- •Глава II обжиг цинковых концентратов
- •§ 1. Теоретические основы процесса обжига
- •Силикатообразование
- •Соединения свинца и кадмия
- •Соединения меди
- •Соединения железа
- •Соединения мышьяка и сурьмы
- •Поведение рассеянных элементов
- •Соединения золота и серебра
- •Поведение фтора и хлора
- •Соединения кальция и магния
- •§ 2. Практика обжига
- •Особенности процесса обжига в кипящем слое
- •Конструкция печей кипящего слоя (кс)
- •§ 3. Обжиг на дутье, обогащенном кислородом
- •§ 4. Утилизация тепла
- •§ 5. Пылеулавливание
- •§ 6. Обслуживание обжиговых печей
- •§ 7. Пути совершенствования процесса обжига в кипящем слое
Особенности процесса обжига в кипящем слое
Широкое применение обжига в кипящем слое объясняется его значительными преимуществами перед обжигом в многоподовых печах и обжигом во взвешенном состоянии. Для сравнения в табл. 4 приводятся основные технические показатели этих трех видов обжига для печей, занимающих одну и ту же производственную площадь.
Как следует из табл. 4, обжиг в кипящем слое отличается от других видов обжига большей производительностью, повышенной концентрацией SO2 в газах, низким содержанием сульфидной и более высоким содержанием сульфатной серы в продуктах обжига.
Процессы в кипящем слое основаны на способности слоя зернистого материала приобретать свойства жидкости при пропускании через него газа или воздуха с определенной скоростью, т. е. находиться в так называемом псевдосжиженном состоянии.
Таблица 4
Основные технические показатели различных видов обжига
показатели |
Обжиг в многоподовых печах |
Обжиг во взвешенном состоянии |
Обжин в кипящем слое |
Суточная производительность печи по концентрату, /сут |
50 |
100 |
150 |
Удельная производительность печи, т/м2 площади сечения в сутки |
1,2-1,3 |
3-4 |
4,8-5,5 |
Максимально допустимая температура, ° С |
830-860 |
930-1000 |
1000 |
Степень ферритообразования, % к многоподовым печам |
100 |
98 |
98-99 |
Расход постороннего топлива, % |
3-5 |
- |
- |
Коэффициент избытка воздуха |
1,5-1,6 |
1,3-1,4 |
1,2-1,3 |
Концентрация SO2 в газах на выходе из печи, % |
4-5 |
7-9 |
8-12 |
Содержание серы в продуктах обжига, %: Сульфидной Сульфатной |
0,8-1,0 2,0 |
0,5-0,8 0,5 |
0,4 2,0 |
Флотационные цинковые концентраты по своим физико-химическим данным вполне пригодны для обжига в кипящем слое. Продукт их обжига (огарок) легко поддерживается на поду печи в состоянии псевдосжижения, что позволяет длительное время работать без залегания крупных частиц. При обжиге в кипящем слое наиболее полно используется огромная реакционная поверхность частиц цинковых концентратов, что создает особо благоприятные условия для взаимодействия зерен плотного, трудно окисляемого сульфида цинка с кислородом воздуха.
Обжиг в кипящем слое вследствие различной крупности зерен протекает как совокупность двух процессов окисления сульфидов: в самом кипящем слое и в восходящем потоке обжиговых газов, т. с. во взвешенном состоянии. Первый процесс при работе печи поддается Довольно точной регулировке, второй - управляется с трудом. Большая часть материала крупностью менее 0,1 мм практически обжигается только во взвешенном! состоянии. Поэтому, строго говоря, обжиг в кипящем: слое является комбинированным видом обжига - в псевдосжиженном и во взвешенном состоянии. Для проведения обжига только в кипящем слое необходима предварительная грануляция цинковых концентратов с получением однородных по крупности зерен.
В зоне кипящего слоя протекают реакции окисления сульфидов, образования ферритов, сульфатов и силикатов, а также и другие реакции в твердой и газообразной фазах. Одновременно благодаря различной крупности частиц концентрата и высокой восходящей скорости газового потока в зоне кипящего слоя происходит непрерывная классификация материала по крупности. Более крупные зерна остаются в ванне печи и через некоторое время выходят из нее через сливной порог в холодильник. Тонкие частицы с различной степенью окисления (от сульфидов до окислов) отрываются от поверхности слоя и выносятся потоком газов в надслоевое пространство (шахту печи), где обжиг сульфидов, продолжается уже во взвешенном состоянии. Большая часть этого материала не возвращается в кипящий слой и выносится газами из печи, а затем улавливается в виде пыли в стояках, циклонах, газоходах или в котлах-утилизаторах.
