Окислительный обжиг медных концентратов.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 12Следующая ⇒

Окислительный обжиг в пирометаллургии меди не является обязательным. В медной промышленности он встречается редко и применяется обычно перед плавкой на штейн высокосернистых, бедных по меди концентратов или руд. Применение обжига оправдано также при переработке медного сырья с повышенным содержанием цинка.

Целью окислительного обжига в пирометаллургии меди является частичное удаление серы и перевод части сульфидов железа в форму шлакуемых при последующей плавке оксидов. Это вызвано стремлением получить при плавке, проводимой в условиях незначительного окислении, штейны с содержанием не менее 25-30 % Си.

Если при окислительном обжиге окислить все содержащиеся в шихте сульфиды, то обожженный материал полностью будет состоять из оксидов. Штейна при плавке такого материала не получится. Полностью обожженный концентрат или руду можно переработать либо восстановительной плавкой на черную медь, либо гидрометаллургическим способом.

Перед плавкой концентрата в отражательных или электрических печах обжиг проводится без расплавления шихты. Плавка в шахтных печах мелких руд или флотационных концентратов требует их одновременного окускования. В этих случаях частичный окислительный обжиг сопровождается спеканием шихты с получением обожженного крупнокускового продукта - агломерата.

Наряду с частичным окислением серы и железа в процессе окислительного обжига решаются задачи получения сернистых газов, пригодных для производства серной кислоты, перемешивания компонентов шихты и ее термической подготовки.

Медная шихта, поступившая в обжиговые печи, состоит из концентратов, измельченных флюсов и оборотной пыли. Состав шихты должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к последующему процессу плавки на штейн заданного состава.

Окислительный обжиг медных концентратов проводят при 750... 900 X. При этих температурах окисление сульфидов проходит преимущественно с образованием оксидов. В общем виде процесс горения сульфидов описывается уравнением

2MeS + 30₂ = 2MeO + 2S0₂ + Q,

где Q- тепловой эффект экзотермической реакции.

При температурах не более 600 - 650 ^оС стабильными являются сульфаты:

MeS + 20₂=MeS0₄.

Образование сульфатов перед плавкой на штейн нежелательно, так как это ведет к снижению десульфуризации.

Верхний температурный предел (900^оС) ограничен тем, что при более высоких температурах может начаться плавление отдельных сульфидов и их наиболее легкоплавких эвтектик, что может привести к спеканию мелких частиц шихты При обжиге порошка спекание недопустимо.

Процесс обжига состоит из следующих основных элементарных стадий: нагрева и сушки шихты, термической диссоциации высших сульфидов, воспламенения и горения сульфидов.

Нагрев шихтовых материалов сопровождается удалением влаги и происходит как за счет теплопередачи от горячих газов, так и за счет теплоты реакций окисления. После нагрева шихты до температуры – 350- 400 ^оС начинаются почти одновременно процессы диссоциации сульфидных минералов и их воспламенение.

Термическому разложению подвергаются только высшие сульфиды по реакциям:

FeS₂→ FeS + l/2S₂;

2CuFeS₂ - Cu₂S + 2FeS + 1/2S₂;

2CuS-Cu₂S+l/2S₂.

Выделяющиеся пары серы сгорают в окислительной атмосфере печи по реакции: S + 0₂ = S0₂.

При термическом разложении пирита половина атомов серы удаляется в газы, т.е. степень десульфуризации от разложения этого сульфида составляет 50 %. Десульфуризация при диссоциации халькопирита и ковеллина соответственно равна 25 и 50 %.

Все реакции термической диссоциации эндотермичны и требуют затрат теплоты на их осуществление.

В процессе окислительного обжига возможно также частичное разложение карбонатов, например: СаС0₃ = СаО + С0₂.

Окисление сульфидов начинается с их воспламенения. Под температурой воспламенения подразумевают температуру, при которой количество выделяющейся теплоты становится достаточным для начала интенсивного горения всей массы обжигаемого сульфидного материала.

Температура воспламенения отдельных сульфидов различна и зависит от их индивидуальных физико-химических свойств и тонины помола. Наиболее легковоспламеняющиеся сульфиды -пирит, халькопирит и халькозин при крупности зерен - 0, 1 мм начинают гореть при температурах соответственно 325, 360 и 430 ^оС.

Многие сульфиды, в частности пирит и халькопирит, могут начать окисляться при температурах ниже начала их разложения. Этому способствует сильно окислительная атмосфера в обжиговых печах и достаточная для их воспламенения температура.

При окислительном обжиге медных концентратов преимущественно окисляются сульфиды железа. Причиной этого является большее сродство железа к кислороду и меньшее к сере, чем у меди.

