或稀24
24HSO作吸收剂时,容易形成酸雾.
(5)从吸收塔上部导出的气体,工业上叫尾气,其中的SO需用碱液吸收,以防大气污2
染.
3 图5-2为我国东部季风区某新建城市分布图,城市的四周都有广阔地带.现要
6在城市附近建一座10kW以重油或煤炭为燃料的火力发电厂.
5
3,3(1)若该厂以含硫质量分数为2%的重油为燃料,设重油(密度为)燃烧生1dm0.95,cm
3成14m标准状况下的烟道气,计算烟道气中SO的体积分数. 2
(2)请在图5-2中A、B、C、D、E、F处选一最佳建厂处,说明理由.
(3)请你预测此工厂将有哪些方面对环境造成污染?
(4)请你用物理、化学、生物等方面的知识设计一个保护环境、控制污染的方案.
3,1,1(5)以含硫3.5%的重油为燃料,重油使用量为,该厂开工率为(每年0.18dm,kW,h实际运转天数)为80%,对烟道气的脱硫回收的SO(NH)SO能生产多少千克?或生产石4242
膏(CaSO,2HOSOHSO)多少千克?若将这些制成70%的浓,可生产这种浓硫酸多少42242
千克?
3331,10cm,0.95g,cm,2% (1) n(SO),2,132g,mol
,1 V(SO),V,n(SO),22.4L,mol,n(SO)2m22
V(SO)22.4L,mol,n(SO)22,,0.095% 3V14,10L(总)
(2)应选在D处建厂.原因:?在季风区,工厂应建在位于垂直于盛行风向的郊外,可
尽量减少粉尘、有毒气体对居民区的污染.?在河的下游,水源充足.?紧靠铁路和公路,
交通便利.
(3)有废气、废渣和废水.
(4)?在附近建一个矿渣水泥厂或砖厂,变废为宝.?根据所产生废水的情况,在建厂
的同时,建一个利用化学分解和生物降解的废水处理设备.?根据该厂将产生粉尘和有毒气
体较严重的情况,在厂区里多栽一些如美人蕉、月季、丁香、菊花等能吸收有毒气体的植物,
搞好厂区绿化保护.在工厂周围和居民区之间建立森林防护林带,尽量选一些生长快、能吸
收粉尘和有毒气体的树种作为绿化的主要品种.
(5)设能生产(NH)SO、石膏、浓硫酸的质量分别为x、y、z,则424
3,1,1,367m(S),0.18dm,kW,h,0.95kg,dm,10kW,24h,365,80%,3.5%,4.194,10kg
6
.由
424S~(NH)SO
3213274.194,10kgx
42S~CaSO,2HO
3217274.194,10kgy
S~HSO24
3298
74.194,10kgz,70%
74.194,10,1328x,,1.73,10(kg) 32
74.194,10,1728y,,2.25,10(kg) 32
74.194,10,988z,,1.83,10(kg) 32,0.7
88答:生产(NH)SO、石膏、浓HSO的质量分别为、、1.73,10kg2.25,10kg42424
8. 1.83,10kg
1.接触法制硫酸的生产过程中,下列措施能提高硫酸产率的是 ( ) A.把矿石粉碎后再送入沸腾炉
B.沸腾炉中通入过量空气
C.对炉气进行除尘、洗涤、干燥处理
D.接触室内用VO作催化剂 25
2.为了提高SO,SO的转化率,常在接触室内鼓入过量的空气,因此从接触室导出23
的气体中会有 ( )
A.HOONSOSONO、、、 B.、、 2222332C.SOSOON、、、 D.S、Se、As等的氧化物 2232
3.制取硫酸时,混合气体的组成(体积分数)SONO占7%,占82%,占11%,将该222混合气体100L送入接触室反应后,其体积变为97.2L(相同条件下).则此时SO的转化率为 2
7
( )
A.80% B.90%
C.70% D.60%
4.在生产硫酸的过程中,常用浓硫酸而不用水吸收SO是因为 ( ) 3
A.SO易溶于浓HSO而不易溶于水 243
B.用浓硫酸吸收速率虽慢但损失SO少 3
C.用水吸收时,易形成酸雾而阻碍SO再吸收 3
D.用水吸收时得不到纯净的硫酸
5.一个现代化的企业,应朝着无废物排出的“封闭式生产”的方向努力.对硫酸生产
中产生的“三废”根据上述要求,处理方法从经济效率上看不合理的是 ( )
A.用氨水吸收尾气,然后再用硫酸处理得到含量较高的SO,返回车间作生产硫酸的2原料
B.用Ca(OH)处理含有硫酸的废水生产石膏 2
C.将矿渣作制造水泥的原料或制砖
D.用NaOH吸收尾气以得新的化工产品NaSO 23
6.将一定体积的空气通入吸收剂,并测定其电导(电阻的倒数)变化,这种方法可以测定空气中污染物的含量.如测定硫化氢,用硫酸铜溶液吸收,可测定很大浓度范围的硫化氢,
但电导变化不大;用溴水吸收,仅适用于低浓度范围,但有很高的灵敏度.现要兼顾吸收容
量和灵敏度,测定空气中Cl的含量,则最好选用的吸收剂是 ( ) 2
A.KI溶液 B.溴水 C.NaSO溶液 D.NaOH溶液 23
7.距离地表50km左右的大气层中,有一层O构成的臭氧层,它能吸收大部分由太阳3
辐射令人皮肤致癌的紫外线.近几年发现地球上空某些地区的臭氧层减少,甚至出现臭氧空
洞.
臭氧空洞出现的地区主要是 ( )
A.亚洲上空 B.欧洲上空
C.南极洲上空 D.非洲上空
8.使臭氧层减少变薄的主要原因是 ( )
?火山爆发 ?固体燃料煤的大量使用 ?大量使用塑料 ?大量使用氟里昂制冷剂
A.???? B.???
