Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Общие сведения о теории агломерирующего обжига свинцовых концентратов

Общие сведения о теории агломерирующего обжига свинцовых концентратов


В металлургическую переработку поступают почти исключительно сульфидные концентраты и сравнительно редко сульфидные руды. Окисленные свинцовые руды залегали в верхних частях рудных месторождений и к настоящему времени, как правило, выработаны. Поэтому обжиг концентратов для превращения сульфидов свинца в окислы — первая и совершенно неизбежная металлургическая операция.
На заводах, получающих свинец реакционным методом, процесс обжига совмещают по месту и времени с реакционной плавкой (например, при горновой плавке). Ho при реакционной электроплавке (завод Реншер, Швеция), а также при плавке богатых концентратов в короткобарабанных печах (ФРГ) проводят агломерирующий обжиг как самостоятельную операцию, только в агломерате оставляют повышенное содержание серы по сравнению с агломератом, перерабатываемым восстановительной плавкой.
Обжиг свинцовых концентратов применяют при получении свинца любым методом, и вследствие этого он приобретает исключительно большое значение.
Под обжигом концентратов подразумевается процесс его нагрева до такой температуры, при которой жидкая фаза или полностью отсутствует, или появляется в очень небольшом количестве, а обжигаемый материал претерпевает те или иные физико-химические изменения, полезные для последующих металлургических операций.
Цель обжига. Сульфидные свинцовые концентраты обжигают для того, чтобы превратить сульфиды свинца и других металлов в окислы. При обжиге стремятся превратить в окись свинца по возможности больше сернистого свинца. Окись свинца — легко восстановимая форма при последующей шахтной плавке. Получение в продуктах обжига сульфатов свинца нежелательно, так как они при плавке будут восстанавливаться до сульфидов. Сульфидный свинец переходит в штейн, вследствие чего снижается извлечение свинца в черновой металл. Часто в концентратах в небольшом количестве присутствуют мышьяк и сурьма, связывающие металлы в мышьяковистые и сурьмянистые соединения. Обжиг превращает в окислы и эти соединения. Мышьяк и сурьма, оставшиеся в обожженном концентрате, способны при плавке образовать самостоятельный сплав мышьяковистых и сурьмянистых соединений металлов (главным образом железа), которые называются шпейзой.
Для шахтной плавки употребляют хорошо спекшийся, окускованный продукт, полученный после обжига. Спекание материала необходимо ввиду того, что мелочь не годится для плавки, так как способствует образованию настылей на стенках печи и в значительной степени уносится с газами.
Получение высококачественного агломерата, хорошо обожженного и окускованного, является главной задачей агломерирующего обжига.
Второй продукт обжига — сернистые газы, которые до последнего времени редко используют для производства серной кислоты и выпускают в атмосферу, что приводит к порче растительности, антисанитарным условиям на заводе и в городе, обычно расположенном близко от завода.
Сернистые газы на свинцовом заводе представляют большую ценность, их сбережение и использование может существенно снизить себестоимость получаемого свинца. Если завод производит 100 тыс. г свинца в год, то перерабатывает примерно 250 тыс. т концентратов. Приняв содержание серы в концентратах равным 16%, а ее извлечение в серную кислоту 60%, подсчитаем, сколько можно получить серы;
250 000 x 0,16 x 0,60 = 24 000 т.