Основными реакциями окислительного обжига медных концентратов являются:

2FeS+ 3, 50₂ = Fe₂0₃ + 2SO₂ + 921000 кДж;

2FeS₂+ 5, 50₂ = Fe₂0₃ + 4S0₂ + 1655000 кДж;

2CuFeS₂ + 60₂ = Fe₂0₃ + Cu₂0 + 4SO₂.

При обжиге возможно также окисление сульфидов меди по

Реакции

Cu₂S+ 1/2 0₂ = Си₂0 + 50₂ + 38435 кДж.

Однако вследствие большого сродства меди к сере она вновь сульфидируется по обменной реакции

Cu₂0 + FeS = Cu₂S + FeO + 168060 кДж.

Си₂О фактически в огарке не будет.

Все реакции окисления сульфидов и элементарной серы экзотермичны. Выделяющейся в условиях обжига медных концентратов теплоты, как правило, более чем достаточно для самопроизвольного протекания обжига, который является типичным автогенным процессом.

Механизм обжига твердых сульфидных частиц следующий. При взаимодействии кислорода с каким-либо сульфидом на поверхности его зерна образуется оксидная пленка. Скорость роста пленки оксидов будет зависеть от количества подводимого к реакиионной поверхности кислорода и скорости его диффузионного проникновения внутрь окисляемой частицы. Для ускорения процесса окисления нужен интенсивный массообмен в газовой фазе, обеспечивающий удаление от поверхности твердых частиц

продукта реакции - сернистого ангидрида, а следовательно, облегченный подвод к частице окислителя. Вполне естественно, более крупные частицы будут окисляться медленнее. При недостаточной продолжительности обжига внутри окисляемой частицы может сохраниться сульфидное ядро.

Продуктами окислительного обжига медных концентратов являются огарок, газы и пыль.

Минералогический состав огарка будет резко отличаться от состава исходного концентрата. Получающийся огарок характеризуется наличием в нем наряду с сульфидами оксидов и практически полным отсутствием высших сульфидов.

Основными химическими соединениями огарка, полученного, например, при обжиге медно-цинкового концентрата, будут следующие: Cu₂S, FeS, ZnS, Fe₂0₃, Fe₃0₄, FeO, ZnO, CaO, Si0₂, A1₂0₃. При проведении обжига возможно образование небольших количеств сульфатов меди, железа и цинка.

Основным способом обжига медных концентратов в настоящее время является обжиг в кипящем слое (КС). Широко распространенный в недалеком прошлом обжиг в механических многополовых печах фактически потерял свое промышленное значение и сохранился лишь на нескольких заводах.

Сущность обжига в КС заключается в том, что через слой концентрата (шихты) продувается восходящий поток воздуха или обогащенного кислородом дутья с такой скоростью, при которой все зерна исходного материала приходят в непрерывное возвратно-поступательное движение, похожее на кипящую жидкость, что и послужило основанием для названия этого процесса.

Механизм образования КС сводится к следующему. Если через слой сыпучего материала продувать снизу газ, слой сначала будет разрыхляться, а при определенной скорости подачи дутья приобретает основные свойства жидкости - подвижность, текучесть, способность принимать форму и объем вмещающего сосуда и т.д. Такое состояние сыпучего материала называется псевдожидким или псевдоожиженным. Оно наступит при определенной критической скорости газового потока w_min, при которой подъемная сила газового потока будет равной общей массе твердого материала.

При дальнейшем увеличении расхода дутья до второй критической скорости w_max объем (высота) слоя сохранит примерно постоянное значение. Режим дутья от w_min до w_max отвечает области псевдоожижения. В этих условиях частицы обжигаемого материала поднимаются струйками газового потока на некоторую высоту, а затем падают, витая в пределах КС.

При повышении скорости дутья выше w_max объем сыпучего материала начинает резко увеличиваться. Шихта принимает взвешенное состояние, что сопровождается интенсивным пылевыносом обжигаемых частиц.

В реальных условиях крупность присутствующих в обжигаемой шихте частиц будет заметно различаться. В результате этого наиболее мелкие зерна будут выноситься из печи газовым потоком, а наиболее крупные, наоборот, оседать в нижнюю часть КС, образуя на подине " постель". При обычных режимах обжига в КС пылевынос составляет 20- 30 % от массы исходной шихты.

Для обжига в КС медных концентратов применяют печи, отличающиеся устройством отдельных узлов, геометрическими размерами и формой поперечного сечения. В поперечном сечении печи КС могут быть круглыми, прямоугольными или эллиптическими.

