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

Т А Б Л И Ц А 8. Ф А З О В Ы Й С О С Т А В Т В Е Р Д Ы Х П Р О Д У К Т О В О К И С Л Е Н И Я Г А Л Е Н И Т А

£0

чаши на 20—25% в обеих стадиях обжига. Попытка уменьшить со­ держание свинца в шихте до 40% не привела к заметному увеличению производительности чаши. Поэтому авторами [67] было сделано заключение о нецелесообразности применения кислорода при агло­ мерации свинцовых концентратов.

Позднее, в 1958 г., была опубликована работа В. И. Милентьевой и Г. И. Гнатышенко [76] по применению кислорода при спекании свинцовой шихты. По данным авторов повышение содержания кисло­

150—200° С. Прочность агломерата и степень десульфуризации изме­ нялись мало. В связи с этим не ясны причины увеличения произво­ дительности аглочаши по выходу годного агломерата без изменения прочности его. Содержание сульфатной серы в агломерате с повыше­ нием концентрации кислорода в дутье до 35% возросло в 1,5 раза й достигло 1,2%.

По данным работы [76], увеличение содержания кислорода в ду­ тье свыше 35%, а также более 40% свинца в спекаемой шихте ухуд­ шают показатели процесса из-за наступающего явления оплавления шихты. В процессе агломерации сульфидных свинцовых шихт на ленточных агломерационных машинах через слой шихты просасы­ вается в 5—7 раз больше воздуха, чем его необходимо для окисления сульфидов и степень использования кислорода воздуха бывает крайне низкой. Поэтому применение технологического кислорода при агло­ мерации свинцовых концентратов на ленточных агломашинах с про­ сосом воздуха является неэффективным и нерациональным.

В 1961 г. во ВНИИцветмете В. А. Михеевым и Г. С. Губайдулиным [77] были проведены полупромышленные опыты по спеканию свинцовой шихты с применением воздуха, обогащенного кислородом на агломерационной машине с подачей дутья снизу. Агломерацион­ ная машина шириной 1 м имела восемь вакуумных камер с общей

61

площадью 8 мг. Одна камера находилась под разрежением для зажи­ гания тонкого слоя оборотного агломерата и расположенного над ним 10-лш слоя шихты, над второй камерой загружали основную массу шихты, остальные камеры использовали под дутье. Обжигали шихту одного из свинцовых заводов, состоящую из смеси свинцо­ вых концентратов (50—54% РЬ), свинцового кека, пиритного огарка, свинцовых пылей и известняка. Общее количество флюсующих добавок (пиритного огарка, известняка) не превышало 10%. Шихту перед спеканием гранулировали. Испытания агломашины с дутьем снизу показали, что в этом режиме работы производительность агре­

в процессе спекания, и во столько же раз повысить содержание сер­ нистого ангидрида в отходящих газах. В процессе проведения опы­ тов были исследованы режимы с одностадийной и двустадийной ре­ циркуляцией газов. По выжигу серы процесс с двустадийной рецирку­ ляцией газов мало отличается от процесса с одностадийной рецирку­ ляцией, но позволяет получать меньшее количество отходящих га­

дутье без рециркуляции газов.

Основные причины, замедляющие процесс агломерации при ис­ пользовании рециркуляции газов, следующие: повышение темпера­ туры дутья и обеднения его в этом случае кислородом. В связи с этим

кулируемых газов на первой стадии рециркуляции обогащали кисло­ родом с 17—17,5 до 21%, на второй стадии — с 12—14 до 21—22%. Обогащение кислородом дутья рециркуляционных газов позволило увеличить содержание сернистого ангидрида в отходящих газах до 8,5%.

Основные результаты опытов помещены в табл. 9.

Проведенными исследованиями установлено, что процесс агло­ мерирующего обжига свинцовых концентратов с применением обо­ гащенных кислородом рециркуляционных газов отличается от ана­ логичного процесса с двустадийной рециркуляцией газов без подачи кислорода большей стабильностью температурного и газового режи­ мов.

Изменения концентрации сернистого ангидрида в отходящих _газах по камерам агломашины приведены на рис. 27. Из этих данных видно, что концентрация сернистого ангидрида над второй и третьей дутьевыми камерами при испытании режимов с обогащением рецир­

куляционных газов кислородом достигала 9—10,5%.

62

Расчеты, выполненные ВНИИцветметом по данным проведенного исследования, показали, что получение серной кислоты из богатых сернистых газов от агломерации свинцовой шихты вполне окупит затраты на производство кислорода.