Из этого количества серы можно получить (24 000 х 3) около 70 000 т серной кислоты в моногидрате.
При обжиге свинцовых концентратов, обычно содержащих некоторые другие металлы (например, кадмий в пылях), стремятся их не растерять, а сконцентрировать. Для этого организуют самое тщательное пылеулавливание из обжиговых газов.
Степень обжига. Количество серы, оставшейся в обожженном материале, характеризует полноту или степень обжига. Нужная степень обжига часто определяется составом перерабатываемого сульфидного концентрата. Так, например, при содержании в концентрате значительного количества сульфидного цинка требуется самое тщательное удаление серы при обжиге.
Сульфид цинка при шахтной плавке мало растворяется в штейне и переходит главным образом в шлак, делая его вязким. Это нежелательно, так как, помимо повышенного расхода топлива на плавку, в вязких шлаках возрастают потери свинца вследствие худших условий для отстаивания шлака от штейна.
Вместе с тем присутствие ZnS в штейне также нежелательно, так как повышает температуру плавления штейна. Присутствие же в агломерате ZnO сравнительно безвредно при последующей восстановительной плавке потому, что ZnO хорошо растворяется в шлаке соответствующего состава без значительного ухудшения его качества. Поэтому при большом содержании цинка в свинцовом сульфидном концентрате серу стремятся выжечь с наибольшей полнотой.
Если концентрат содержит много меди (более 1%), то при обжиге оставляют часть серы в агломерате для образования штейна при плавке. Чем больше будет оставлено серы в агломерате, тем полнее медь в виде Cu2S перейдет в штейн, но тем больше будет получено бедного штейна, переработка которого обойдется дорого. На практике получают извлечение меди 80—90% в штейнах, содержащих 10—15% Cu.
Выбор желательной степени обжига зависит от состава концентрата, но не всегда. В тех случаях, когда в свинцовом концентрате содержится одновременно много меди и цинка, нужную степень обжига устанавливают на основании заводской практики и наблюдений. Некоторые заводы в таких случаях оставляют часть серы в агломерате для получения более богатого штейна при плавке (содержащего 25—30% меди), и другие (Усть-Каменогорский завод) и в этом случае серу выжигают как можно полнее, чтобы при плавке вовсе не получать штейна. Это несколько затрудняет обжиг, но создает более благоприятные условия для плавки.
Десульфуризацией, или степенью десульфуризации, называется отношение серы, выгоревшей при обжиге, ко всей сере, которая содержалась в исходном концентрате, выраженное в процентах.
В зависимости от химической сущности процесса обжиг классифицируют на: 1) кальцинирующий, 2) окислительный, 3) сульфатизирующий, 4) восстановительный и 5) хлорирующий.
Кальцинирующий обжиг состоит в нагреве окисленных руд или концентратов до такой температуры, при которой карбонаты свинца и других металлов практически нацело диссоциируют с образованием окислов металлов и углекислого газа по общей реакции:
МеСО3 = МeO + CO2.

