книги из ГПНТБ / Пирометаллургия меди Л. М. Газарян. 1960- 13 Мб

ГЛАВА III

ОБЖИГ МЕДНЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ

В зависимости от выбранной технологической схемы приме­

няются различные виды обжита медьсодержащего сырья: окис­ лительный, сульфатизирующий и хлорирующий. Последние два процесса в основном применяются в гидрометаллургии меди, по­ этому в дальнейшем мы их рассматривать не будем.

Основная задача обжига сульфидного сырья — удалить такое количество серы, чтобы при плавке обожженного материала мож­ но было получить штейн, обеспечивающий конвертирование с

удовлетворительными экономическими и технологическими пока­ зателями. Обжиг кусковой руды в современной металлургии ме­ ди, как правило, не применяется, поэтому мы остановимся на об­ жиге мелкой медной руды и концентратов.

Окислительный обжиг сульфидного сырья предусматривает: а) удаление части серы в виде SO2;

б) удаление некоторых компонентов шихты, как-то: мышья­ ка, сурьмы, селена, частичио цинка и кадмия окислением и суб­ лимацией, чтобы их извлечь или облегчить в дальнейшем метал­ лургические процессы, связанные с получением меди;

в) получение части железа в окисленной форме для образова­ ния шлака при последующей плавке огарка.

Для того чтобы добиться быстрого и эффективного обжига

сульфидного медного сырья, необходимо иметь шихту с доста­

точной поверхностью контакта между ней и воздухом, достаточ­ ное количество кислорода в атмосфере обжиговой печи, хорошее перемешивание шихты и оптимальную температуру.

Главные химические реакции окислительного обжига

Пирит и халькопирит — основные компоненты медной суль­ фидной шихты — при нагревании выделяют серу и переходят в стабильные сульфиды, т. е. в CU2S и FeS.

Выделившаяся элементарная сера окисляется до SO2.

2)наиболее легко окисляется пирит; быстрое окисление пири­ та при температурах выше точки его воспламенения связано с его диссоциацией и образованием пористого остатка сернистого железа, что обеспечивает хороший контакт сульфида с газами и более свободную диффузию кислорода внутрь отдельных частиц;

3)наряду с основными реакциями окисления сульфидов же­ леза, при обжиге протекает ряд побочных реакций, в частности:

10Fe2O3 + FeS = 7Fe3O4 + SO2;

3FeS + 2SO2 = Fe3O4 + 2,5S2;

FeS + 3SO3 = FeO + 4SO2;

4) конечный продукт обжига пирита или пирротина в основ­

ном состоит из магнетита и окиси железа в различных соотно­ шениях;

5)при низких температурах первичным продуктом окисления сульфидов меди являются сульфаты;

6)сульфаты меди в присутствии сульфидов и металлической

меди неустойчивы и вступают с ними во взаимодействие при тем­ пературах ниже точки воспламенения сульфидов по следующим реакциям:

Прямое разложение сульфатов зависит от парциального дав­ ления смеси O2 + SO2+SO3 и от температуры. Например, реакция

Fe2 (SO4)3 Fe2O3 + 3SO3

может идти вправо и влево.

При 553° и давлении SO3 23 мм рт. ст. эта система находится

вравновесии. При той же температуре, но давлении ниже 23 мм рт. ст. реакция идет вправо и большая часть сульфата переходит

вокислы.

Ниже приводятся данные упругости диссоциации сульфатов меди и железа при различной температуре (табл. 20).

Для обжига медных сульфидных руд в различное время поль­ зовались печами различной конструкции. Сначала кусковую ру­ ду обжигали в кучах или в стойлах (кучной обжиг), позже ста­

ли применять для этого шахтную печь (обжиг в кильнах). В дальнейшем стали обжигать мелкую руду в полочных печах с ручным перегребанием. Еще позже получили распространение многоподовые механические обжиговые печи. И только в послед­ ние 10—15 лет появился новый метод обжига — в кипящем слое, который ввиду ряда преимуществ перед обжигом в многоподовых механических печах быстро вытесняет последний не только в ря­ де отраслей цветной металлургии, но также в химической про;

ного железа, футерованную изнутри шамотным кирпичом. По высоте печь разделена рядом почти горизонтально (точнее, ку­

полообразно) расположенных подов, выложенных из такого же кирпича. В подах имеются отверстия для пересыпания шихты с пода на под.

