Обжиг цинковых концентратов в многоподовых печах
|
До середины пятидесятых годов в России, а на некоторых зарубежных заводах и в настоящее время, самым распространенным агрегатом для обжига цинковых концентратов являются многоподовые механические печи с перегребанием (печи Веджа, Гересгофа и др.). Конструкция многоподовых печей достаточно подробно описана в литературе. Печь представляет собой цилиндрическую вертикальную шахту с вращающимся центральным валом, на который насажены перегребатели, несущие гребки. Печь имеет 7 или 10 закрытых подов и один, верхний, открытый, служащий для подсушки. Шахта печи заключена в металлический кожух из 10—15 мм листового железа и опирается на стальное кольцо, покоящееся на металлических стойках высотой до 2 м. Конфигурация подов печей зависит от формы и размеров огнеупорных блоков и диаметра печи. Пространство между кожухом и футеровкой закладывают слоем теплоизоляционного кирпича. Куполообразные поды выкладывают со стрелой прогиба около 0,35 м. Толщина пода у периферии 230 мм, к центру она уменьшается до 150 мм. Расстояние между подами колеблется в разных печах от 0.8 до 0,9 м. Центральный вал диаметром 1,5 м, вращающийся со скоростью один оборот за 3—3,5 мин, бывает стальным — сварным или литым. Сварной вал с огневой стороны футеруют огнеупорным кирпичом. Вал на каждом поду имеет по два гребкодержателя, расположенных по высоте вала по винтовой линии, что обеспечивает непрерывное перемещение обжигаемого материала. Центральный вал и перегребатели охлаждаются воздухом, нагнетаемым снизу (печи Гересгофа) или сверху (печи Веджи и др.). Воздух, нагретый при движении через вал и перегребатели, подается в печь, что позволяет достичь некоторой экономии топлива на обогрев печи. Гребки прикреплены к перегребателям независимо один от другого и сравнительно легко сменяются. Несмотря на то что их готовят из белого чугуна или жаростойких сплавов, они довольно быстро обгорают Все многоподовые печи не имеют принципиальных отличий и отличаются только конструктивным оформлением деталей и количеством подов. В механических печах имеется от 7 до 10 подов диаметром от 5 до 7,5 м. Высота печей достигает 10 м. Общая площадь подов составляет 100—320. Шихту влажностью 7—10%, состоящую из концентрата и оборотных материалов, загружают на верхний под, служащий в качестве подсушивающего. Здесь шихта движется от периферии к центру и ссыпается в отверстие около вала на первый обжиговый под. Отверстия для прохождения шихты с одного пода на другой расположены попеременно в центре печи, у вала и по периферии. Скорость перемещения материала с одного пода на другой регулируется скоростью вращения центрального вала. Газы в печах движутся по принципу противотока и отводятся в газоход с верхнего (первого) пода. Обжиг цинковых концентратов может идти автогенно, за счет тепла, выделяемого при окислении сульфидов. Однако на практике при обжиге в многоподовых печах вследствие больших потерь тепла с отходящими газами на нижних подах его недостаточно для дожигания оставшихся сульфидов цинка. В связи с этим на процесс обжига приходится расходовать около 3—5% условного топлива к массе концентрата. На Магдебургском заводе в ФРГ в девятиподовых печах системы Гумбольдта холодный воздух подавали в перегребатели первого и второго подов, где он нагревался, и далее подавали через перегребатели нижних подов в рабочее пространство печи. Вследствие этого на девятый под поступал воздух, нагретый до 350—400 °С, и расход топлива снижался на 15%. Для обжига цинковой обманки каждая частица руды должна быть нагрета до 600—800 °С и в дальнейшем хорошо омываться кислородом воздуха. В многоподовых печах эти условия обеспечиваются перемешиванием концентрата гребками, в результате чего обнажаются свежие слои концентрата, свободные для доступа кислорода. Чем энергичнее перемешивание, тем быстрее протекает обжиг, и на некоторых печах для этой печи число оборотов вала увеличили до 1 за 1—2 мин, вместо 3—3,5 мин ранее. Установлено, что большая часть концентрата обжигается при пересыпании с пода на под, вследствие чего число отверстий для пересыпания концентрата было увеличено. Производительность многоподовых печей колеблется в широких пределах и зависит от состава и гранулометрической характеристики концентрата, температуры обжига и интенсивности перемешивания шихты. При содержании 3% S в огарке производительность печей достигает 40 т/сутки и в больших