По своему характеру процесс идентичен методу получения окиси кальция из известняка, а потому и называется кальцинирующим обжигом. Процесс проводят при температурах более высоких, чем температуры разложения карбонатов, и создают при этом ток воздуха, необходимый для удаления углекислого газа с целью увеличения скорости диссоциации.
Кальцинирующий обжиг применяли на свинцовых и цинковых заводах, когда перерабатывали карбонатные руды и концентраты. В частности, на Чимкентском свинцовом заводе в течение многих лет его работы агломерирующий обжиг по своей химической сущности был кальцинирующим, так как перерабатывалось церусситовое сырье, в шихте содержалось в 1941 г. не более 1—2% серы.
К настоящему времени кальцинирующий обжиг в связи с постепенной выработкой окисленных руд утратил свое значение.
Окислительный обжиг, цели и задачи которого уже были рассмотрены, широко применяется почти на всех свинцовых заводах.
Сульфатизирующий обжиг преследует цель перевести сульфиды металлов в легкорастворимые сульфаты и применяется в гидрометаллургии.
На цинковых гидрометаллургических заводах содержание сульфатной серы в огарке допускается в пределах 3—4%. На свинцовых заводах, применяющих реакционную плавку, содержание в агломерате сульфатной серы достигает 2—3%.
Г.Я. Лейзерович в лабораторных опытах установил возможность применения сульфатизирующего обжига в кипящем слое для богатых свинцовых концентратов и достиг степени сульфатизации на 67,5%.
В перспективе при освоении гидрометаллургических методов получения свинца при обжиге потребуется как можно полнее переводить сульфиды свинца в сульфаты и осуществлять при этом чисто сульфатизирующий обжиг.
П.И. Меченов при обжиге болгарских свинцовых концентратов (содержащих 63% Pb) при температуре 600° С в укрупненно-лабораторном масштабе получил превращение сульфида свинца в сульфат на 97,12%, а в окись всего лишь на 2%. Эти результаты вполне удовлетворяют требованиям гидрометаллургического метода получения свинца.
Восстановительный обжиг применяется главным образом для переработки различных отходов свинцового и цинкового производства.
И.В. Бабина провела исследование возгонки свинца при восстановительном обжиге бедной свинцовой руды (2,18% Pb) в промышленном масштабе на трубчатой печи и в лабораторном масштабе — в кипящем слое. И в том, и в другом случае были получены хорошие результаты: извлечение свинца 95%, содержание свинца в клинкере около 0,1% при вполне приемлемой производительности агрегата и умеренном расходе топлива.
Восстановительный обжиг может иметь определенное значение при переработке не только отходов свинцово-цинковой промышленности, но и при труднообогатимых полиметаллических рудах.
Хлорирующий обжиг преследует цель перевести ценные сульфиды и окислы металлов в растворимые хлориды. Для хлорирования можно применять поваренную соль, газообразный хлор или другой хлорирующий реагент (например, хлористый кальций, хлористый магний и др.). В течение процесса поддерживается окислительная атмосфера и температура ниже диссоциации хлоридов (500—600, иногда 700°С). Хлорирование протекает достаточно быстро.
В основе этого процесса лежит взаимодействие сернистого ангидрида в присутствии кислорода с хлоридом натрия. Сернистый или серный ангидрид, образующиеся при обжиге сульфидов, в присутствии кислорода печной атмосферы разлагают хлорид натрия с образованием сульфата натрия и выделением газообразного хлора, который хлорирует соединения металлов.
Хлориды остаются в огарке и частично улетучиваются с газами. Количество возогнанных хлоридов зависит от температуры процесса, его продолжительности и от их природы. При возгонке хлоридов принимают меры к более полному их улавливанию.
Хлорирующий обжиг применяют главным образом для переработки огарков от обжига пиритных руд и концентратов с целью извлечения содержащихся в них ценных металлов.
Хлорирующий обжиг может приобрести промышленное значение при внедрении гидрометаллургических методов получения свинца.
В зависимости от физического состояния обожженного продукта процесс классифицируют на обжиг на порошок и агломерирующий обжиг.
Обжиг на порошок проводится при температурах 700—800°С как предварительный обжиг перед окончательным спекающим. В настоящее время на свинцовых заводах этот вид обжига утратил свое значение и применяется иногда для обжига высокосернистых материалов, например пирита на Лениногорском заводе, с целью получения золотосодержащих огарков, заменяющих железную руду, или как флюс при свинцовой плавке. Проводится в многоподовых печах с механическим перегребанием или в других агрегатах.
Агломерирующий, или спекающий, обжиг — универсальный метод, применяется почти на всех свинцовых заводах. Проводится на агломерационных машинах при максимальной температуре в обжигаемом слое порядка 900—1000° С. При этой температуре процесса в шихте обжига появляется жидкая фаза, смачивающая и цементирующая продукт обжига. В результате получается механически прочный крупнокусковой агломерат.
В зависимости от вида применяемой для обжига аппаратуры процесс можно классифицировать на следующие виды;
а) обжиг на порошок в многоподовых печах с механическим перегребанием, в трубчатых и других печах;
б) обжиг в кипящем слое;
в) спекающий обжиг в котлах или чашах;
г) спекающий обжиг на круглых агломерационных машинах;
д) спекающий обжиг на прямолинейных машинах.
Многоподовые печи для обжига свинцовых концентратов на порошок больше не применяются. Печи для обжига свинцовых концентратов в кипящем слое испытываются, но пока промышленного применения не нашли.
Спекающий обжиг в котлах, в чашах и на круглых агломерационных машинах сохранился только на некоторых старых заводах малой производительности (в ФРГ, ГДР, Индии). Прямолинейная агломерационная машина — современный агрегат для осуществления спекающего обжига в любом масштабе.
Спекающий обжиг свинцовых концентратов проводится на прямолинейных агломерационных машинах по различным технологическим схемам, в связи с чем различают:
1) двухстадийный (двухступенчатый) обжиг: при первом обжиге снижают содержание серы в полуобожженном продукте до 6—8%, после чего дробят этот агломерат, увлажняют и подвергают второму (окончательному) обжигу, при котором получают агломерат, пригодный для плавки (с 1—3% S);
2) одностадийный (одноступенчатый) обжиг: приготовленную шихту, состоящую из сульфидных концентратов, флюсов и других добавок, разбавляют по сере большим количеством оборотной агломерационной мелочи до нужных 6—8% S и за один прием обжига хорошо обжигают с получением агломерата, пригодного для плавки. От прибавления оборотного агломерата повышается газопроницаемость шихты и ускоряется окисление сульфидов.
Большую часть агломерата после дробления до 6—8 мм возвращают в шихту одноступенчатого обжига для ее разбавления по сере, а меньшую — в виде крупнокускового агломерата используют для плавки. Вследствие этого одноступенчатый обжиг называют иногда «обжигом с возвратом».
Одностадийный обжиг позволяет получать агломерат более высокого качества, но при этом снижается производительность спекательных машин по агломерату, направляемому в плавку, и приходится измельчать большие количества оборотного агломерата;
3) комбинированный обжиг, когда вся шихта подвергается одностадийному обжигу, а один какой-нибудь компонент шихты, наиболее богатый серой, — двухстадийному обжигу. Благодаря предварительному обжигу на порошок высокосернистого материала удается сократить количество оборотного агломерата, вводимого в шихту агломерирующего обжига для ее разбавления по содержанию серы. На рис. 19 представлена комбинированная схема обжига.
Общие сведения о теории агломерирующего обжига свинцовых концентратов

