Агломерация цинковых концентратов
Опыт показал, что независимо от того, каким способом дистилляции получается цинк из огарка, необходимо, чтобы нагреваемая шихта обладала достаточной пористостью, обеспечивающей хороший контакт окиси цинка с окисью углерода, а также свободную возможность удаления образующихся цинковых паров. Поэтому агломерация как средство окисления сульфидных минералов с одновременным их окускованием заняла прочное положение в пирометаллургии цинка. В настоящее время имеется несколько способов проведения этого процесса: 1. Концентрат предварительно обжигают в многоподовых печах до содержания 8—10% S, после чего его спекают без добавки в шихту кокса или угля за счет сгорания серы (процесс Ригга). 2. Концентрат предварительно обжигают в многоподовых печах намертво и огарок спекается в присутствии кокса (процесс Болена). Имеется точка зрения, что выгоднее спекать шихту, содержащую не более 5% S с добавкой коксика, чем огарок с 8% S без коксика, так как при этом получается более прочный и лучше обожженный агломерат. Процесс занимает промежуточное положение между процессом Ригга и Болена. 3. Концентрат подвергают прямому обжигу со спеканием на ленточной агломерационной машине после предварительного перемешивания с измельченным оборотным агломератом в пропорции 80 ч. агломерата на 20 ч., концентрата (процесс Робсона). 4. Концентрат обжигают во взвешенном состоянии и полученный огарок спекают с добавкой или без добавки кокса. 5. Концентрат обжигают в кипящем слое и полученный огарок спекают. Возможны комбинации этих методов. До 1930 г. на заводах применяли круглые спекательные машины Шлиппенбаха, позволяющие отбирать в первых секциях богатые SO2 газы, используемые в сернокислотном производстве. Однако серьезные недостатки этих машин заставили заменить их ленточными. И несмотря на то, что ленточные машины не позволяли получить богатых газов, они из-за своей высокой производительности, удобства обслуживания, надежности в эксплуатации и других положительных качеств завоевали всеобщее признание. Конструкция ленточных машин подробно описана в литературе и здесь не освещается. Недостаток этих машин — низкое содержание SO2 в газах — перекрывается двухстадийным процессом, при котором основная масса серы извлекается в процессе предварительного обжига. Неудобство применения двух видов аппаратуры — обжиговых печей и агломерационных машин — привело в свое время к тому, что, пренебрегая использованием серы, многие заводы применили процесс Робсона, названный одноступенчатым, хотя более правильно было бы назвать его многоступенчатым. В последние годы освоены ленточные агломерационные машины с рециркуляцией газов и дутьем снизу, позволяющие получать газы, содержащие более 4% SO2 и пригодные для производства серной кислоты. При этих условиях предварительный обжиг для использования серы не нужен и сохраняет свое значение только как средство удаления из концентрата некоторых примесей, представляющих значительную ценность и загрязняющих цинк. Так, свинец из концентрата наиболее успешно удаляется в процессе обжига в многоподовых печах, а при агломерации достаточно успешно отгоняются кадмий, германий, индий и галлий. В настоящее время в пирометаллургии цинка все шире применяют агломерационные машины с дутьем снизу при тщательной подготовке шихты и такая система агломерации перспективна. Схемы агломерации и подготовки шихты к ней претерпевают некоторые изменения в зависимости от того, для каких целей готовят агломерат. Ниже приведены типичные примеры получения агломерата на некоторых предприятиях. На заводе в Свонси (Англия), на котором цинк получают в горизонтальных ретортах, в 1930 г. впервые применили одноступенчатый обжиг. В цехе установлены две ленточные машины шириной 2 м с активной площадью 40 м2. Одна работает с рециркуляцией газов. Шихта, состоящая из смеси австралийских, канадских и южноамериканских концентратов, содержит 53—54% Zn, более 9% Fe; до 1,5% Pb и около 0,2% Cd. Концентраты с пристани подвесной канатной дорогой завозят в склад, откуда ленточным транспортером, проходящим вдоль всех отсеков, подают в две молотковые дробилки, разбивающие комки. Далее концентрат поступает в бункера агломерационного цеха, расположенные не над машинами, как это бывает обычно, а рядом с ними. Течки бункеров находятся на высоте 1,5—2 м от нулевой отметки и разгружаемый через них материал поступает на наклонный элеватор, подающий шихту в смеситель, расположенный над машиной. Машины также расположены на нулевой отметке и общая высота агломерационного цеха не превышает 12 м. Над одной машиной установлен двухвальный, над другой — барабанный смеситель. Шихту увлажняют