Параметры технологии

Сера легко летуча; испарение отдельных ее модификаций заметно уже при температуре 200 °С. Интенсивность испарения серы значительно возрастает при температуре выше 300 °С. При 444, 6 °С и давлении 98 кПа сера вскипает. Теплота испарения серы 268—280 кДж/кг. Воспламенение серы в зависимости от внешних условий происходит при температуре 200—500 °С. Большое влияние на температуру воспламенения серы оказывают такие факторы, как содержание кислорода в дутье, чистота серы, ее дисперсность, условия теплоотвода. Характер горения серы является гомогенным, т.е. горят только серные пары. Реакция горения серы происходит по сложному цепному механизму и происходит с образованием промежуточных бирадикалов серы. Весьма упрощено реакцию горения серы обычно записывают в виде

S + О₂ = 802 + 8, 8 кДж/г.

Наряду с образованием сернистого ангидрида (SО₂) может происходить образование серного ангидрида (SО₃) при избытке кислорода и температуре не выше 900 °С.

Интенсивность испарения серы определяется главным образом условиями отвода серных паров от поверхности испарения, температурой обтекающего газа и теплопроводностью газов и вмещающих пород.

Серные руды характеризуются содержанием серы, минеральным составом вмещающих пород, структурными и текстурными особенностями, наличием вредных примесей. Богатые серные руды содержат более 25% серы, бедные—менее 10%. Серные месторождения сосредоточены у нас в Прикарпатье, Средней Азии, на Средней Волге. На Дальнем Востоке имеются месторождения вулканогенной серы.

Текстура руд имеет большое значение для выплавляемости серы, тесно связана с проницаемостью залежи. Обычно наименьшей выплавляемостыо при низкой проницаемости отличаются серные руды Средней Волги и Курильских островов (преобладающая структура — дисперсно-вкрапленная).

Технологическое значение для ПСС состава серных руд связано с протеканием при высоких температурах сопутствующих реакций, приводящих к изменению состава газов сжигания и теплового баланса процесса. Основные из этих реакций приведены ниже.

1) Дегидратация гипса, приводящая к появлению избыточной влаги в газах сжигания:

СаSО₄·2Н₂О → ^180° СаSО₄ + 2Н₂О — 105 кДж/моль.

2) Реакция диссоциации известняка, приводящая к разбавлению газов сжигания углекислотой и снижению температуры зоны горения:

СаСО₃ → ^{700 – 900° С} СаО + СО₂ — 124 кДж/моль.

3) Реакция сульфатизации известняка тесно связана с реакцией диссоциации:

4СаО + 4SО₂ → ЗСаSО₄ + СаS + 752 кДж/моль;

4СаО + 6SО₂ → 4 СаSО₄ + S₂ + 908 кДж/моль.

Указанные реакции являются экзотермическими, т.е. они улучшают тепловой баланс процесса, но могут значительно снизить извлечение серы. Вследствие этого при наземном обжиге серных руд температура в печи обжига не должна быть выше 700— 800 °С.

В условиях серного пласта, как было показано в ходе полевых исследований метода ПСС, влияние реакции сульфатизации уменьшается, несмотря на температуру в очаге горения до 1200 °С. Это связано с особенностями распространения пламени в неоднородной пористой среде.

4) Реакция диссоциации ангидрита:

2СаSО₄ 2СаО + 2SО₂ + О₂ — 1, 32 мДж/моль.

Эта реакция обладает большим эндотермическим эффектом. Наряду с химическими видоизменениями рудный скелет в результате обжига претерпевает значительные механические изменения: прочность его снижается, происходит его разрушение и измельчение. Причинами механических изменений могут быть как изменение химического состава, так и термоупругие напряжения или разрыв замкнутых пор при испарении защемленных в них влаги или серы.

Одним из важнейших технологических свойств руд является их проницаемость, зависящая от пористости, трещиноватости и кавернозности рудного массива. Наибольшее влияние на проницаемость оказывает наличие макропор, крупных трещин или каверн, карста. Микротрещины и микропоры влияют на проницаемость массива намного меньше.