книги из ГПНТБ / Клушин Д.Н. Применение кислорода в цветной металлургии

лась примерно на 100° С. В результате удельный проплав шлака увеличился вдвое и сдвинулся в сторону меньшего удельного рас­ хода кокса. Максимальное значение проплава достигнуто при рас­ ходе кокса 18%.

Таким образом, повышение концентрации кислорода в дутье при­ вело к существенному увеличению проплава, снижению удельного расхода кокса и более полному использованию его теплотворной спо­ собности. При более высокой концентрации кислорода температура отходящих газов была заметно ниже.

Однако такие изменения показателей получились только при сравнении режимов, соответствующих максимальным проплавам, когда удельные расходы кокса были разными. Если же сравнить по­ казатели плавки при одинаковом расходе кокса, то видно, что обога­ щение дутья кислородом приводит, как и при горении в слое без плавления, к увеличению содержания окиси углерода в отходящих газах. Сопоставим для примера показатели плавки при расходе кокса 28%. Повышение концентрации кислорода в дутье до 28,5% привело к резкому увеличению содержания окиси углерода в отхо­

Таким образом следует, что плавление материалов вносило до­ полнительный фактор в результаты горения твердого топлива в слое. При горении кокса с плавлением полнота сгорания углерода до С 0 2 определялась удельным расходом кокса, что не имеет физического смысла при сжигании кокса в слое без плавления. В каждом конкрет­ ном случае существует свой оптимальный расход кокса, определяе­ мый тепловым балансом плавки.

Обогащение дутья кислородом при непременном условии соотвествующего снижения удельного расхода кокса для получения мак­ симального проплава приводит к более полному сжиганию углерода до СО2 и повышению степени полноты использования теплотворной способности топлива.

Г л а в а IV

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУХА, ОБОГАЩЕННОГО КИСЛОРОДОМ, В ПРОЦЕССАХ ОБЖИГА И АГЛОМЕРАЦИИ СУЛЬФИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Процессы окислительного обжига и агломерации сульфидных материалов имеют большое значение в металлургии цветных метал­ лов, а непрерывно расширяющееся производство цветных металлов требует постоянного развития этих процессов, их совершенствова­ ния и интенсификации. Наиболее эффективным средством интенси­ фикации процессов окислительного обжига и агломерации сульфид­ ных материалов является технологический кислород.

50

ОБ Ж И Г И АГЛОМЕРАЦИЯ Ц И Н К О В Ы Х КОНЦЕНТРАТОВ

ИПРОМПРОДУКТОВ

позволили установить, что применение воздуха, обогащенного кис­ лородом, увеличивает скорость окисления и повышает производи­

по ряду обстоятельств. Во-первых, существующие многоподовые механические печи не были приспособлены для использования обо­ гащенного кислородом дутья из-за трудности регулирования темпе­ ратуры по подам. Во-вторых, еще не были разработаны сравнительно дешевые и достаточно производительные способы производства тех­ нического кислорода. Наконец, в-третьих, в тот период еще было не­ достаточно электрической энергии, необходимой для производства кислорода.

Лишь позднее, когда был разработан и освоен промышленностью метод обжига сульфидных цинковых концентратов во взвешенном состоянии, а затем и в кипящем слое, когда появилась возможность более точно регулировать температурный режим печи, стало техни­ чески возможным применение воздуха, обогащенного кислородом при обжиге сульфидных материалов. Однако в этот период еще не было разработано высокопроизводительных способов получения тех­ нического кислорода, а кислород, полученный небольшими, мало­ производительными агрегатами, был очень дорог и поэтому его не могли широко применять в промышленности, и в частности для ин­ тенсификации процессов обжига сульфидных материалов. Обжиг сульфидных цинковых концентратов с использованием воздуха, обогащенного кислородом, в промышленных условиях был впервые внедрен в 1937 г. на заводе Трейл (Канада) [48, 54—56], на котором получали сравнительно дешевый кислород — побочный продукт производства аммиака. Цинковые концентраты на этом заводе обжи­ гали во взвешенном состоянии в печах, которые были изготовлены из ранее существовавших на заводе семиподовых печей Веджа диа­ метром 7,5 м (рис. 21). Концентрат, содержащий 0,5% влаги, перед вдуванием в камеру сжигания размалывали в шаровой мельнице. Температуру в камере поддерживали в пределах 950—1025° С. Для регулирования температуры использовали оборотный газ, содержа­ щий 12—13% S0 2 и охлажденный до 230° С Замена 15—20% воз­ духа оборотным газом позволила на 10—15% поднять содержание S0 2 в газе, направляемом на производство серной кислоты, что обеспе­ чило повышение производительности сернокислотного производства

в сернокислотное производство. Пыль, уловленная в циклонах, со­ держала повышенное количество серы и ее возвращали на обжиг. Огарок содержал в среднем 0,3% сульфидной серы [54, 58, с. 75—81; 59].

