Автор работы: Пользователь скрыл имя, 30 Марта 2014 в 21:43, реферат
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.
Окислительный обжиг медных концентратов
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 окисления, штейны с содержанием не менее 25 . . . 30 % Си.
Если при окислительном
обжиге окислить все
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 производств серной кислоты, перемешивания я компонентов шихты и ее термической подготовки.
Медная шихта, поступившая в обжиговые печи, состоит из концентрата, 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 ос. При этих температурах окисление сульфидов проходит преимущественно с образованием оксидов. В общем виде процесс горения сульфидов описывается уравнением
2MeS + 302 = 2МеО + 2S0 2 + Q,
где Q тепловой эффект экзотермической реакции. При температурах не более 600 . . . 650 С стабильными являются сульфаты:
MeS + 202 = MeS0 4 .
Образование сульфатов перед плавкой на штейн нежелательно, так как это ведет к снижению десульфуризации.
Верхний температурный предел (900 С) 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 стадии: Haгpeвa и сушки шихты, термическое 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 0 С начинаются почти одновременно процессы диссоциации сульфидных минералов и их воспламенение.
Термическому разложению подвергается только высшие сульфиды по реакциям:
FeS 2 ..... FeS + .1/2S 2 ;
2CuFeS 2 -+ Cu 2 S + 2FeS + 1/2S 2 ;
2CuS -+ Cu 2 S + 1/252.
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: СаСО э -+ СаО + СО 2 .
Окисление сульфидов начинается с их воспламенения. Под температурой воспламенения подразумевают температуру, при котором количество выделяющиеся 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 С.
Многие сульфиды, в частности пирит и. халькопирит, могут начать окисляться при температурах ниже начала их разложения. Этому способствует сильно окислительная атмосфера 8 обжиговых печах и достаточная для их воспламенения температура.
При окислительном обжиге медных концентратов преимущественно окисляются сульфиды железа. Причиной 3Toro является большее сродство железа к кислороду и меньшее к сере, чем у меди (СМ. рис. 29, б; 30, б).
Основными реакциями окислительного обжига медных концентратов являются:
2FeS + 3,502 = Fе 2 О э + 2502 + 921000 кДж;
2FeS 2 + 5,502 = Fе 2 О э + 4S0 2 + 1655000 кДж;
2CuFeS 2 + 602 = Fе 2 О з + Си 2 О + 4502.
При обжиге возможно также окисление сульфидов меди по реакции
Си 2 5 + 11/202 = Си 2 О + 502 + 38435 кДж.
Однако вследствие большого сродства меди к сере она вновь сульфидируется по обменной реакции
Си 2 О + FeS = Cu 2 S + FeO + 168060 кДж.
Си 2 О фактически в огарке не будет. Все реакции окисления сульфидов и элементарной серы экзо- термины. 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 (рис. 52). Скорость роста пленки оксидов будет зависеть от количества подводимого к реакционной поверхности кислорода и скорости eгo диффузионнoro проникновения внутрь окисляемой частицы. Для ускорения процесса окисления нужен интенсивный масса обмен в газовой фазе, обеспечивающий удаление от поверхности твердых частиц.
продукта реакции сернистого ангидрида, а следовательно, облеченный 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-цинковоrо концентрата, будут следующие: Cu 2 S, FeS, ZnS, Fе 2 О з , Fе з О 4 , FeO, ZnO, СаО, Si0 2 , А1 2 О з .
При проведении обжига возможно образование небольших количества сульфатов меди, железа и цинка.
Рассмотрим расчет выхода и состава огарка.
Основным способом обжига медных концентратов в настоящее Время является обжиг в кипящем слое (КС). Широко распространенный в недалеком прошлом обжиг в механических мноrоподоBыx печах фактически потерял свое промышленное значение и сохранился лишь на нескольких заводах.
Сущность обжига в КС заключается в том, что через слой кон- централа (шихты) продувается восходящий поток воздуха или обогащенного кислородом дутья стакой скоростью, при которой все зерна исходного материалы приходят в непрерывное возвратно поступательное движение, похожее на кипящую жидкость, что и послужило основанием для названия этого процесса.
Механизм образования КС сводиться 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, теку- честь, способность принимать форму И объем вмещающего сосуда и т.д. Такое состояние сыпучего материала называется псевдо. жидким или псевдосжиженным. 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 Дуется от W m1 ' до W отвечает об- n mах ласти псевдоожижения. В этих условиях частицы обжигаемого материала поднимаются струйками газового потока на некоторую высоту, а затем падают, витая в пределах КС.
При повышении скорости материала начинает резко взвешенное состояние, что выносом 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 . . . зо % от массы исходной шихты.
Для обжига в КС медных концентратов применяют печи, отличающиеся устройством отдельных узлов, геометрическими раз- мерами и формой поперечного сечения. В поперечном сечении печи КС могут быть круглыми, прямоугольными или эллиптическими,
Независимо от конструкции любая обжиговая печь КС (рис. 53) имеет ряд обязательных узлов и деталей: вертикальную шахту со CBO дом, под С соплами, воздухораспредительные камеры, загрузочное окно с форкамерной, разгрузочное устройство и газоход. Места загрузки и разгрузки обычно располагаются на противоположных сторонах печи.
Рабочая камера печи
выполнена в виде
Под печи представляет собой устройство, обеспечивающее равномерное распределение подаваемого в слой обжигаемого матер-
риала воздуха и предотвращающее провал мелкого сыпучего материала в воздушные камеры. Обычно он выполняется из жароупорного бетона с отверстиями для установки воздуха распределительных сопел колпачького типа (рис. 54). Сопла располагаются равномерно по всей площади пода в шахматном порядке с расстоянием между рядами 200... 300 ММ. Число coпел на 1 м 2 пода колеблется от 30 до 50 ШТ.
Загрузку шихты осуществляют в форкамеру , имеющую повышенную плотность размещения сопел. Обживаемый 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, в 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 1О . . . 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 мноrоподовых 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 СУМ3е 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 лода лечи 16,5 м 2 , высота сливного gjhjuf 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 непосредствен но в КС. Для разоrрева 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 группа циклонах диаметром 900 мм (12 ШТ) и в трубчатом электрофильтре. Уловленную пыль объединяют огарком и отправляют в плавку на штейн в отражательные печи. Очищенные от пыли газы используют в сернокислотном производстве.