C.?? D.?
9.我国农业因遭受酸雨造成每年损失高达15亿多元(RMB).为了有效控制酸雨,目前国务院已批准了《酸雨控制区和SO污染控制区划分方案》等法规. 2
8
(1)你认为减少酸雨的产生可采取的措施是 ( )
?少用煤作燃料 ?把工厂烟囱造高 ?燃料脱硫 ?在已酸化的土壤中加石灰 ?开发新能源
A.??? B.????
C.??? D.????
(2)在英国进行的一个研究结果表明:高烟囱可以有效地降低地表面SO浓度.在20世2
纪60年代~70年代的10年间,由发电厂排出的SO增加了35%,但由于建造高烟囱的结2
果,地面SO浓度降低了30%之多.请你从全球环境保持的角度,分析这种方法是否可取?2
简述其理由.
(3)用传统的煤、石油作燃料,其主要缺点是什么?与传统的煤、石油燃料相比,哪种
物质可作为新能源?主要优点又是什么?
10.读“我国部分城市空气质量周报(1998年6月)”的有关统计数据(见下表),解答:
(1)经济特区中,空气质量最好的城市是____________;直辖市中,空气质量最差的城
市是__________.
(2)最容易出现酸雨的城市是_____________.为防治城市出现酸雨,降低煤燃烧时向大
气排放的SO,工业上将生石灰和含硫煤混合使用,请写出燃烧时,有关“固硫”(不使含2
硫化合物进入大气)反应的化学方程式___________________________________________.
(3)你认为减少城市酸雨产生的途径可采取的措施是 ( )
?少用煤作燃料 ?把工厂烟囱造高 ?燃料脱硫 ?在已酸化的土壤中加石灰 ?开发新能源
注:总悬浮颗粒物为TSP;氮氧化物NOX;二氧化硫为
SO 2
A.??? B.????
C.??? D.????
9
(4)汽车尾气(含有烃类,CO,SO与NO等物质)是城市空气的污染物,治理的方法之2
一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”(用铂、钯合金作催化剂),它的特点是使CO与NO反应,生成可参与大气生态环境循环的无毒气体,并促使烃类充分燃烧及SO的转化. 2
?写出CO和NO反应的化学方程式:____________________________.
?控制城市空气污染源的方法可以有 ( )
A.开发氢能源 B.使用电动车
C.植树造林 D.戴上呼吸面具
11.接触法制硫酸排放的尾气中,含少量的二氧化硫.为防止污染大气,在排放前设法
进行综合利用.
(1)某硫酸厂每天排放的3(标准状况)尾气中含0.2%(体积分数)的SO.问用氢氧10000m2化钠溶液、石灰及氧气处理后,假设硫元素不损失,理论上可得到多少千克石膏
(CaSO,2HO)? 42
(2)如果将一定体积的尾气通入100mL 2mol/L的氢氧化钠溶液使其完全反应.经测验得
溶液含16.7g溶质.试分析该溶液的成分,并计算确定各成分的物质的量. (3)工厂在尾气处理制石膏的过程中,中间产物是亚硫酸氢钠.调节尾气排放的流量,
以取得二氧化硫与氢氧化钠间物质的量的最佳比值,从而提高亚硫酸氢钠的产量.现设
n(SO)n(NaHSO)、n(NaOH)、分别表示二氧化硫、氢氧化钠和亚硫酸氢钠的物质的量,23
n(SO)2且,xn(NaHSO)n(NaHSO)n(SO),试写出x在不同取值范围时,的值或与、332n(NaOH)
n(NaOH)间的关系式.
x n(NaHSO) 3
1.AB 2.C 3.A 4.C 5.D 6.C 7.D 8.D
9.(1)C (2)不可取.因
SO的排放总量没有减少,所以形成酸雨的量并未减少,会2
造成对全球的危害.
10
(3)首先,煤、石油是不易再生的化石燃料,其资源是有限的;其次,燃烧后产生的SO,2
等严重污染大气,形成酸雨;最后,燃烧产生的(超过正常量)又导致“温室效应”NOCO2x
加强,升高地球表面温度,也同样是危害.H.第一,H可以用水作原料来制取,有广22泛的来源;第二,H的燃烧热高,放出的热量约为等质量汽油的3倍;第三,H燃烧后22
的产物是水,无污染,且可循环利用.
10.(1)厦门,重庆
(2)重庆;, CaO,SOCaSO2CaSO,O2CaSO23324(3)C
催化剂(4)? ?AB 2CO,2NO2CO,N22
11.(1)153.6kg
由硫原子守恒可得
SO~CaSO,2HO242
22.4L172g
431,10,10,0.2%Lm(CaSO,2HO)42
5得 . m(CaSO,2HO),1.536,10g,153.6kg42
(2)可能的反应为:
? SO,2NaOHNaSO,HO2232
? SO,NaOHNaHSO23
若按?进行,产物为NaSOm(NaSO),12.6g, 2323
若按?进行,产物为NaHSOm(NaHSO),20.8g, 33
因为20.8g>16.7g>12.6g,
所以反应按??进行,溶质为NaSONaHSO和的混合物. 233
,,11,104,gmol,n(NaHSO,)126,mol,n(NaSO,)16.7g,323 ,,n(NaHSO,)2n(NaSO,)0.2mol323,
n(NaHSO),0.1mol,3解得 ,n(NaSO),0.05mol23,
(3)如下表
11
n(NaHSO)x 3
1 0 x,2
1 n(NaHSO),2n(SO),n(NaOH) ,x,1322
x?1 n(NaHSO),n(NaOH) 3
12