Несколько позже также в печах со взвешенным слоем этот про­ цесс был освоен на заводе в Рисдоне (Австралия) [60 ]. В дальнейшем процесс обжига цинковых концентратов на этом заводе осуществляли

впечах кипящего слоя.

В1951 г. в Рисдоне [58, с. 75—81 ] установлена печь кипящего слоя диаметром 1,63 м для обжига 59 т/сутки кеков, получаемых

при выщелачивании цинкового огарка. Обжиг кеков проводили в атмосфере газов, образующихся при сжигании нефти с исполь­ зованием воздуха, обогащенного кислородом.

воздух

Рис. 21. Схема цепи аппаратов для обжига цинковых концентратов во взвешенном состоянии на заводе Трейл:

сж и г а н и я ; / / — п р и в о д

В1962 г. на этом заводе смонтирована вторая печь диаметром 3,05 м для обжига 163 m кека в сутки [58]. Некоторые данные по работе этой печи помещены в табл. 5. Обжиг кека осуществляли при

В 1961 г. были начаты опыты по применению воздуха, обогащен­ ного кислородом, при обжиге цинковых концентратов в промышлен­ ных печах КС на УКСЦК [61 ]. В результате этих опытов и последую­ щей затем промышленной практики было установлено, что обога­ щение дутья кислородом до 27—29,5% повышает температуру в слое до 970—980° С, а производительность печи до 8,4—8,8, до 10 т/(м2-сутки), сокращает количество обжиговых газов и увеличи­ вает содержание в них сернистого ангидрида до 13—15%. Установлено также снижение пылевыноса из печи и некоторое возрастание содер-

52

ченных экспериментальных данных

сприменением корреляционного

в интервале 950—1150° С частично переходит в обращенную форму, из которой цинк переходит в раст­

вор серной кислоты. Показано также, что феррит цинка, прокаливае­ мый в этом интервале температур, становится магнитным.

Предположение, что растворимость цинка в огарке с повышением температуры обжига может увеличиваться вследствие термической

Т А Б Л И Ц А 6. Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К И Е П О К А З А Т Е Л И П Р О Ц Е С С А О Б Ж И Г А Ц И Н К О В Ы Х К О Н Ц Е Н Т Р А Т О В В П Е Ч И К С У К С Ц К

Н А В О З Д У Ш Н О М Д У Т Ь Е И Д У Т Ь Е , О Б О Г А Щ Е Н Н О М К И С Л О Р О Д О М

1 В печь подается 1760 ма/ч к и с л о р о д а .

sa

проведенные с несколькими образцами феррита цинка в интервале 900—1175° С, показали, что разрушения феррита цинка в указанном интервале температур не наблюдается практически [62, 64].

Таким образом, в настоящее время следует считать установлен­ ным, что применение в процессе обжига цинковых концентратов воз­ духа, обогащенного кислородом, при одновременном увеличении производительности печей и температуры процесса не сопровождается снижением содержания кислоторастворимого цинка в огарке, а, на­ оборот, оно даже повышается.

Обжиг цинковых концентратов в печах КС с использованием воздуха, обогащенного кислородом, применяется в СССР также и на Лениногорском цинковом заводе [65].

Процесс обжига на этом заводе проводят при 970—990° С, со­ держание кислорода в дутье при этом составляет 31—31,8%. Про­ изводительность печи при этих параметрах 10 т!(м2 -сутки), пылевынос 40%. Избыток тепла из слоя отводится с помощью водоохлаждаемых трубчатых змеевиков. Применение для обжига цинковых концентратов обогащенного кислородом дутья позволило увеличить переход цинка в кислоторастворимую форму на 0,6—0,8%. Содержа­ ние сульфидной серы в смеси огарка с пылью составляет 0,3—0,4%, сульфатной 2%. Общее содержание кремнезема в огарке 2%, из которых 1,5% кислоторастворимого. Концентрация S0 2 в газах на выходе из печи повышается с 13,5 до 14,5%.

