Prażenie (technologia chemiczna)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Prażenie w warunkach laboratoryjnych (A – tygiel, B – trójnóg, C – palnik)
Wydobycie rud i prażenie (Georg Engelhard von Löhneyß, 1650)

Prażenie – ogrzewanie substancji stałych w wysokiej temperaturze, niższej od ich temperatury topnienia, w celu spowodowania przemian fizycznych lub chemicznych.

Rodzaje procesów prażenia[edytuj | edytuj kod]

Rozróżnia się prażenie:

2 NaHCO3Na2CO3 + H2O↑ + CO2↑.

W chemicznej analizie wagowej i mikroanalizie prażenie osadu, zwykle z udziałem silnych utleniaczy, ma na celu doprowadzenie go do postaci czystego tlenku określonego pierwiastka, na podstawie czego można ustalić zawartość tego pierwiastka w wyjściowej substancji. Na przykład prażenie związków krzemoorganicznych prowadzi się z użyciem kwasu siarkowego, w wyniku czego wszystkie grupy organiczne przyłączone do krzemu przechodzą w tlenki węgla i siarczki, które odparowują, zaś pozostałość stanowi czysta krzemionka. Znając masę wyjściowego związku i ważąc otrzymaną krzemionkę, można ustalić zawartość krzemu w tym związku.

W dużej skali produkcyjnej proces prażenia stosuje się do przetwarzania surowców mineralnych i produktów rolnych i prowadzi w piecach przemysłowych. Można tu wymienić[1][2]:

Prażenie w metalurgii (przykład)[edytuj | edytuj kod]

Proces prażenia jest stosowany w metalurgii w różnych etapach złożonego procesu hutniczego, na przykład w czasie operacji wstępnej obróbki surowców mineralnych (rud) oraz w czasie zasadniczego przetwarzania chemicznego.

Przykłady obróbki wstępnej

Wstępna obróbka surowców może polegać na prażeniu do spieczenia. Jest to proces nadtapiania powierzchniowej części drobnych ziaren rudy (np. zmielonej w czasie wzbogacania), co powoduje ich zlepianie się w pożądanym stopniu. W hutnictwie aluminium wstępne prażenie boksytu powoduje dodatkowo rozkład zawartych w rudzie substancji organicznych, co ułatwia ekstrakcję w procesie Bayera[3].

Nadtapianie bez aglomeracji jest korzystne również w innych procesach produkcyjnych, na przykład w czasie otrzymywania kwasu fosforowego metodą ekstrakcyjną (wstępne prażenie fosforytów ogranicza przechodzenie do roztworu tlenków żelaza i glinu)[3].

Prażenie wstępne, na przykład prażenie do spieczenia, jest prowadzone za pomocą, między innymi, taśmowych aparatów spiekalnych Dwighta-Lloyda (taśma spiekalnicza). Konstrukcja tych aparatów jest podobna do konstrukcji rusztów łańcuchowych, w których strumień powietrza przepływa w odwróconym kierunku: z góry w dół. Prażony materiał (lub jego mieszanina z paliwem) ulega zapłonowi po szybkim przesunięciu pod palnikiem; po opuszczeniu taśmy jest sortowany na sitach. Frakcja drobna jest zawracana do strefy prażenia[3][5].

Przykład metalurgii cyny
Kryształ kasyterytu [6]

Jednym z licznych przykładów zastosowania prażenia w metalurgii jest proces produkcji cyny z rud, w których skład wchodzą tlenki żelaza i innych metali oraz niewielkie ilości kasyterytu (SnO2, minerał zawierający 79% cyny). Jednym z etapów złożonego technologicznego procesu uzyskiwania cyny metalicznej jest w tym przypadku chlorowanie koncentratów w temperaturze 900–1000 °C i odparowanie chlorków, powstających w wyniku reakcji[7]:

SnO2 + MCl2 + CO = SnCl2 + MO + CO2
SnO2 + Cl2 + C = SnCl2 + CO2
SnO2 + 2 HCl + CO = SnCl2 + H2O + CO2

Chlorowanie jest selektywne – chlorek żelaza(II) w tych warunkach wchodzi w reakcję:

4 SnO2 + 6 FeCl2 = 2 Fe3O4 + 2 SnCl2 + 2 SnCl4

czyli przyspiesza proces uzyskiwania SnCl2.

Prażenie w technologii kwasu siarkowego[edytuj | edytuj kod]

Prażenie pirytu (FeS2) i innych siarczków metali, na przykład blendy cynkowej (ZnS), jest procesem umożliwiającym otrzymywanie podstawowego półproduktu w technologii kwasu siarkowego: dwutlenku siarki. Reakcje egzotermiczne przebiegają w uproszczeniu następująco[3][4]:

piryt
4 FeS2 + 11 O2 ——> 8 SO2 + 2 Fe2O3
3 FeS2 + 8 O2 ——> 6 SO2 + Fe3O4
blenda
2 ZnS + 3 O2 ——> 2 SO2 + 2 ZnO
1
2
Powyżej
Zakład hutniczy w Trail (1929), w którym opracowano i zastosowano pierwsze konstrukcje pieców mechanicznych, stosowanych później (po modernizacjach) w prażalniach cynku na Górnym Śląsku

Po lewej
Piec mechaniczny do prażenia pirytów
3
Piec zawiesinowy do prażenia blendy cynkowej[3][4]:

1 – zbiornik ZnS, 2 – suszarnia, 3 – młyn, 4 – separator, 5 – cyklony, 6 – zbiornik, 7 – pompa Fullera, 8 – dmuchawa, 9 – piec zawiesinowy, 10 – doprażanie blendy, 11 – odprowadzanie blendy prażonej[3][4]
Piece do prażenia rud siarczkowych (przykłady)[3][4]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. piece, prażak. W: Encyklopedia techniki – Metalurgia. Katowice: Wydawnictwo "Śląsk", 1978, s. 461–492, 527. (pol.)
  2. piece. W: "Leksykon naukowo-techniczny z suplementem". T. P-Ż. Warszawa: WNT, 1989, s. 654-657, 728. ISBN 83-204-0969-1.
  3. a b c d e f g h Siarczki metali i prażenie siarczków metali. W: Józef Kępiński: Technologia chemiczna nieorganiczna. Warszawa: PWN, 1964, s. 71, 250, 252. (pol.)
  4. a b c d e Józef Zawadzki: Technologia chemiczna nieorganiczna, część druga. Warszawa: Ministerstwo Przemysłu i Handlu, Departament Szkolnictwa Zawodowego, 1949, s. 334–367.
  5. Palenisko z rusztem ruchomym (pol.). W: Polytechnik, Polska Sp. z o.o. [on-line]. www.polytechnik.com.pl. [dostęp 2014-03-05].
  6. [query=Cassiterite&yt2=Go www.irocks.com - Cassiterite] (ang.). W: Galleries of Fine Minerals for Sale (zdjęcia minerałów na 'The Arkenstone') [on-line]. old.irocks.com. [dostęp 2015-03-02].
  7. Jan Wypartowicz, Andrzej Łędzki, Paweł Drożdż, Ryszard Stachura: Wykład 9: Metalurgia Metali Nieżelaznych > Metalurgia cyny > Prażenie koncentratów (pol.). W: Prezentacja ppt [on-line]. AGH. s. 14. [dostęp 2014-03-04].

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]