Değişik gaz atmosferlerinde pirit mineralinin termal bozunma kinetiği

Abstract

ÖZET Azot, karbondioksit, azot + su buharı ve karbondioksit + su buharı atmosferlerinde pirit mineralinin termal bozunma kinetiği incelendi. Bunun için elektrikle ısıtılan yatay bir boru fırın kullanıldı. Numune taşıyıcı içerisinde tek sıra oluşturacak şekilde fırına konan küresel pirit taneciklerinin bozunma hızı üzerine, gaz akış hızı, sıcaklık, tane boyutu, süre ve gaz bileşiminin etkileri incelendi. Reaksiyonun ilerleyişi, deney sonunda elde edilen katı ürünün kimyasal analizi ile izlendi. Bozunma reaksiyonunun, `büzülen çekirdek modeli` ile iyi uyum sağladığı ve farklı hız kontrol basamaklı iki bölgeye ayrılabildiği bulundu. Hız kontrol basamağının, düşük dönüşümlerde, gaz filminden ısı transferi, yüksek dönüşümlerde ise kül tabakasından kütle transferi olduğu belirlendi. Düşük sıcaklıklarda azot atmosferinin, yüksek sıcaklıklarda ise karbondioksit atmosferinin daha etkili olduğu ve her iki ortamdaki su buharı mevcudiyetinin, çalışılan bütün şartlarda, bozunma hızım arttırdığı gözlendi. Bozunma olayının, belirgin şekilde 773 K'den sonra başlayıp, 1023 K'de kısa sürede tamamlandığı görüldü. Ayrıca tane boyutunun küçülmesi ve gaz akış hızının artması ile bozunma hızının önemli ölçüde arttığı tespit edildi. Azot ortamında yapılan deneylerde, ısı ve kütle kontrollü haller için aktivasyon enerjileri sırasıyla, 1 13 ve 96 kJ moH olarak hesaplandı.

SUMMARY Thermal decomposition kinetics of pyrite in nitrogen, carbon dioxide, nitrogen + steam, and carbon dioxide + steam environments has been investigated. For this purpose, an electrically - heated horizontal tube furnace was used. The effects of gas flow rate, reaction temperature, particle size, time and gas composition on the decomposition rate of spherical pyrite particles, which were placed in the furnace in sample holder as evenly spread with single layer, were determined. The extent of reaction was measured after each experiment by the chemical analysis of the solid residue obtained. The decomposition reaction is well represented by the `shirinking core` model and can be divided into two regions with different rate controlling step. The rate controlling step was found to be the heat transfer through the gas film for low conversions, but the elemental sulfur transfer through the ash shell for high conversions. It was found that nitrogen atmosphere at low temperatures, but carbon dioxide atmosphere at high temperatures was more effective in terms of the decomposition rate. The rate increased in the presence of steam in the both media under all conditions employed. The decomposition started markedly after 773 K, and completed rapidly at 1023 K. Also, the rate increased considerably with decreasing particle size and with increasing gas flow rate. For the experiments performed in nitrogen medium, the activation energies for the heat transfer - and mass transfer - controlled cases were calculated as 1 13 and 96 kj mol ` 1 respectively.