В центре печи установлен вертикальный вал, на котором ук­

реплены изготовленные из чугуна или жароупорной стали рукоя? ти и гребки, передвигающие обжигаемую шихту попеременно на четных подах к периферии, а на нечетных — к центру. | Центральный вал закреплен в специальном подпятнике на ро-»

13060

1373

Рис. 21. Десятиподовая обжиговая печь, вертикальный разрез. Цифры 1—10 обозначают номера подов

ликовых подшипниках и приводится во вращение со скоростью

0,7—2 об/мин электромотором через редуктор.

Шихта из бункера питателем непрерывно подается к центру подсушивающего открытого верхнего пода, откуда гребками пе­ редвигается к периферии. Здесь через отверстия в поду, обору­ дованные специальными затворами, не пропускающими печные

газы в помещение цеха, шихта попадает на первый под и греб­ ками передвигается к центру, откуда через кольцевое отверстие между подом и валом падает на следующий под и т. д. С ниж­

него пода щихта попадает в приемный бункер для огарка, нахо­ дящийся под печью.

Воздух, необходимый для окисления сульфидов, поступает в печь через полые рукояти (одновременно их охлаждая) из цент­ рального вала или через отверстия для выгрузки огарка и через приоткрытые дверцы нижних подов. В печи воздух движется вверх навстречу опускающейся шихте и ее окисляет, поэтому печные газы, встречаясь на своем пути с шихтой, все более и бо­ лее богатой серой, постепенно обогащаются сернистым ангидри­ дом и обедняются кислородом.

Печные газы отводятся с одного из верхних подов печи (обыч­

но с первого) и направляются в отделение пылеулавливания, от­ куда очищенные поступают в сернокислотный цех для получе­

ния серной кислоты или выбрасываются в атмосферу через за­ водскую трубу.

Различные типы обжиговых механических многоподовых пе­

чей отличаются друг от друга количеством и размерами подов диаметром вала и методом его охлаждения, конструкцией гнез­

да для гребков, конструкцией зубьев на них и другими деталями. Для быстрого и эффективного ведения обжига сульфидных медных руд и концентратов в многоподовых обжиговых печах

необходимо соблюдать следующие условия.

1. Подготовлять из концентрата, флюсов и оборотов шихту с

оптимальным содержанием серы. Обычно готовят шихту с 23— 25% серы; такая шихта хорошо горит и не оплавляется.

2. Иметь в печи шихту с оптимальной поверхностью твердых

частит. Частички сульфидов шихты должны быть мелкими, так

как чем они мельче, тем больше их поверхность на единицу веса.

Следовательно, при мелкой шихте большая поверхность будет соприкасаться с кислородом воздуха. От размера частиц также зависит температура воспламенения сульфидов.

По данным Смирнова, температура воспламенения сульфи­ дов, крупность зерен которых 0,063 мм, следующая (табл. 21).

Оптимальная степень измельчения зависит от характера

сырья. Некоторые сульфиды при нагревании декрептируют, поэ­ тому могут обжигаться при более грубом измельчении. По этой

причине, например, пирит обжигается легче, чем пирротин.

3. Обеспечить в печи оптимальную окислительную атмосферу. Обжиг — процесс окислительный, и для нормального его ведения

необходимо подавать в обжиговую печь достаточное количество воздуха, чтобы окислились сера, железо и другие компоненты шихты.

Количество кислорода, подаваемого с воздухом, должно быть

больше теоретически необходимого для того, чтобы ускорить про­ цесс обжига.

Количество кислорода в печи регулируется скоростью движе­ ния воздуха через обжиговую печь. Струя воздуха, проходя над обжигаемым материалом, не только подводит кислород для кон­ такта с обжигаемыми частицами, но и отводит сернистый газ,

образующийся в результате обжига, и азот.