Независимо от конструкции любая обжиговая печь КС имеет ряд обязательных узлов и деталей: вертикальную шахту со сводом, под с соплами, воздухораспределительные камеры, загрузочное окно с форкамерой, разгрузочное устройство и газоход. Места загрузки и разгрузки обычно располагаются на противоположных сторонах печи.

Рабочая камера печи выполнена в виде металлического кожуха, футерованного изнутри шамотным кирпичом и покрытого снаружи слоем теплоизоляционного материала. Свод печи изготовлен из огнеупорного кирпича.

Под печи представляет собой устройство, обеспечивающее равномерное распределение подаваемого в слой обжигаемого материала воздуха и предотвращающее провал мелкого сыпучего материала в воздушные камеры. Обычно он выполняется из жароупорного бетона с отверстиями для установки воздухораспределительных сопел колпачкового типа. Сопла располагаются равномерно по всей площади пода в шахматном порядке с расстоянием между рядами 200-300 мм. Число сопел на 1 м³ пода колеблется от 30 до 50 шт.

Загрузку шихты осуществляют в форкамеру, имеющую повышенную плотность размещения сопел. Обжигаемый материал может подаваться с любым содержанием влаги вплоть до пульпы.

Огарок разгружают обычно через сливной порог, высота размещения которого определяет уровень КС. Выпуск огарка возможен также из нижней части КС. В этом случае высоту КС регулируют скоростью разгрузки материала с помощью специального шибера (стопора).

При окислительном обжиге сульфидных концентратов в КС, как правило, выделяется большое количество избыточной теплоты, э результате чего может недопустимо повыситься температура в слое обжигаемого материала. Для отвода избыточной теплоты непосредственно в КС вводят холодильники трубчатого типа или холодильники-змеевики.

Печь перед ее пуском на непрерывную работу после монтажа или ремонта разогревают с помощью топочных горелок, устанавливаемых в специальных окнах.

Обжиг в КС является самым высокопроизводительным обжиговым процессом. Это обусловлено высокоразвитой удельной поверхностью контакта твердой и газообразной фаз. Окисление сульфидов в этих условиях идет очень интенсивно даже при небольшом избытке воздуха - всего 10-20% сверх теоретически необходимого. При достаточно высокой герметизации печей это позволяет получать газы, содержащие до 12- 14 % S0₂.

Производительность печей КС по концентрату в 4- 5 раз (и более) выше, чем при обжиге в механических многоподовых печах.

Конструкция обжиговых печей КС очень проста, а их работа легко поддается механизации и автоматизации.

Обжиг в КС медных концентратов в настоящее время применяется только на Среднеуральском медеплавильном заводе (СУМЗ) перед отражательной плавкой.

Печи КС на СУМЗе имеют круглое сечение с наружным диаметром 5, 57 м при толщине футеровки стен 445 мм. Высота печей 4 или 9 м (более высокие печи работают эффективнее). Площадь пода печи 16, 5 м³, высота сливного порога 1, 5 м, живое сечение пода (отношение площади сечения всех сопел к общей площади пода) в рабочей камере пода 0, 7 %, в форкамере 0, 9 %. Избыточная теплота отводится 16 холодильниками, вводимыми непосредственно в КС. Для разогрева печи при пуске служат 4 нефтяные форсунки.

Шихта обжига состоит из концентратов, флюсов и оборотов, смешение которых осуществляется в механизированном шихтарнике. Готовую шихту перед обжигом подсушивают в сушильных барабанах до влажности 5- 6 %.

Отходящие газы после выхода из обжиговой печи проходят трехстадийную очистку от пыли в циклоне диаметром 2, 7 м, в двух параллельных группах циклонов диаметром 900 мм (12 шт) и в трубчатом электрофильтре.

Уловленную пыль объединяют с огарком и отправляют в плавку на штейн в отражательные печи. Очищенные от пыли газы используют в сернокислотном производстве.

На Красноуральском медеплавильном комбинате обжиг проводят в десятиподовых обжиговых печах с механическим перегребанием диаметром 6, 5 м и высотой 9, 7 м. Шихта в таких печах движется сверху вниз зигзагообразно, пересыпаясь с пода на под. Перемешивание шихты и ее перемещение по подам осуществляется с помощью перегребателей с гребками, закрепленными на вращающемся центральном валу. Газы в печи движутся противоточно шихте. Пыли, образующиеся при обжиге в таких печах, выносятся газовым потоком вблизи загрузки шихты и требуют возврата на повторный обжиг.

Механические многоподовые печи отличаются сложностью конструкции, а их работа - высокими капитальными и эксплуатационными затратами, трудностями регулирования и автоматизации процесса, относительно низким содержанием сернистого ангидрида в газах.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