Д.т.н. Дарибаев Ж.Е., к.т.н. Дарибаева Н.Г., к.т.н. Кутжанова А.Н.,

к.т.н. Колесников А.С., Беспаева Н.А., Колесникова О.Г.

Казахский национальный технический университет имени К.Сатпаева,

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

 

КИНЕТИКА РАЗЛОЖЕНИЯ CaCl И СМЕСЕЙ

ХЛОРИДОВ NaCl И KCl

На рисунках 1-4 представлены кривые зависимости степени возгонки хлора от продолжительности термообработки и температуры. Эксперименты по обжигу гранул, содержащие CaCl2, смеси CaCl2 +  NaCl , NaCl + KCl, а также CaCl2 + NaCl + KCl, при их общем количестве 10% от массы шихты показали, что при продолжительности термообработки 5, 10, 20 и 30 мин. степень возгонки хлора, в зависимости температуры обжига от 900 до 1200 0С, колеблется от 2,5 – до  62%. При максимальной температуре 1200 0С и продолжительности обжига 30 мин. степень возгонки хлора из гранул, в зависимости от состава шихты, изменяются от 12,5% до 62 %. При этом самая низкая степень возгонки хлора при максимальной температуре термообработки – 1200 0С наблюдается из смеси  NaCl + KCl, а самая высокая из CaCl2. В интервале температур 900 и 1000 0С разница в степени возгонки хлора составляет 16 %, а с увеличением температуры от 1000 до 1100 0С эта разность не превышает 4 %, а по мере дальнейшего роста температуры от 1100 до 1200 0С разность степени возгонки хлора еще больше – до 2 % снижается. Из рисунка 1 видно, что в случае введения в шихту CaCl2 и ее обжиге наблюдается скачкообразная степень возгонки хлора, т.е. если в интервале температур 900 – 1000 0С разность степени возгонки хлора из шихты, достигая максимума составляет 24 %, то начиная с температуры обжига 1000 – 1100 и 1100 – 1200 0С, разность степени возгонки хлора составляют соответственно 12% и 5% с ростом температуры разность в возгонке хлора сокращаются более чем в 2 раза. Такая же закономерность возгонки хлора наблюдается при обжиге шихты, приготовленной с добавкой смеси CaCl2 +  NaCl, но уже с несколько другими показателями возгонки хлора (рисунок 2). В этом случае, в интервале температур 900 – 1000 и 1000 – 1100 0С разница степени возгонки хлора составляют 13% и 6% соответственно, с незначительной разницей.

Начиная с температуры 1100 0С, т.е. в интервале температур 1100 – 1200 0С, разницы в степени возгонки хлора не наблюдается и остается на уровне 6%. Такая же картина наблюдается при обжиге шихты, приготовленной с добавкой  NaCl + KCl, но с некоторыми отклонениями от предыдущих закономерностей возгонки хлора (рисунок 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1 – 900 0С; 2 – 1000 0С; 3 – 1100 0С; 4 – 1200 0С

Рисунок 1 – Влияние температуры и продолжительности термообработки на

степень выделения хлора из шихты, содержащей CaCl2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1 – 900 0С; 2 – 1000 0С; 3 – 1100 0С; 4 – 1200 0С

Рисунок 2 – Влияние температуры и продолжительности термообработки на степень выделения хлора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1 – 900 0С; 2 – 1000 0С; 3 – 1100 0С; 4 – 1200 0С

Рисунок 3 – Влияние температуры и продолжительности термообработки на  степень выделения хлора из шихты, содержащей NaCl + КCl шихты, содержащей CaCl2 + NaCl

В интервале температур 900 – 1000 0С разница в степени возгонки хлора составляет 9%, в интервале 1000 – 1100 0С она снижается до 3,3%, а в 1100 – 1200 0С 6,2% т.е. между начальными температурами обжига 900 –   1000 0С и конечными – 1100 – 1200 0С возникает разница в степени возгонки хлора почти в три раза.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – 900 0С; 2 – 1000 0С; 3 – 1100 0С; 4 – 1200 0С

Рисунок 4– Влияние температуры и продолжительности термообработки на

степень выделения хлора из шихты, содержащей CaCl2 + NaCl + КCl

Для определения кинетических закономерностей разложения хлоридных солей из шихты, содержащей CaCl2, CaCl2 + NaCl,  NaCl + KCl и CaCl2 + NaCl + KCl, кинетические кривые зависимости степени возгонки хлора от температуры и продолжительности обжига (рисунки 1 и 4) обработали уравнением формальной кинетики:

                                    α  = 1 – exp [ - K · τn ]                                                 (1)

В соответствии с рекомендациями ИЮПАК [1] данное  уравнение можно использовать для описания скорости процесса:

                    dα / dτ = n · K1/n [ - ln (1 - α) 1-1/n ] · (1 - α),                            (2)

где  α – степень протекания процесса, доли 1; τ – продолжительность процесса, мин.;  Κ, n – эмпирические коэффициенты.

Построение графической зависимости степени возгонки хлора в процессе термообработки от введения в шихту хлоридных солей – CaCl2,   NaCl, KCl и их равных соотношений CaCl2 -  NaCl, CaCl2 – KCl, NaCl – KCl, а также CaCl2 - NaCl – KCl в координатах ln [-ln (1- α) ] – lnτ (рисунки 1-4) позволили определить параметры k и n.

На рисунке 5 приведена информация о влиянии температуры на изменения параметров "n" и "k".

 

 

 

 

 

 

 

 

а) lnK = f ( T );     n = f ( T )

Рисунок 5– Влияние температуры на изменение параметров К и n

уравнения (3, 4) при обжиге шихты, содержащей СаСl2

Графоматематическая обработка рисунка позволила установить вид зависимостей n = f (Т) и K = f (Т):

n = 2,612 – 1,63 · 10-3 · Т ,                                                                      (3)

K = ехр ( 9 · 10-3 · Т – 13,957 )                                                                    (4)

Тогда обобщенное уравнение α (%) = f (T, τ) имеет вид:

 α =  {1 – ехр [- ехр ( 9 · 10-3 · Т – 13,957 )] · τ ( 9 · 10    · Т – 13,957 ) } · 100       (5)

 

 

Литература:

1 YANAT Termochemical tables: 2nd edition. NSKDS-NBS. 37-Washington US GOV /Print/ Office, 1971. IA 41p.