Теоретически желательно иметь возможно больше свежего воздуха для интенсификации обжига, но объем его лимитируется количеством сульфида, обжигаемого в единицу времени, и ко­ личеством выделяемого при этом тепла, а также нормами на содержание сернистого ангидрида в обжиговых газах.

Большой избыток воздуха может отвести с отходящими га­ зами такое количество тепла, что оставшегося тепла в печи не хватит для поддержания необходимой температуры обжига.

Для горения сульфидных минералов и успешного протекания обжига требуется определенная температура. Процесс обжига может прекратиться, если в печи не будет поддержана нужная

температура.

Интенсивное перемешивание частиц позволяет иметь более тесный контакт воздуха с обжигаемыми частицами и за счет этого может быть несколько ограничен требуемый избыток воз­ духа. Обычно при работе обжиговых печей совместно с сернокис­ лотным цехом избыток воздуха равен 100% (а = 2).

4. Обеспечить хорошее перемешивание шихты. При обжиге окисление происходит на поверхности сульфидных частиц, и да­

же при достаточном измельчении материала требуется переме­

сульфидов и тем самым способствовать контакту их с кислоро­

дом.

5. Поддерживать в печи оптимальную температуру. Чтобы сульфид загорелся, его нужно нагреть до температуры воспла­ менения, которая различна для различных сульфидов и изменя­ ется в зависимости от размера частиц (см. табл. 21). Желатель­ ная температура в обжиговых печах в течение всего процесса обжига не одинакова. В первый период, когда в шихте имеются в большом количестве легкоплавкие смеси сульфидов, способные активно окисляться, температура должна быть ниже точки их

плавления. Но если умеренная температура будет поддерживать­ ся продолжительное время, то в шихте может образоваться зна­ чительное количество сульфатов.

сульфатообразования. Поэтому к концу обжига необходимо под­ держивать в печи более высокую температуру для разложения сульфатов, что вполне возможно, так как к концу обжига в ших­

те много тугоплавких окислов, отчего условий для спекания нет.. Процент серы, выгорающей в процессе обжига, называетсястепенью десульфуризации. Величина десульфуризации в обжи­

говой печи определяется по формуле

D = lOOfl — q-^-\ ,

\Si /

где q — выход огарка (обычно 0,7—0,85 от общего веса шихты);

Sx — содержание серы в шихте; S2—содержание серы в огарке.

Основная задача процесса обжига — подготовить материал к получению богатого медью штейна при последующей плавке обожженного материала в отражательной печи, а это в основном зависит от количества выжженной серы (степени десульфуриза­ ции) и до некоторой степени — от содержания в шихте окиси же­ леза.

На лучших медеплавильных заводах производительность об­ жиговых печей доведена до 300—350 т шихты в сутки, а выжиг серы на квадратный метр площади пода доходит до 190—200 кг

в сутки.

Чтобы представить, к каким мероприятиям прибегают заводы

для поднятия производительности обжиговой печи, кратко ос­ тановимся на работе обжигового цеха одного из заводов, достиг­ шего высокой производительности обжиговых печей. На этом за­ воде было сделано 'Следующее.

имеет размер и расположение периферийных загрузочных отвер­ стий на нечетных подах и размер пространства между централь­ ным валом и четными подами. На практике проектные размеры перегрузочных отверстий приходилось корректировать и приспо­

сабливать к конкретному сырью, которое перерабатывает завод.

Например, размер отверстий между центральным валом и по-

дами периодически изменялся; в настоящее время площадь этих

отверстий равна 5,6 м2, при увеличении этой площади ход печи

становится холодным, а при уменьшении — сильно повышается скорость движения газов и поэтому увеличивается пылеобразование.

2.Для увеличения производительности обжиговых печей на заводе систематически изменяли скорость вращения вала, пока не остановились на оптимальной скорости — один оборот в ми­

нуту.

3.Во всех процессах пирометаллургии большое значение имеет хорошая тяга, поэтому на заводе также работали над тем.

чтобы определить оптимальную тягу в печи. В настоящее время разрежение в печи держат не ниже 40 мм вод. ст.

4.Заводом осуществлена специальная изоляция кожуха об­

жиговых печей, что обеспечило более продолжительную и непре­ рывную ^службу печи.