2.4 Обжиг сульфидных цинковых концентратов с повышенным содержанием примесей
Обжиг сульфидных цинковых концентратов является важнейшим технологическим процессов в гидрометаллургии цинка. В настоящее время на заводы поступают концентраты, промпродукты, содержащие много различных примесей в частности SiO2, PbS, CuFeS2, ковелин, халькозин, пирротин, FeS2. Химический состав цинковых сульфидных концентратов с повышенным содержанием примесей приведено в таблице 17.
Комковым Н.М. и Лугановым В.А. найдено, что увеличение содержания в концентрате свинца осложняет процесс обжига цинкового концентрата и уменьшает скорость его. Это связано с образованием легких свинецсодержащих эвтектик, усредненного огарка и настылеобразования. (Например на основе PbO и SiO2). При увеличении количества в шихте >1% CaO (до 5%) уменьшает растворимость Zn из огарка от 80-81% до 72,5%, что связано с образованием в системе СаО-FeO-SiO2 легкоплавкой фазы и растворением в ней ZnO. Присутствие металлической фазы оказывает негативное влияние на обжиг Zn концентратов. Причина появления металлической фазы-элементарная сера, образующаяся при разложении FeS2 и CuFeS2.
Таблица 17- Химический состав цинковых сульфидных концентратов, %
№ пп |
Zn |
Cu |
Fe |
Pb |
SiO2 |
S |
Суммы примесей |
1 |
53,3 |
0,28 |
6,2 |
0,61 |
2,6 |
32,6 |
9,69 |
2 |
45,8 |
0,9 |
8,2 |
2,12 |
4,8 |
30,7 |
16,02 |
3 |
37,1 |
0,1 |
5,6 |
4,70 |
8,8 |
24,7 |
19,2 |
4 |
44,0 |
5,0 |
9,3 |
2,30 |
6,1 |
31,9 |
22,7 |
5 |
44,2 |
3,7 |
10,6 |
1,9 |
6,6 |
29,7 |
22,8 |
6 |
44,7 |
2,9 |
7,2 |
4,9 |
8,3 |
30,1 |
23,3 |
7 |
40,8 |
3,2 |
10,5 |
4,7 |
6,5 |
30,6 |
24,9 |
Для предотвращения ее появления в одной из серий опытов обжигу подвергался концентрат прошедший предварительную термическую обработку и медленно охлаждаемый так называемый прокаленный. А также прошедший термическую обработку и быстро охлажденный так называемый закаленный.
Полученные экспериментальные данные по скоростям обжига концентратов противоречат рассчитанным по формуле Пиллинга - Бедвордса данным по внутридиффузионному сопротивлению так как в результате термической обработки вместо пирита образуется троилит и пирротин т.е. соединения при обжиге которых наступает максимальное диффузионное сопротивления а тем не менее скорость обжига возрастает и еще значительней возрастает при закалке концентрата, когда в концентрате распадается халькопирит на халькозин, троилит и пирротин, здесь уже не участвуют металлические фазы так как они устраняются уже при прокалке концентрата.
Сульфиды меди, железа, свинца, цинка и их оксиды являются полупроводниками. В результате исследования оказалось что, в низкосортных цинковых сульфидных концентратах пирит, халькопирит и галенит оказались полупроводниками с электронной проводимостью, а их оксиды после термической обработки и окисления оказывались полупроводниками с дырочной проводимостью.
Так в месте контакта полупроводников с электронной и дырочной проводимостью возникает контактная разность потенциалов. А металлические фазы в свою очередь увеличивают величину контактной разности потенциалов.
При возникновении контактной разности потенциалов, возникает двойной электрический слой, который оказывает значительное влияние на величину внутридиффузионного сопротивления.
С помощью предварительной термической обработки удается снизить степень электронной проводимости полупроводников и таким образом уменьшить величину контактной разности потенциалов и величину двойного электрического слоя и тем самым уменьшить величину внутридиффузионного сопротивления и увеличить скорость обжига и улучшить качество продуктов обжига.
В результате исследований установлен оптимальный температурный интервал термической обработки. Это 873 - 1003 К при меньшей температуре не происходит распада пирита и халькопирита а при большей температуре происходит частичное спекание зерен, что приводит к уменьшению скорости обжига и ухудшает качество продуктов обжига.
Для интенсификации процесса обжига их необходимо предварительно гранулировать и подвергать термической обработке с закалкой.
Для этой цели рекомендуется трехсекционная печь кипящего слоя, в первой секции будет проводиться одновременная термическая обработка с грануляцией из пульпы, во второй секции будет проводиться закалка и в третьей секции окислительный обжиг.
Это позволит значительно увеличить производительность процесса обжига и улучшить качество обожженного материала.
Приводим технологические схемы традиционного и рекомендуемого процессов (исунки 24, 25).
|
|
Рисунок 24-Традиционная технологическая схема обжига цинковых сульфидных концентратов в печи КС |
Рисунок 25-Технологическая схема обжига цинковых сульфидных концентратов в печи КС с совмещением в одном аппарате грануляции, прокалки, закалки и обжига |