Промышленные испытания процесса агломерирующего обжига свинцовой шихты с применением воздуха, обогащенного кислоро­ дом, были начаты на Чимкентском свинцовом заводе Институтом

с о д е р ж а н и е S 0 2 ; — — — — — т е м п е р а т у р а ; / — б е з р е ц и р ­ к у л я ц и и г а з о в ; 2 — о д н о с т а д и й н а я р е ц и р к у л я ц и я ; 3 — д в у с т а д и й ­

ная р е ц и р к у л я ц и я ; 4 — д в у с т а д и й н а я р е ц и р к у л я ц и я г а з о в с о б о г а ­ щ е н и е м д у т ь я к и с л о р о д о м

содержание сернистого ангидрида в обжиговых газах и их темпе­ ратуру. Однако при этом резко возрастает содержание сульфатной

На основании данных испытаний для условий Чимкентского свин­ цового завода, агломерирующий обжиг свинцовых сульфидных шихт

63

удельная производительность агломашины на 17% по годному агло­ мерату и в среднем на 39% по выжигу серы.

Качество полученного при этом агломерата улучшается: умень­ шается содержание серы и повышается прочность при неизменной

вышается с 5,3 до 6,8%. Было установлено, что наиболее полное ис­ пользование кислорода происходит обычно над камерами № 3—9 (табл. 10).

По данным испытаний, обогащение дутья кислородом выше 24% сопровождается значительным повышением температуры в зоне го­ рения шихты, ухудшением показателей процесса агломерирующего обжига. В этом случае снижается степень десульфуризации шихты

64

в процессе агломерации и уменьшается удельная производительность агломашины как по годному агломерату, так и по выжигу серы (табл. 11).

Агломерат хотя и получается высокопрочным, но в основной массе оплавленный, малопористый и имеет повышенное содержание серы (2,13% вместо 1,84—1,89%).

По данным испытаний, оптимальной концентрацией кислорода в дутье при агломерирующем обжиге шихт ЧСЗ следует считать 23,5—

водительности аглоленты по выжигу серы, повышает степень десульфуризации шихты. Наилучшие результаты получены при содержании коксика в шихте 1,5% (табл. 12).

Анализ технико-экономических показателей, полученных за 7 месяцев эксплуатации агломашины ЧСЗ, показал, что по сравнению с процессом на воздушном дутье при обогащении дутья кислородом были получены более высокие результаты: по выжигу серы 1,76 (вместо 1,27); по агломерату 13,6 ml (м* • сутки) (вместо 11,20).

Промышленные испытания показали [80], что повышение произ­ водительности агломашины при обогащении дутья кислородом обычно лимитировалось отсутствием достаточного объема бункеров для агломерата, а также необходимостью обеспечения равномерной подачи богатых по сернистому ангидриду газов в сернокислотное производство. Следовательно, данные по удельной производитель­ ности агломашины несколько занижены против тех, которые, ве­ роятно, можно было бы получить.

Т А Б Л И Ц А 11. 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 А Г Л О М Е Р А Ц И И П Р И Р А З Л И Ч Н О М С О Д Е Р Ж А Н И И К И С Л О Р О Д А

ВД У Т Ь Е

66

Промышленной практикой установлено, что использование в про­ цессе агломерации свинцовых сульфидных шихт дутья, обогащенного до 23,5% кислородом, позволяет увеличить удельную производи­ тельность агломашин по агломерату на 21,6%, а по выжигу серы на 39%. Производство серной кислоты повышается при этом на 28%. Экономический эффект от внедрения способа агломерации свинцовых шихт с применением воздуха, обогащенного кислородом, на Чимкент­ ском свинцовом заводе оценивается в 537 тыс. руб в год.

Применение кислорода в процессе агломерации свинцовых шихт, вероятно, будет расширяться. Однако, как показали рассмотренные выше укрупненно-лабораторные и промышленные испытания, при­ менение кислорода при агломерации с прососом воздуха сверху является малоэффективным и нецелесообразным. Кислород в процессе агломерации сульфидных свинцовых шихт следует использовать только при подаче дутья снизу. Опыт эксплуатации такой машины на Чимкентском свинцовом заводе является достаточно убедительным примером.