печах она достигает 60 и даже 90 т/сутки. При содержании в огарке 7—9% S производительность печей 60—70 т/сутки. При достаточно глубоком обжиге удельная производительность печей составляет 250 кг концентрата на 1 площади пода в сутки и лимитируется заданным содержанием сульфидной серы в огарке. При обжиге в многоподовых печах от 6 до 25% огарка выходит в виде полуобожженных комков, содержащих 12—15% S. Комки необходимо отделять, измельчать и направлять на повторный обжиг. На повторный обжиг направляют также песковую часть огарка. При этом содержание серы в исходной шихте печей может снизиться из-за оборотов до 23—26%. Содержание сернистого ангидрида в обжиговых газах, покидающих печь, 6—7%. При хорошей герметизации печей и газоходов и давлении на верхних подах 1—2 мм вод. ст. содержание в газах сернистого ангидрида перед сернокислотным цехом составляет 4—4,5%. Вынос пыли из печей составляет около 10% от массы концентрата. Пыль, уносимая из печи газами, осаждается E газоходах и улавливается электрофильтрами. Газы, полученные при обжиге и очищенные от пыли, используют для производства серной кислоты. Уловленная в электрофильтрах пыль, помимо цинка, обогащена по сравнению с шихтой свинцом, кадмием, мышьяком, сурьмой, редкими металлами и поступает в переработку для извлечения этих составляющих. Мышьяк в цинковом производстве не извлекается, заметно осложняя переработку пылей. Наивысшая производительность обжиговых печей достигнута на заводе в Рисдоне (Тасмания) после установки новых гребков, запроектированных специально для различных подов. На этом заводе перегребатели, отлитые из чугуна, закреплены на центральном валу под углом 180°. Гребки первого подсушиваюш,его пода изготовляют из специального чугуна; срок их службы 2—3 юда. Остальные гребки, отлитые из хромистой стали (27% Cr), служат 3,5 года. Вал и перегребатели охлаждают воздухом. Горячий воздух можно подавать на любой под печи. При конструировании новых гребков учитывали следующие факторы, угол между плоскостью гребка и касательной к описываемой гребком окружности, расстояние между центрами гребков на рукаве, глубину погружения гребка в слой, перекрытие одного гребка другим и т. д. Особенность процесса обжига в Флин-Флоне — раздельный отвод газов с первого и седьмого подов. Нормально шиберы на газоотводящих патрубках печи находятся в положении, при котором 75% газов с третьего и четвертого подов выходят через газоотвод седьмого пода. Изменением тяги на подах можно регулировать температуру в печи. При раздельном отводе газов устранена необходимость в отоплении печей, обеспечено управление процессом сульфатизации и ограничено образование ферритов цинка; газы, богатые по SO2, отводят через нижние поды при пониженной температуте, что способствует процессу сульфатизации. На этом заводе было замечено, что медь служит катализатором для образования сульфатов. Поэтому в случае необходимости на обогатительной фабрике в цинковый концентрат вводят небольшое количество медных минералов. Пыль от обжига в многоподовых печах улавливают нa всех заводах, но сернистый газ утилизируют только на двух заводах — в Рисдоне и в Порто-Маргера, причем на втором утилизируют также тепло отходящих газов в котлах-утилизаторах по схеме, приведенной на рис. 12.  Уловленную пыль возвращают непосредственно в печь. За котлами газы еще содержат некоторое количество пыли, которую почти полностью улавливают в горячих электрофильтрах. В зависимости от содержания в ней серы пыль, уловленную в котлах и электрофильтрах, либо загружают в печь, либо направляют на выщелачивание. На 1 кг цинкового концентрата в котлах-утилизаторах производится 0,6 кг пара с избыточным давлением 30 ат. На заводе в Рисдоне запыленные газы удаляют с верхнего пода печи через стальной газоход, и они проходят через циклоны диаметром 1220 мм. Уловленную пыль возвращают в одну из печей. Газ, выходящий из циклонов, поступает в промывную башню противотосчного типа, где для орошения используют преимущественно морскую воду; после промывных башен все газы проходят через четыре параллельных скруббера. Использование сернистого газа высокое. Газ, выбрасываемый в атмосферу через деревянную трубу высотой 36,6 м, содержит не более 2—3 г/м3 SO2. На подавляющем большинстве заводов огарок выгружают с помощью водоохлаждаемых шнеков. Огарок просеивают через грохот или вибросито. Крупную фракцию возвращают па обжиг в смеси с сырым концентратом или