Antimon sülfürün oksidlenme kinetiğinin incelenmesi

Abstract

ÖZET antimon sülfürün oksidlenme kinetiğinin incelenmesi Bu çalışmada Sb2Ss' ün Sb203' e oksidlenme kinetiği 558 - 710 K sıcaklık ve 0.04 - 0.26 atm oksijen kısmi basınçlarında incelenmiştir. Reaksiyonun ilerleyişi hem reaksiyon sırasında oluşan ağırlık azalmalarının mikroelektronik mikroterazide sürekli kaydedildiği termogravimetrik yöntemle, hem de reaksiyon sırasında oluşan S02 gazının saf suda absorblanarak ayarlı iyod çözeltisi ile titrasyonundan yararlanıldığı titrimetrik yöntemle belirlenmiştir. Uygulanan gaz fazı sıcaklığına bağlı olarak Sb203, düşük deneme sıcaklıklarında Senarmontit, yüksek deneme sıcaklıklarında ise Valentinit kristal şeklinde oluşmaktadır. Denemeler toz numunelerle ve tozların basınç altında sıkıştırılması sonucu elde edilen peletlerle gerçekleştirilmiştir. Sinterlenmenin etkilerini gözlemek amacı ile hem sinterlenmiş hem de sinterlenmemiş peletler kullanılmışür. Toz numunelerle elde edilen dönüşüm - süre eğrilerinden izotermal koşullar altında reaksiyonun oksijen konsantrasyonuna göre birinci mertebeden ve reaksiyona ait aktivasyon enerjisinin 110.7706 kJ.moı`1 olduğu bulunmuştur. Peletler için, izotermal koşulların söz konusu olduğu düşük sıcaklık ve düşük oksijen kısmi basınçlarında `Birbirine Eklenen Reaksiyon Süreleri Kuralı ` na göre türetilen A t* s { 1- ( 1 - X )1/3 } + a 2 { 1 - 3 ( 1 - X )2/3 + 2 ( 1 - X ) } A bağıntısının geçerli olacağı bulunmuştur, a parametresi hız sabiti ile pelerin etkin difuzyon katsayısını içeren bir sabit olup küçük değerler için reaksiyon kimyasal reaksiyon kontrolünde, büyük değerler için ise ürün tabakası gözenek difuzyonu kontrolünde gerçekleşecektir. Kavrulma reaksiyonunun şiddetli ekzotermik karekterde olması reaksiyon sırasında peletlerde sıcaklık artışlarına neden olmuş ve bunun sonucu izotermal olmayan koşullar ortaya çıkmıştır. Gerek katı reaktan ve gerekse katı ürünün düşük erime noktasına sahip olmaları pelette sinterlenme sonucu gözeneklerin küçülmesi ile sonuçlanan yapısal değişimlere neden olmuştur. Gözenekliliğin değişmesi ise reaksiyon hızını etkilemiştir. Peletlerde oluşan sıcaklık 93artışları deneysel olarak belirlenmiş ve ısı balansı kurarak bu sıcaklık artışlarına oluşturulan matematik modellerle teorik açıklama getirilmiş ve sıcaklık artışları hesaplanmıştır. Pelet sıcaklığının gaz fazı sıcaklığının üzerinde bulunması nedeni ile izotermal olmayan koşulların kabul edilmesi gerekliliği vurgulanmış ve izotermal koşulların kabul edilmesinin kinetik verilerde hatalı değerler elde edilmesine neden olacağı belirtilmiştir. Sıcaklık artışlarının hesaplanması sırasında kimyasal reaksiyon kinetiğinin yanı sıra ısı transferi, kütle transferi ve akışkanlar mekaniği dikkate alınmıştır. 94

SUMMARY INVESTIGATION OF OXIDATION KINETICS OF ANTIMONY SULFIDE In this study; oxidation kinetics of Sb2S3 to Sb203 was investigated in the temperature range of 558- 710 K and under the oxygen partial pressure range of 0.04 - 0.26 atm. The progress of reaction was determined by mermogravimetric technique in which weight decreases occurring during the reaction were recorded by means of the microelectronic microbalance and also by titrimetric technique in which the S02 gas, formed during the reaction, was absorbed in pure water and titrated in the adjusted iodine solution. Sb203 ; at low temperatures forms in the crystal structure of Senarmontite, at high temperatures forms in the crystal structure of Valentinite, depending on the applied gas phase temperature. Experiments were done on the samples of powder and pellets prepared from powder under pressure. In order to observe the effects of sintering, both sintered and unsintered samples were used. From the conversion - time curves obtained from the powder samples, it was found that reaction was first order with respect to oxygen concentration and the activation energy was found to be 1 10.7706 kJ. mol`1 under the isothermal conditions. For pellets, at low temperatures and oxygen partial pressures at which isothermal conditions exist, the following relation which was derived according to ` The Rule of Additive Reaction Times ` A t* = { 1- ( 1 - X )1/3 }+a2{l-3(l-X )2/3 + 2 ( 1 - X ) } A was found to be valid. For low values of a parameter, which includes rate constant and effective diffusion coefficient of pellets, the chemical reaction and at high values pore diffusion through product layer controls the reaction. For the reason that roasting reaction is extremely exothermic, temperature rises occured during reaction in the pellets causing non-isothermal conditions to appear. Since both solid reactant and solid product have low melting points, structural change in the pellet caused 95by reduction of pores in size during sintering. Thus, changing of porosity affected the rate of reaction. Temperature rises in the pellets were determined experimentally and by doing heat balance and with mathematical models for these temperature rise, theoretical explanation was given and temperature rises were calculated. As the temperature of the pellets were above the temperature of the gas phase, the necessity of accepting non-isothermal condition was stressed and it was pointed out that taking isothermal conditions would lead to errors in the kinetic data. On calculating of temperature rises, besides chemical reaction kinetics, also, mass transfer and fluid mechanics were considered. 96