О Б Ж И Г И АГЛОМЕРАЦИЯ Н И К Е Л Е В Ы Х КОНЦЕНТРАТОВ

Процесс окисления сульфида никеля (Ni3 S2 ) чистым кислородом и воздухом в интервале 500—1000° С исследован в лабораторном масштабе Ю. В. Румянцевым [73]. Было установлено, что в интер­ вале 500—600° С окисление сульфида никеля происходит без выде­ ления сернистого ангидрида и сопровождается значительным при­ ростом массы пробы, что указывает на образование соединений никеля с серой и кислородом типа основных солей. При 700° С и выше процесс окисления протекает с выделением окислов серы и уменьшением массы проб. При 800° С и выше значительное влияние на скорость процесса окисления оказывает спекание. Спекание замед­ ляет процесс окисления, затрудняя доступ кислорода к поверхности сульфида никеля. Повышение концентрации кислорода в газовой фазе в интервале 500—1000° С ускоряет процесс окисления сульфида никеля.

Промышленное освоение процесса окислительного обжига суль­ фидного никелевого концентрата с применением воздуха, обогащен­ ного кислородом, осуществлено на заводе Коппер—Клифф [81]. На этом заводе с 1961 г. никелевый концентрат, полученный от фло­ тационного разделения файнштейна, начали обжигать в гранулиро­ ванном виде в трех печах кипящего слоя диаметром 4,5 и высотой 10 м. Обжиг вели на воздушном дутье при температуре в слое 1093° С, по схеме, изображенной на рис. 28.

Полученная по этой схеме обжига закись никеля имеет крупность 0,15—3 мм и содержит 0,2—0,4% S. Этот продукт удовлетворял требованиям рафинировочных заводов Канады (Порт—Колберн) и Англии (Клайдах), но для сталелитейной промышленности требо­ валась закись никеля с содержанием менее 0,05% S. Для получения закиси никеля с указанным содержанием серы необходимо было по-* высить температуру обжига до 1232° С и увеличить подачу воздуха," что требовало бы значительного расхода топлива.

В связи с этим были проведены опыты и освоен процесс обжига никелевого концентрата с использованием дутья, обогащенного ки­ слородом до 25%. Применение при обжиге обогащенного кислородом дутья позволило избежать расхода топлива. Закись никеля, содер-

Никелееый

кон<центрат\

Рис. 28. Обжиг в кипящем слое окатанного никелевого концен­ трата от флотации файнштейна:

/ / — э к с г а у с т е р ; 12 — б у н к е р д л я

IS 18 17 \

жащая менее 0,05% S, была получена в одну стадию, причем произ­ водительность печи увеличилась на 50%.

Показатели процесса обжига никелевого концентрата в печи ки­ пящего слоя на воздушном и обогащенном кислородом дутье приве­ дены ниже:

СУЛЬФАТИЗИРУЮЩИЙ О Б Ж И Г ПИРИТНО - КОБАЛЬТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Сульфатизирующий обжиг бедного пиритно-кобальтового кон­ центрата в печи КС с дутьем, обогащенным кислородом до 46%, был исследован И. М. Чередником (ВНИИцветмет) [82, с 73—85] (табл. 13).

68

1 У д е л ь н а я п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь печи с о с т а в л я л а 4,6 тЦмг • сутки).

Максимальное извлечение кобальта в водорастворимую форму получали при температуре обжига 650° С и коэффициенте избытка кислорода 1,8—2,0. Повышение концентрации кислорода в дутье до 37,8% резко увеличило растворимость кобальта при производи­

избытка кислорода сопровождалось резким снижением растворимости кобальта, что [82, с. 73—85] автор объяснил недостаточным в этих условиях временем пребывания зерен концентрата в реакционной зоне печи.

Полупромышленные испытания сульфатизирующего обжига пи- ритно-кобальтового концентрата осуществляли в печи КС с пло­ щадью пода 0,79 м2 [83]. Огарок, выход которого составлял 52%, выгружался из печи через порог высотой 1300 мм. Выход пыли состав­ лял циклонной 40,1%, электрофильтра 7,9%. Объем избыточного тепла и регулирование температуры в слое осуществляли при помощи водяного трубчатого холодильника. Обжиг проводили при 650° С. Оптимальная производительность печи была 4,2—4,5 т/\м2 • сутки). Концентрация кислорода в дутье составила 33—34%, отходящие газы содержали 14—14,5% S0 2 и 15% 0 2 . Основные показатели обжига приведены ниже:

Полученная в процессе опыта циклонная пыль по содержанию растворимого кобальта мало отличалась от огарка, но количество водорастворимого железа в ней было больше, чем в огарке. Последнее

69