» » Обжиг цинковых концентратов
21.05.2015

Наиболее широкое применение в России обжиг в кипящем слое получил в цинковом производстве. Все цннкэлектролитные заводы России оборудованы печами для обжига сульфидных цинковых концентратов в кипящем слое.
Первые исследования в этой области были начаты в лаборатории Гинцветмета в 1946 г., когда этот метод еще нигде не применялся.
Поисковые опыты проводились в лабораторной печи периодически го действия с решеткой в 3 см2, а затем в укрупненной лабораторной печи непрерывного действия с площадью пода 500 см2. Эти исследования показали значительные преимущества нового метода перед обжигом в многоподовых печах и во взвешенном состоянии.
На основе полученных результатов в 1950 г. на заводе «Электроцинк» по проекту Гинцветмета была сооружена опытная печь с площадью пода 3 м2.
По мере освоения и разработки метода в промышленных условиях, начиная с 1955 г., обжиг в кипящем слое был перенесен на другие цинковые заводы России.
На заводе «Электроцинк» были построены новые прямоугольные печи и реконструированы механические многоподовые. На других заводах была произведена реконструкция многоподовых печей.
Основные размеры печей, применяемых на цинковых заводах России, следующие: внутренний диаметр 5—6.5 м, высота рабочего пространства 6,5—9,6 м, площадь пода 20—35 объем печной камеры 140—318 количество сопел в поде 30—50 шт. на 1 площадь кессонов для охлаждения слоя 5,4—13 м2.
Обжиговые газы из всех печей отводятся через два вертикальных газохода (стояка), охлаждаемых водой или воздухом, в две ступени циклонов для грубой очистки от пыли и затем вентилятором при температуре 300—400° нагнетаются в электрофильтры, где производится тонкая очистка газов при температуре 200—250°. Обеспыленные газы используются для производства серной кислоты.
На заводе «Электроцинк» в 1959 г. установлен за обжиговой печью первый котел для охлаждения и утилизации тепла обжиговых газов вместо охлаждаемых газоходов, временно заменяющих котлы.
Обжиг цинковых концентратов производится при температуре кипящего слоя 900—950°; под сводом печи температура понижается до 800—880°, а перед циклонами — до 500—600°.
Средний расход воздуха при обжиге около 2000 м3/т концентрата, это соответствует линейной скорости дутья, отнесенной к площади пода 10 см/сек; давление в воздухопроводе перед печью колеблется в пределах 1000—2200 мм вод. ст.
В табл. 1 сведены основные показатели эксплуатации печей для обжига цинковых концентратов.
Обжиг цинковых концентратов

Поддержание заданного технологического режима обжига обеспечивается системой автоматического управления, включающей регуляторы питания печи концентратом по заданной температуре кипящего слоя, стабилизаторы расхода воздуха (дутья) и давления газа под сводом. Точность регулирования характеризуется тем, что отклонения от заданных значений температуры кипящего слоя не превышают ± 15°, питания печи ±3%, расхода воздуха ±2% и давления под сводом ±0,3 мм вод. ст. Сигнализация, блокировка механизмов и автоматическое программное включение вибраторов для выбивания пыли из стояков и циклонов обеспечивают полную механизацию и автоматизацию печи. Принципиальная схема узла автоматизации промышленной печи для обжига цинковых концентратов в кипящем слое показана на рис. 19.
Обжиг цинковых концентратов

