4. Кинетика и механизм процессов, протекающих при агломерирующем обжиге свинцовых концентратов.
Свинцовые концентраты, помимо PbS, содержат ZnS, FeS2, CuFeS2, Cu2S и сульфиды других металлов. Кроме того, в концентратах и добавляемых к ним флюсах присутствуют окислы кремния, кальция, алюминия и др.
В процессе обжига происходит окисление сульфидов с образованием окислов и сульфатов металлов. При этом сера удаляется с газами в виде SO2 и SO3.
Соотношение между образующимися окислами и сульфатами зависит от температуры процесса, концентрации кислорода и SO2 в газах, упругости диссоциации соединений и скорости протекания отдельных реакций.
Окислы металлов, реагируя с окисью кремния и алюминия, образуют силикаты и алюминаты, а при взаимодействии друг с другом — силикаты, ферриты, алюминаты и др.
процесс обжига сульфидов складывается из следующих основных стадий:
1) адсорбции молекулярного кислорода на поверхности сульфидов и десорбции его на атомарный кислород;
2) диффузии кислорода внутрь решетки сульфида и образования первичных соединений сульфида с атомарным кислородом типа сульфата;
3) химического взаимодействия образовавшегося промежуточного соединения типа сульфата с оставшимся сульфидом с образованием окисла и выделением сернистого газа;
4) химического взаимодействия поверхностной пленки окисла с газами с образованием вторичного сульфата (в зависимости от температуры и состава печных газов).
В результате обжига PbS получается смесь, состоящая из PbS, PbO и PbSO4. При низких температурах (до 500°) и медленном обжиге образуется преимущественно сульфат; при высоких температурах образуется PbO. При обжиге на агломерационных машинах образуется весьма незначительное количество сульфата, причем его появление в этих условиях объясняется, видимо, замещением свинцом железа, меди и цинка в их легко диссоциирующих сульфатах.
Количество PbS в течение обжига уменьшается, что означает расходование этого соединения, а количество PbO возрастает. Концентрация металлического свинца и PbSO4 в продуктах реакции сначала увеличивается, затем, пройдя через определенный максимум, начинает уменьшаться. Очевидно, что взаимодействие сульфида свинца с кислородом — это сложный процесс, состоящий из ряда последовательных химических стадий с образованием промежуточных фаз PbSO4 и Pbмет. расходование металлического свинца объясняется его окислением Отсутствие металлического свинца в продукте обжига
смесь из PbS и PbSO4 начинает реагировать при 550° и что при 725° давление сернистого газа равно атмосферному. Смесь PbSO4 и PbO начинает реагировать при более высокой (650°) температуре, и реакция становится заметной при 700°. Скорость ее много ниже, чем скорость первой.
Реакция между PbS и PbSO4 протекает с образованием металлического свинца, впоследствии окисляющегося.
Окись свинца с кремнеземом образует силикаты состава хРbО*ySiO2, температуры плавления которых 700—800°.
Сульфат свинца в интервале температур 700—950° медленно диссоциирует с образованием соединения 6РbО*5SO3, которое при температуре выше 950° переходит в 2РbО*SO3.
Сульфат свинца при 1000° энергично разлагается кремнеземом и трехокисью железа с образованием соответственно силикатов и ферритов. При взаимодействии сульфата свинца с окисью кальция образуется окись свинца и сульфат кальция.
5. Технологические схемы организации агломерирующего обжига сульфидных свинцовых концентратов.
6. Технология агломерирующего обжига сульфидных свинцовых концентратов.
Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов на прямолинейных агломерационных машинах проводят по различным технологическим схемам:
1) Двухстадийный (или двухступенчатый) обжиг: при первом обжиге снижают содержание сульфидной серы в полуобожженном продукте до 6 – 8 %, после чего этот полупродукт дробят, увлажняют и подвергают второму (окончательному) обжигу, при котором получают агломерат, пригодный для плавки (1-2 % сульфидной серы);
2) Одностадийный (или одноступенчатый) обжиг: приготовленную шихту, состоящую из сульфидных концентратов, флюсов и оборотных материалов разбавляют оборотным агломератом по сульфидной сере до 6-8 % и за один прием обжигают с получением агломерата, пригодного для плавки. При этом большую часть агломерата дробят до крупности 6-8 мм и возвращают в шихту для разбавления по сере, а меньшую часть в виде крупнокускового агломерата используют для плавки. Поэтому одноступенчатый обжиг называют обжигом с возвратом. Одноступенчатый обжиг позволяет получить агломерат более высокого качества, но при этом снижается производительность машин по обжигаемому концентрату;
3) Комбинированный обжиг, когда вся шихта подвергается одноступенчатому обжигу, а какой-нибудь компонент шихты, наиболее богатый по сере (например, пиритный концентрат) – двухстадийному обжигу. В данном варианте уменьшается количество оборотного агломерата для разбавления шихты по сере.
На большинстве заводов применяется одноступенчатый обжиг - обжиг с возвратом.
В зависимости от способа подвода воздуха к обжигаемой шихте на агломерационной машине различают:
1) обжиг с просасыванием воздуха сверху вниз через слой шихты, перемещаемой над вакуумными камерами (классический вариант);
2) обжиг с дутьем снизу вверх через слой шихты, перемещаемой над дутьевыми камерами.
Обжиг с просасыванием воздуха несколько уплотняет шихту за счет вакуума, обеспечивая получение более прочного агломерата, но при этом образуется больше металлического свинца. Это снижает производительность агломашины.
Обжиг с дутьем разрыхляет шихту, повышая ее газопроницаемость. При этом лучше используется воздух на окисление сульфидов металлов, повышается концентрация сернистого ангидрида в обжиговых газах и повышается производительность машины по годному агломерату за счет меньшего образования металлического свинца.
Обжиг с дутьем применяется на большинстве заводов мира.
Удельная производительность агломерационных машин с дутьем составляет 13-18 т/(м2·сут) против 8-10 т/(м2·сут) на машинах с прососом воздуха через слой шихты.