В результате происходящей в кипящем слое классификации материала получают два обожженных продукта - огарок, выгружаемый из печи через сливной порог, и различные пыли, улавливаемые из газов вне печи. Второй продукт будем для упрощения именовать далее циклонной пылью. В зависимости от физико-химических свойств концентрата, его гранулометрической характеристики, скорости выходящего потока газов и величины отношения объема надслоевого пространства к площади пода (V/S) выход указанных материалов колеблется в широких пределах: огарка 20 - 70%, циклонной пыли 30 - 80%. Оба продукта затем объединяют и передают в цех выщелачивания. Ниже приведены гранулометрический, химический и вещественный состав огарка и циклонной пыли, %:
Гранулометрический состав | ||||||
Фракция, мм |
+1,3 |
+ 0,54 |
+0,42 |
+ 0,29 | ||
Огарок |
5,2 |
4,00 |
5,40 |
3,80 | ||
Циклонная пыль |
- |
- |
0,50 |
0,40 | ||
Гранулометрический состав | ||||||
Фракция, мм |
+0,174 |
+0,1 |
-0,1 | |||
Огарок |
17,8 |
35,6 |
28,2 | |||
Циклонная пыль |
0,4 |
0,6 |
98,1 | |||
Химический и вещественный состав [6] | ||||||
|
Znобщ |
ZnH2SO4 |
ZnH2O |
Cd | ||
Огарок |
60,9 |
55,83 |
0,21 |
0,150 | ||
Циклонная пыль |
54,7 |
49,96 |
5,16 |
0,252 | ||
Химический и вещественный состав [6] | ||||||
|
Cdраст |
Cdбщ |
Pbбщ |
Feбщ | ||
Огарок |
0,12 |
1,42 |
0,61 |
9,70 | ||
Циклонная пыль |
0,22 |
1,86 |
0,76 |
10,77 | ||
|
|
|
|
| ||
|
Feраст |
Sбщ |
Ss |
SSO2 | ||
Огарок |
0,35 |
0,86 |
0,24 |
0,62 | ||
Циклонная пыль |
0,37 |
4,06 |
0,65 |
3,41 | ||
|
|
|
|
| ||
|
As |
Cl |
SiO2общ |
SiO2раст | ||
Огарок |
0,055 |
0,058 |
3,64 |
2,2 | ||
Циклонная пыль |
0,073 |
0,004 |
3,22 |
1,5 |
Гранулометрический состав продуктов обжига показывает, что циклонная пыль, а точнее, частицы обожженного концентрата, выносимые из печи, имеют размер в основном менее 0,1 мм. Из сопоставления химического и вещественного состава огарка и циклонной пыли видно, что и огарок, и циклонная пыль соответствуют по содержанию сульфидной серы требованиям, предъявляемым к продуктам обжига цинковых концентратов, так как в обоих продуктах оно ниже 1%. Степень растворимости цинка в этих продуктах также соответствует технологическим условиям, несмотря на высокое содержание железа, и равна примерно 90%.
В циклонной пыли выше содержание сульфидной и сульфатной серы, водорастворимого цинка, кадмия, свинца и железа и ниже содержание общего и кислоторастворимого цинка. Повышенное содержание сульфидной серы в пылях (а оно практически всегда имеет место) объясняется тем, что в отдельных частицах концентрата, которые проходят с большой скоростью надслоевое пространство печи, при установившемся температурном режиме не успевают за это время завершаться реакции окисления сульфидов.
Повышенное содержание сульфатной серы, главным образом связанной с цинком, можно отнести как за счет недостаточного времени для разложения образовавшегося в зоне кипящего слоя сульфата цинка, так и за счет вторичных реакций в результате взаимодействия ZnO с SO3, которые могут протекать в стояках и циклонах при пониженных температурах.
Причиной более высокого содержания кадмия и свинца в пылях является повышенная летучесть их соединений (сульфидов и окислов), которые, возгоняясь при высоких температурах обжига, улавливаются в виде возгонов в пылеулавливающих аппаратах.
Объяснение пониженному содержанию общего цинка в циклонной пыли можно найти при более детальном вещественном анализе продуктов обжига, который показывает, как правило, увеличение содержания в пылях очень тонких фракций соединений железа и породообразующих минералов.
Успешное проведение процесса обжига обусловливается тремя важнейшими факторами: равномерным и непрерывным питанием печи шихтой, соблюдением температурного и тяго-дутьевого режима.