Как отмечалось, при достаточно сухом концентрате вполне допустимо ограничиться одним регулируемым тарельчатым питателем. Можно обойтись также без весоизмерителя, поскольку показания последнего на практике строго пропорциональны регистрируемой прибором температуре кипящего слоя.
Основные подтвержденные практикой преимущества печей для обжига в кипящем слое по сравнению с многоподовыми печами с механическим перегребанием тех же габаритов, таковы;
1) производительность выше в 3—4 раза, что, однако, не является пределом;
2) существенно улучшается качество огарка, что позволило увеличить прямое извлечение цинка и кадмия из концентратов на 1—2%:
3) концентрация сернистого ангидрида в газах на выходе из печей, повысилась вдвое, что позволило на 20—30% увеличить производительность сернокислотных цехов, использующих эти газы. При устранении подсосов в газовом тракте эффективная производственная мощность сернокислотных цехов может возрасти па 50%;
4) агрегаты для обжига в кипящем слое легко поддаются полной механизации, автоматизации, что, в частности, создает особо благоприятные условия труда;
5) утилизация избыточного тепла, выделяющегося при окислении сульфидов, дает возможность получить до 0,8 т пара на 1 т концентрата, обжигаемого в кипящем слое.
Печи для обжига в кипящем слое имеют простую конструкцию, комплектуются из стандартного оборудования и могут быть в короткие сроки построены на любом металлургическом заводе заново или перереконструированы из действующих многоподовых печей.
Переход заводов России на новый метод обжига позволил получить дополнительно десятки тысяч тонн серной кислоты, более тысячи тонн цинка, десятки тонн кадмия и сэкономить несколько тысяч тонн мазута. Экономия прямых затрат от внедрения в цинковой промышленности России обжига в кипящем слое составила к началу 1959 г. около 200 млн. руб. Обжиг в кипящем слое в России используется шире, чем в капиталистических странах, где он применяется, на отдельных заводах. За рубежом заслуживают внимания опыты по обжигу цинковых концентратов в кипящем слое, проведенные в ГДР на опытной печи во Фрайберге, где достигнута удельная производительность печи 12— 13 т/м2*сутки.
Получение цинка пирометаллургическими методами предъявляет к огарку от обжига цинкового концентрата требования, отличные от требований, предъявляемых гидрометаллургией: содержание свинца и кадмия должно быть минимальным, а серы — не выше 1%; зерна огарка должны быть крупнее зерен концентрата.
Огарок, пригодный для производства цинка дистилляцией, был получен в 1958 г. сначала в укрупненно-лабораторной печи Гинцветмета, а затем в прямоугольной опытно-промышленной печи Беловского цинкового завода с площадью пода 8,4 м2. При температуре около 1100°, скорости воздушного дутья около 20 см/сек и избытке воздуха ~ 20% против количества, теоретически потребного для полного окисления сульфидов, обжигалось до 135 г в сутки концентрата с 46—48% цинка. Полученный огарок содержал 0,74% серы, 0,23% свинца и следы кадмия. Из огарка было возогнано около 84% свинца и 99% кадмия. Более трети зерен в огарке укрупнилось до размера не менее 0,3 мм. Выход циклонной пыли составил всего лишь около 15% от загруженного концентрата. Уловленные из газов после грубой очистки в циклонах возгоны содержали до 20% свинца и до 4% кадмия. Огарок по химическому и гранулометрическому составу оказался пригодным для получения цинка пирометаллургическими методами. Содержание сернистого ангидрида в обжиговых газах составило около 10%.
Как правило, с повышением температуры обжига выше 1000° наблюдалось снижение содержания в огарке серы, свинца и кадмия, а также укрупнение зерен огарка и связанное с этим уменьшение выноса пыли.
Описанный режим обжига цинковых концентратов в кипящем слое с получением огарка, пригодного для дистилляции, в одну стадию будет в ближайшее время внедрен в промышленном масштабе на Беловском цинковом заводе, чем будет завершен перевод на обжиг в кипящем слое всех цинковых концентратов на всех цинковых заводах России.
Усовершенствование обжига цинковых концентратов должно идти в направлении: стандартизации методов подготовки концентрата перед обжигом, повышения качества огарка за счет разрушения ферритов цинка, повышения удельной производительности печи вследствие интенсификации отвода избыточного тепла, применения кислорода, получения пара, усовершенствования конструкции печей и внедрения полной автоматизации процесса.