В последние годы в зарубежной патентной литературе появились сведения о проведенных исследованиях по подаче воздуха или кисло­ рода в надслоевое пространство печи кипящего слоя при обжиге сульфидных концентратов (цинковых, медных и др.).1 По данным этих работ, увеличивается производительность печи, снижаются пылевынос и содержание сульфидной серы в пылях (грубой и тон­ кой), что особенно важно при форсированном обжиге цинковых кон­ центратов. Такой способ дополнительной подачи кислорода, безу­

в полупромышленном масштабе в Болгарии на заводе в Кърджали, подтвердили технологическую и экономическую целесообразность применения кислорода в этом процессе [66].

Использование дутья, обогащенного кислородом при агломера­ ции цинковых концентратов в лабораторных условиях, было изу­ чено С. М. Анисимовым и Н. П. Дашковым в 1949—1950 гг. [67].

1 Патент англ. № 739213, кл. 113, от 21.8.53; Патент США № 2893778, кл. 75—9, от 23.12.49.

54

С повышением содержания серы в шихте удельная производи­ тельность аглочаши по агломерату и выжигу серы возрастала как при работе на воздушном, так и на обогащенном кислородном дутье. Однако при воздушном дутье содержание серы в агломерате повыша­ лось с увеличением количества серы в шихте, а при дутье, обогащен­ ном кислородом, концентрация серы в агломерате практически не изменялась.

Как видно из данных табл. 7, повышение концентрации кисло­ рода в дутье сопровождалось увеличением скорости процесса.

Установлено, что применение обогащенного кислородом дутья сопровождается повышением температуры в спекающемся слое при­ мерно на 100° С. В этом случае в отходящих газах возрастает также содержание сернистого ангидрида, увеличивается их температура. Агломерат получается прочным, пористым. Значительно повышается степень отгонки свинца и кадмия из шихты.

Применение воздуха, обогащенного кислородом, при агломера­ ции цинковых концентратов еще не получило промышленного приме­ нения. Хотя, как видно из данных проведенного исследования, это

55

направление интенсификации указанного процесса заслуживает внимания. Для цинковой промышленности Советского Союза, рас­ полагающей одним сравнительно небольшим заводом, работающим по пирометаллургической схеме и не увеличивающим по ряду при­ чин свое производство, этот метод интенсификации процесса агло­ мерации не представляет значительного интереса. Для цинковой промышленности стран Европы и Америки, где пирометаллургические способы производства имеют большое распространение, указанный способ интенсификации процесса агломерации цинковых концентратов представляет, несомненно, большой интерес.

О Б Ж И Г М Е Д Н Ы Х КОНЦЕНТРАТОВ

Лабораторными исследованиями Н. П. Диева, Ю. В. Корякина [29, 32], Д . М. Чижикова, Г. С. Френц, Б. Я- Трацевицкой [68] было установлено, что обогащенное кислородом дутье позволяет в значительной степени интенсифицировать процесс обжига медных концентратов. Однако дальнейшее использование результатов этих исследований стало возможным с освоением в промышленном мас­ штабе на СУМЗе и в АМХК процесса окислительного обжига мед­ ных концентратов в печах кипящего слоя, пришедших на смену механическим печам (АМХК), в которых применение обогащенного дутья было невозможно. Первые в СССР полупромышленные иссле­ дования по обжигу медно-цинковой сульфидной шихты в кипящем слое на дутье, обогащенном кислородом, были проведены на опыт­ ном заводе института «Унипромедь» в 1966 г. [69—70]. Для опытов была использована печь КС прямоугольного сечения (0,6 х0,6) высотой 4,1 м. Общая схема полупромышленной установки, смонти­ рованной для проведения исследований, изображена на рис. 22.

Опытами установлено, что производительность печи и концентра­ ция сернистого ангидрида в отходящих газах увеличиваются про-

56

порционально обогащению дутья кислородом. В процессе опытов наблюдалось укрупнение огарка, что в первую очередь отразилось на увеличении выхода огарка и укрупнении циклонной пыли при одновременном снижении выхода тонкой пыли.