водой или раствором сульфата цинка, подаваемым из кадмиевого цеха. Шихта ссыпается на паллеты машины горизонтально расположенным лотком, перемещаемым с помощью тросов от одного борта машины к другому. Шихта насыпается на машину слоем 200—210 мм и зажигается факелом сжигаемого в печи мазута. Колосники и паллеты стальные. Зазор между колосниками 5 мм. Под нижней ветвью хвостовой части машины установлен стальной вал, вращающийся со скоростью 150—200 об/мин. К валу через каждые 250—300 мм прикреплены цепи, которые при вращении вала бьют по паллетам и очищают их от частиц агломерата и осевших возгонов, богатых кадмием. Отбитый от паллет материал поступает ка небольшой вибрационный грохот, на котором отделяется класс минус 1 мм, содержащий 4—6% Cd и направляемый в кадмиевое производство, и классы плюс 1 мм, возвращаемые в шихту агломерации. Падающий с паллет агломерат поступает на вибрационный питатель, охлаждаемый водой, циркулирующей в трубах, которые залиты в раму, несущую плиту и опоры агрегата. Агломерат передается на горизонтальный стол диаметром 5 м, орошаемый водой. Устройство похоже на обычный тарельчатый питатель, и горячий агломерат, поступающий на периферию стола, медленно перемещается к его центру с помощью дисков, свободно вращающихся на 4 валах, расположенных над столом. В центре стола имеется отверстие, через которое охлажденный агломерат поступает ка систему транспортеров, передающих его на вибрационный грохот длиной 3,7 м и шириной 1,5 с зазором между колосниками 3 мм. Мелочь направляют в оборот, а крупные классы дробят в конической дробилке. Измельченный до необходимой крупности агломерат направляют на дистилляцию. Количество оборотного агломерата определяется зазором решетки грохота. Схема движения газов на машине, работающей с рециркуляцией газов, приведена на рис. 27. Газы, отбираемые от камер 1—5 и содержащие до 7—8% SO2, поступают в сернокислотное производство. Газы от камер 9 и 10 постоянно направляют в оборот, газы же камер 6, 7 и 8 в зависимости от содержания в них SO2 передают в оборот или присоединяют к газам, направляемым на сернокислотное производство. От камер 1—5 отбирают 283 м3/мин богатого газа, от камер 6—10 отбирают 216 м3/мин бедного газа, содержащего 1—1,5% SO2. Хвостовая часть машины, в частности охлаждающий стол, весьма плотно защищена кожухом. Пыль и пар из укрытия отсасываются через водоорошаемый скруббер в атмосферу. Производительность служащего для этой цели вентилятора 420 м3/мин. Полученную в скруббере пульпу подвергают отстаиванию. Слив используют для охлаждения агломерата, а шлам направляют в шихту агломерации. Машина дает в сутки 700 т агломерата, из которых 140 т годного [7т/(м2*сутки)] с содержанием 0,5% S. Агломерат содержит 61% Zn; до 1.5% Pb и 9% Fe. На цинковом заводе в г. Эвонмаут (Англия) агломерационный цех производит агломерат для вертикальных реторт и шахтной плавки. В цехе установлены три агломерационные машины шириной 2 м с общей площадью 60 и активной площадью 40 м2. Всего на каждой машине 60 паллет размером 1x2 м. Две машины работают с дутьем снизу и одна с дутьем сверху, с циркуляцией газов. В процессе обжига H агломерации получают два продукта; менее прочный агломерат — для вертикальных реторт и более прочный — для шахтных печей. Схема цепи аппаратов цеха приведена на рис. 28. Над каждой машиной имеются три бункера для концентратов емкостью по 6 т и один бункер для оборотного агломерата, измельченного до зерен размером 3—5 мм. 85% агломерированного материала возвращают в шихту агломерации, а 15% после измельчения поступают в переработку. Шихта перемешивается в барабане длиной 4,3 м и диаметром 2,1 м с числом оборотов 4 в минуту. Внутри барабана, по всей его длине, проходил вал с лопастями, вращающийся в противоположную относительно вращения барабана сторону. Угол наклона лопастей по отношению к валу 65°. Вал делает 30 об/мин и лопасти погружены в шихту на 7—10 см. Шихту увлажняют с помощью форсунки, которая расположена в хвостовой части барабана. Шихта из смесителя поступает в питающую воронку. Вертикальная питающая воронка может поворачиваться вдоль оси машины. В течение 7 сек она повернута в заднее положение и в это время насыпается зажигаемый слой шихты толш:иной 25—30 мм. Затем 45 сек воронка повернута в переднее положение и в это время насыпается основной слой толщиной 170—180 мм. Зажигательная печь шириной 0,8 м отапливается мазутом, расход которого достигает 1,25 т в сутки. Топочные газы удаляются в атмосферу. За зажигательной печью установлена дополнительная газовая горелка (труба диаметром 30 мм с отверстиями 3 мм), поддерживающая поверхность горячего слоя в раскаленном