Выбор рациональной схемы обжига в значительной степени определяется кратностью обжига, под которой надо понимать отношение всей серы, подлежащей окислению, к тому количеству серы, которое можно выжечь за один прием.
Кратность обжига может быть определена по формуле
Общие сведения о теории агломерирующего обжига свинцовых концентратов

где К — кратность обжига;
с — % серы в шихте, состоящей из концентрата, флюсов и необходимых добавок;
е — % серы в агломерате, годном для плавки;
b — % серы в шихте окончательного обжига.
Если c = 15%, е = 1,5% и b = 6,0%, то кратность обжига составит
Общие сведения о теории агломерирующего обжига свинцовых концентратов

Для этих условий двухстадийный обжиг нельзя применить, так как он возможен только, если К ≤ 2. Расчет показывает, что для обжига такой высокосернистой шихты потребовалось бы последовательно проводить три спекающих обжига, что дорого и нецелесообразно. Лучше шихту, богатую серой, сразу разбавить оборотной агломерационной мелочью до нужной степени и за один прием получить годный агломерат.
Ho не только этим вызывается необходимость применения одностадийного обжига. Обжиг по этой технологической схеме обладает рядом преимуществ:
1) повышая газопроницаемость шихты, можно полнее обжигать очень мелкие флотационные концентраты;
2) можно без затруднений обжигать концентраты с повышенной влажностью;
3) неточность при взвешивании материалов шихты и их дозировании меньше влияет на окончательный состав получаемого агломерата (большая инерция из-за агломерационной мелочи);
4) допускается введение некоторого количества тонкой пыли в шихту обжига;
5) можно отобрать самый высококачественный агломерат для плавки, возвратив остальной в шихту обжига.
Из различных схем агломерирующего обжига отдается предпочтение одноступенчатому обжигу, особенно при переработке цинковистых и более мелких свинцовых концентратов.
Одноступенчатый обжиг применяется на всех отечественных свинцовых заводах, а также на заводах: Маунт Иза, Порт Пири, Реншер, Caн Гавино, Танду, Браубах, Мехерних, в Бинсфельдхаммере, в Окере, на Шеньянском заводе и в Керджали.
Двухступенчатый обжиг применяется на заводах: Трейл, Бункер Хилл, Геркулениум, Эль Пасо, Ceppo де Паско. Норддейче Аффинери, заводе в Верхнем Гарце.
Комбинированный обжиг применяют на заводах: Ледвилл, Мидвейл, Фридрих Август.
В зависимости от способа подвода воздуха к обжигаемым сульфидам при спекающем обжиге свинцовых концентратов различают:
1) обжиг с просасыванием воздуха сверху вниз через шихту, перемещаемую над вакуумными камерами;
2) обжиг с дутьем снизу вверх.
Обжиг с просасыванием несколько уплотняет шихту за счет вакуума, в то время как обжиг с дутьем, наоборот, разрыхляет шихту, повышает ее газопроницаемость. При этом лучше используется воздух на полезные реакции окисления сульфидов, повышается концентрация SO2 в обжиговых газах, что облегчает их использование для производства серной кислоты, и повышается производительность машины по годному агломерату.
Обжиг с дутьем — более прогрессивный метод, успешно применяется на заводах Порт Пири в Австралии и на заводе в Бинс-фельдхаммере, ФРГ. На заводах России и в других странах постепенно переходят на этот совершенный вид обжига. На Чимкентском заводе пущена первая машина по такой схеме.
Добавлено Serxio 28-02-2017, 21:43 Просмотров: 789
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent