Физико-геологические факторы, определяющие 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

Наряду с образованием сернистого ангидрида (SO2) может происходить образование серного ангидрида (SO3) 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 выплавляемостью при низкой проницаемости отличаются серные руды Средней Волги и Курильских островов (преобладающая структура — дисперсно-вкрапленная).
Технологическое значение для ПСС состава серных руд связано 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:

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

3.Реакция сульфатизации известняка тесно связана с реакцией диссоциации:

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:

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.

---