Определенный интерес представляют появившиеся в литературе сведения о подаче воздуха или кислорода при обжиге медных кон­ центратов (шихты) в надслоевое пространство печи (с. 54).

/ — п у л ь т у п р а в л е н и я ; 2 — у з е л п о д а ч и д у т ь я от в о з д у х о д у в к и Р Г Н - 6 0 0 ; 3, 4 — к и с л о р о д ­

н а п о р о м е т р у п р а в л е н и я

Промышленные исследования по применению воздуха, обога­ щенного кислородом, при обжиге в печах кипящего слоя медноцинковой сульфидной шихты были начаты на Среднеуральском меде­ плавильном заводе в 1970 г. [71, 72].

Исследования проводили на одной из действующих печей при постепенном увеличении содержания кислорода в дутье. Время ра­ боты в каждом режиме составляло 120—240 ч. Общее количество дутья, подаваемого в печь, оставалось в определенных пределах неиз­ менным при различных степенях обогащения дутья. Была прове­ рена также возможность факельной подачи кислорода в надслоевое

5 Г

пространство печи. Результаты этих исследований представлены на рис. 23—26.

Из данных рис. 23—26 видно, что повышение концентрации ки­ слорода в дутье сопровождалось в процессе обжига повышением со-

Содержание Ог Ôдутье, %

держания сернистого ангидрида в отходящих газах, повышением производительности печи и увеличением крупности огарка. Факти­ ческая производительность обжиговой печи по выжигу серы отли-

/— э к с п е р и м е н т а л ь н ы е

чается от расчетной (см. рис. 24). Это несоответствие, вероятно, следует объяснить протеканием реакций термической диссоциации высших сульфидов (халькопирита, пирита), причем часть выделяю-

Рис. 25. Зависимость произво­ дительности обжиговой печи по шихте от содержания кисло­ рода в дутье при степени десульфуризации 57%

Pf,0 22,0 21,0 24,0 2Sß 26,0 27,0 Содержание 0г Ô дутье, %

щейся при этом элементарной серы не успевает окисляться в слое и надслоевом пространстве и попадает в газоход. В процессе иссле­ дований действительно была обнаружена в отходящих газах под сводом печи и в газоходном тракте элементарная сера.

58

Температура процесса обжига во всем интервале исследуемых

содержания кислорода в дутье. Заметных изменений фазового состава огарка в период проведения опытов с различным содержанием кисло­

С целью укрупнения огарка, уменьшения пылевыноса, а также дожигания серы, как элементарной, так и находящейся в виде мине­ ралов в тонкой пыли были проведены опыты по подаче кислорода в надслоевое пространство печи. Кислород вводили в печь через фор­ сунки при избыточном давлении 1,8 am. Количество кислорода, по­ даваемое в надслоевое пространство печи, составляло 500 м3/ч, температура факела при этом достигала 1100° С. Образование насты­ лей на кладке печи не наблюдалось. Средний диаметр зерна общего огарка при подаче кислорода в надслоевое пространство печи уве­ личился до 0,35 мм.

О Б Ж И Г И АГЛОМЕРАЦИЯ СВИНЦОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Лабораторные исследования, выполненные Д. М. Чижиковым, Г. С. Френц и Б. Я- Троцевицкой [68, 73], И. Р. Полывянным, А. Г. Гайворонским, Р. С. Демченко [74, 75] по окислительному об­ жигу сульфида свинца с применением воздуха, обогащенного кисло­ родом, показали, что повышение концентрации кислорода в дутье способствует повышению скорости окисления сульфида, увеличению степени десульфуризации. По данным этих исследований, повышение концентрации кислорода в дутье в интервале 400—800° способствует образованию сульфатов свинца; при более высокой температуре содержание сульфатной формы свинца в огарке начинает резко умень­ шаться (табл. 8) [74]. Опыты по агломерации свинцового концентрата были проведены С. М. Анисимовым и Н. П. Дашковым [67] в 1949— 1950 гг. на чаше размером 20 х20 см.

•составляла 50%. Агломерацию вели в две стадии. Высота слоя в пер­ вом случае составляла 200 мм, а во втором 300—325 мм.

Опыты показали, что повышение содержания кислорода в дутье до 30—34% сопровождалось снижением производительности агло-

59-