состоянии до самого момента попадания на него шихты. Вся рабочая площадь машины хорошо укрыта колпаком. Секция колпака, установленная над камерой 10, — съемная, для облегчения операции по замене паллет. Секция над камерой 1 устроена как на обычных машинах, а куполообразный колпак над камерами 2—9 имеет высоту 2 м и края его опущены в песочные затворы, укрепленные на вертикальных стенках, приболченных под валиками паллет. Между секциями имеются зазоры, уплотненные асбестом, пропитанным жидким стеклом. Укрытие сделано из 6-мм стального листа. Главный газоход диаметром 1 м расположен в передней части купола и соединен с вентилятором, передающим газ, содержащий 7,5% SO2, в сернокислотный цех. Вспомогательный вентилятор, отсасывающий газы из камер 6—9, транспортирует их по газоходу диаметром 1 м в камеры 1—5. Температура отсасываемого газа не превышает 250—280 °С. После отделения мелочи агломерат дробят до зерен размером менее 1 мм и полученный продукт направляют на брикетирование. На заводе Бартл свил (США) агломерируют огарок печей кипящего слоя, содержащий 3% S. Огарок перемешивают в лопастном смесителе с 60—70% оборотного агломерата и возгонов и с 4% смеси мелкого угля и кокса. Шихту смачивают раствором сульфата цинка с кадмиевой установки и окатывают в гранулы размером до 12 мм. Шихту на паллетах зажигают печами, отапливаемыми природным газом. Высокая пористость шихты позволяет развивать при агломерации значительную температуру, способствующую отгону свинца и кадмия. Агломерат содержит менее 1% S и перерабатывается в горизонтальных ретортах. Спекание шихты с малым содержанием серы позволило повысить производительность агломашин на 30% по сравнению с агломерацией сернистой шихты, а качество агломерата выше. Эти преимущества окупают повышенный расход топлива. На заводе Донора, на котором цинк также получают в горизонтальных ретортах, агломерации подвергают огарок, полученный во многоподовых печах и содержащий менее 2% S. Огарок перемешивают с 30% оборота и 5% дробленого кокса и для лучшей отгонки свинца и кадмия увлажняют хлоридными растворами до содержания 0,4% хлора. Кроме того, над второй камерой всасывания машины установлена дополнительная газовая горелка. В сутки производят 240 т агломерата, подвергаемого дроблению на валках. На заводе Розита Мексикен-цинк Компани концентрат после обжига в многоподовых печах до содержания 3,5—4% S агломерируют в две стадии. На первую машину подают смесь окатанного огарка, нижнюю часть агломерата со второй машины, пыль из электрофильтра от обжига и коксовую мелочь. Разгрузку первой машины измельчают до 12 мм и окатывают в барабане с коксом размером 6 мм. Смесь подают на вторую машину. Здесь верхний слой толщиной 220—240 мм срезают и выдают в виде готового продукта. Высоту срезаемого слоя иногда изменяют с целью регулирования содержания свинца и кадмия в агломерате. Обычно в нижней части остается около 20% всего агломерата. Газы обеих машин очищают в рукавном фильтре. Для удаления абразивных частиц перед вентилятором второй машины установлены мультициклоны. Применение двухстадийной агломерации позволило получить более плотный и однородный агломерат при одновременном улучшении удаления свинца, кадмия и серы. Агломерация без предварительного обжига (процесс Робсона) описана применительно к заводу Эвонмаут. На заводе Блэксвелл, также применяющем процесс Робсона, работает агломерационная машина шириной 4 м при длине камер всасывания 50 м с активной площадью 200 Производительность машины 550 т готового агломерата в сутки из концентрата, содержащего 31% S. Машина имеет ряд конструктивных усовершенствований, способствующих ее устойчивой работе при весьма значительных размерах. Газы из первых десяти камер подаются к поверхности шихты над последними девятью камерами. Газы выбрасывают в атмосферу, а пыль, содержащую свинец и кадмий, используют для извлечения этих металлов. Таким образом, в настоящее время на большинстве дистилляционных заводов агломерация — обязательная стадия подготовки шихты. На заводах применяют все более крупные машины с площадью всасывания до 200 м2. Используют двухступенчатые и одноступенчатые схемы агломерации и их комбинации. Внедряется процесс агломерации с дутьем снизу. Для лучшей отгонки свинца и кадмия перед агломерацией проводят обжиг в многоподовых печах, во взвешенном состоянии или в кипящем слое. Большее внимание уделяют подготовке шихты перед агломерацией. На некоторых заводах дистилляции подвергают крупные фракции агломерата, снятого с верхней части спеченного материала, а нижнюю его часть направляют в оборот. При этом достигается лучшее удаление серы, свинца и кадмия из агломерата. |