Lab nr 4.doc

Wykonanie ćwiczenia:

W pierwszej kolejności odważamy 3 próbki z żużla otrzymanego w procesie topienia koncentratów w piecu zawiesinowym, po 30g każda. W oparciu o podany skład chemiczny żużla obliczamy ilość węgla niezbędną do redukcji tlenków miedzi, żelaza i ołowiu. Następnie węgiel odważamy uwzględniając jego nadmiar w wysokości 50%, i mieszamy go z żużlem. W ten sposób przygotowane próbki umieszczamy w tyglach grafitowo – szamotowych, przykrywamy i wkładamy do pieca do temperatury 12500C na czas 60 – 90 min.

Skład żużla:

Cu – 15,8%

Fe – 5%

Pb – 2,6%

SiO2 – 31,2%

MgO – 11,5%

CaO – 17,0%

Al2O3 – 11,0%

Obliczenia

              Znając skład żużla oraz masę próbek obliczamy masy miedzi, żelaza i ołowiu, które zawiera każda z próbek, a następnie obliczamy ilość węgla potrzebną do redukcji tlenków tych metali. Reakcję redukcji tlenku metalu można przedstawić w następujący sposób:

2MO + C = 2M + CO2

w przypadku tych trzech metali będą one wyglądały następująco:

2Cu2O + C = 2Cu + CO2

2FeO + C = 2Fe + CO2

2PbO + C = 2Pb + CO2

Masy metali zawarte w 30g żużla:

Cu = 30g ∙ 15,8% = 4,7g

Fe = 30g ∙ 5% = 1,5g

Pb = 30g ∙ 2,6% = 0,78g

Ilość węgla potrzebnego do redukcji obliczamy z proporcji:

Do redukcji miedzi:

2Cu2O + C = 2Cu + CO2

127g (Cu)  -  12g (C)

4,74g (Cu)  -  x g(C)

x = = 0,0,224g

Do redukcji żelaza:

2FeO + C = 2Fe + CO2

111,6g (Fe)  -  12g(C)

1,5g (Fe)  -  x g(C)

x = = 0,16g

Do redukcji ołowiu:

2PbO + C = 2Pb + CO2

414g(Pb)  -  12g(C)

0,78g(Pb)  -  x g(C)

x = = 0,026g

Sumujemy masy węgla potrzebnego do redukcji:

0,224g + 0,16g + 0,022g = 0,4g

Uwzględniając 50% nadmiaru

0,4g ∙ 150% = 0,6g

W ten sposób otrzymujemy masę węgla potrzebnego do redukcji. Wszystkie trzy próbki przygotowujemy w ten sam sposób, mianowicie odważamy potrzebną ilość żużla oraz węgla i oba te składniki mieszamy w tyglu grafitowo – szamotowym, przykrywamy grafitową przykrywką i umieszczamy w piecu elektrycznym, którego temperatura wynosi 1250 – 13000C.Pierwszy tygiel wyjmujemy po upływie 60 minut, następny po 75 minutach, a ostatni po upływie 90 minut od włożenia do pieca. Po ostudzeniu ważymy zawartość tygla, następnie oddzielamy produkty redukcji i ważymy tylko metal

Wydajnością procesu nazywamy stosunek metalu po redukcji, jaką wyjęliśmy z tygla do masy teoretycznej. Masa teoretyczną obliczamy sumując masy miedzi, żelaza i ołowiu, jakie zawarte były w 30g żużla na początku przed wstawieniem do pieca.

Sumując :

4,7g (Cu) + 1,5g (Fe) + 0,78g (Pb) = 6,98g

czyli masa teoretyczna która byłaby możliwa do uzyskania wynosi 6,98g

η – wydajność procesu

η = ∙ 100%

Wydajność procesu po 60 minutach:

η = ∙ 100%

η = 81,7%

Wydajność procesu po 75 minutach:

η = ∙ 100%

η = 86,1%

Wydajność procesu po 90 minutach:

η = ∙ 100%

η = 91,7%

Obliczenia zmiany energii swobodnych reakcji

2Cu + FeS = Cu2S + Fe

2Cu + 0,5 S2 = Cu2S

Cu2O + C = 2Cu + CO

Cu2O + CO = 2Cu + CO2