в отдельную печь. Огарок подают в цех выщелачивания разными методами: электрокарами, транспортерами и элеваторами и в большинстве случаев — пневмотранспортом. Печи останавливают на ремонт один раз в год. На обслуживании 20 печей на заводе Грейт-Фоллс занято 82 человека и на ремонтных работах 6 человек. В пирометаллургии цинка, как и в гидрометаллургии, эксплуатируют обжиговые печи различного типа с той разницей, что для пирометаллургических процессов требуется огарок с минимальным содержанием сульфидной и сульфатной серы и обжиг в основном служит подготовительной стадией к агломерации. На некоторых заводах в процессе обжига вместе с серой удаляют также некоторые загрязняющие цинк примеси, в первую очередь свинец и кадмий. На заводе Донора (США) имеются две обжиговые печи Никельс-Гересгофа диаметром 7 м с 16 подами. Печи используют для предварительного обжига материалов, подвергаемых агломерации. Производительность каждой печи составляет около 55 т концентрата в сутки при среднем содержании в огарке 1 % сульфидной серы. Отходящие газы содержат свыше 6% SО2 и с ними выносится около 7,5% пыли. После весьма полной очистки в электрофильтре газы направляют на сернокислотную установку. Пыль перерабатывают в шихте агломерационных машин. Печи дополнительно подогревают на двенадцатом, четырнадцатом и шестнадцатом подах, и температура в печи изменяется от 920 °С на четвертом поду до 800 °С на нижних подах. при обжиге достигается высокое извлечение Pb и d в возгоны. Так, при содержании в концентрате 0,35% Pb и 0,3% Cd огарок содержит 0,02% Pb и 0,2% Cd, а пыль — до 5% Pb и 1,7% Cd. Печи завода Донора позволяют получать хорошие технические показатели. Однако из-за высокой температуры быстро разрушаются гребки, срок службы которых на верхних подах не превышает 3, а на нижних 6 мес. В многоподовых печах большой мощности из-за более равномерного теплового режима коррозия гребков относительно меньше, чем в малых печах. Интересен комбинированный процесс, разработанный компанией Сент Джозеф Лед. Последовательный обжиг в многоподовой печи и в печи с кипящим слоем разработан для получения огарка, свободного от свинца и кадмия, и пыли, богатой этими металлами. Концентраты частично обжигают в многоподовой печи при недостатке воздуха для окисления. Сжигая топливо, поддерживают температуру 900 °С. Полуобожженный продукт, содержащий 23% S, пропускают через сито, работающее в замкнутом цикле с молотковой дробилкой, а затем подают в печь кипящего слоя (КС). Обжиг проводят под давлением 120 мм вод. ст. при температуре 900 °С, которую поддерживают подачей в печь раствора сульфата цинка и изменением скорости загрузки. Около 50% продукта получают в виде пыли, 90% которой осаждают в двух футерованных кирпичом циклонах, установленных по одному на каждом газовом выпускном отверстии. Эти циклоны работают под давлением 100 мм вод. ст. Газы из циклонов проходят в котел-утилизатор с разрежением 2,5 мм на входе и около 50 мм на выходе; далее после очистки в электрофильтре газы направляют на кислотную установку. Температура разгружаемых из слоя и циклонов продуктов 850—900 °С. Практически они не содержат свинца и кадмия. Их хранят отдельно от пыли, улавливаемой под котлом и в электрофильтрах от обеих стадий обжига. Смешанную пыль электрофильтров и котла используют для извлечения свинца и кадмия. Газы на выходе из печи содержат обычно 10% SO, и такой состав автоматическим регулированием манометрического режима в системе поддерживают в газоходной системе до котла-утилизатора. Комбинация двух печей Веджа диаметром 8 м и одной печи КС обеспечивает переработку 250 т концентрата в сутки. Готовый огарок обычно содержит менее 0,5% сульфидной и минимальное количество сульфатной серы. В пыль электрофильтра извлекается 97% Pb и 90% Cd. Обжиг цинковых концентратов в многоподовых печах имеет следующие недостатки: 1) низкая производительность печи; 2) низкая концентрация сернистого ангидрида в обжиговых газах; 3) образование при обжиге большого количества комков; 4) необходимость дополнительного расхода топлива; 5) низкое качество огарка; 6) сложность и дороговизна конструкции печей из-за движущихся перегребателей и вала в зоне высокой температуры. Необходимо применять для кладки подов фасонный кирпич и фасонное литье. Ниже приведены основные показатели обжига цинковых концентратов в многоподовых печах:  В табл. 15 приведены основные показатели работы обжиговых печей.  |
