title-icon
Яндекс.Метрика
» » Обжиг медьсодержащих шихт

Обжиг медьсодержащих шихт

Подготовка обжигом — наиболее сложный способ. Это — химическая подготовка. Ее первый этап — составление шихты, не отличается от подготовки шихты для плавки сырого концентрата.
Основная задача передела — удаление излишней серы. Кроме того, решаются следующие вспомогательные задачи: получение газа, пригодного для производства серной кислоты; хорошее перемешивание шихты; разогрев ее (горячая шихта быстрее плавится); некоторое укрупнение (спекание) шихты (укрупненная шихта меньше пылит).
При обжиге шихты в многоподовых печах в ней рекомендуется иметь около 26 ± 1 % серы. Шихта с высоким содержанием серы (28—30%) чрезмерно разогревается, а с низким (20—22,0%) окисляется вяло (холодно). Печи КС работают хорошо при содержании серы в шихте 15—35%.
Основные химические реакции обжигового передела. При нагревании шихты прежде всего испаряется влага. В печах КС это происходит за доли секунды. Следует заметить, что и остальные процессы в печи КС происходят быстро, в течение, по-видимому, 1 ч. При этом небольшая часть частиц вылетает из слоя мгновенно и дообжигается над слоем, большая часть «кипит» в слое 30—40 мин и часть находится в слое несколько часов. В слое обжигаемого материала при 700—900° С протекают следующие реакции:
1. Диссоциация высших сульфидов и карбоната кальция
2FeS2 = 2FeS + S2,
2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 1/2S2;
2CuS = Cu2S + 1/2S2.

Эти реакции происходят с затратой тепла примерно по 82 кДж на 1 г*атом серы. В нагретом до 900° С материале в значительной мере диссоциирует известняк: CaCO3 = CaO + CO2. На разлoжение одного моля известняка затрачивается 176 кДж.
2. Горение паров серы S2 + 2О2 = 2S02. При этом на каждый полученный моль SO2 выделяется -295 кДж. Это тепло теоретически может нагреть смесь газов до 1900° С, что указывает на необходимость тщательного контроля за температурой и отвода избыточного тепла.
3. Окисление сульфидов: 2FeS + 3V2О2 = Fe2Og + 2SО2.
При осуществлении этой реакции выделяется почти 1260 кДж тепла и продукты реакции могут нагреться до 1600° С. Это снова указывает на необходимость тщательного контроля за температурой. Частично окисляется и сульфид меди: Cu2S + 1,5O2 = Cu2O + SO2.
Считают, что окись меди реагирует с сульфидом железа с образованием вторичного сульфида: Cu2O = FeS = Cu2S + FeO. Эта реакция протекает не полно.
Выход продуктов обжига. Изучая основные реакции обжигового передела, можно заметить, что масса твердых продуктов процесса — обожженной шихты (огарка) — меньше массы сырой шихты. Например, из 2 молей пирита (240 г) получается 1 моль окиси железа (160 г), из 1 моля карбоната кальция (100 г) получается 56 г CaO. Отношение массы полученного огарка к массе шихты, взятое в процентах, принято называть выходом огарка. В нашем примере выход огарка при обжиге пирита равен 66,7%, чистого известняка 56%. Полезно знать, что масса газов, получаемых во время обжига, больше массы огарка. Проследим это на примере окисления пирита:
2FeS2 + 5,5O2 = Fe2O3 + 4SО2

(в граммах: 240 + 5,5*32 = 160 + 4*64).
С 5,5 молями кислорода в печь поступило 5,3*3,8 = 21 моль азота или 21*28 = 588 г. Всего газа получено 4*64 + 21*28 = 844 г, т. е. в 5,3 раза больше, чем окиси железа (844 : 160 = 5,3). Отсюда следует, что отводу газов, их охлаждению, очистке и использованию надо уделять очень большое внимание.
Температурный режим. Практика отечественных заводов показала, что в печах КС целесообразно поддерживать температуру около 900° С. При этом шихта несколько укрупняется, не пылит и не образуются сульфаты металлов (CuSO4 и FeSO4). Температуру слоя поддерживают на этом уровне, охлаждая слой с помощью кессонов или элементов испарительного охлаждения. Снижают температуру и увеличивая влажность шихты.
Необходимую степень десульфуризации (50 ± 5%) обеспечивают подачей определенного расчетом количества воздуха на 1 кг концентрата. Обычно подают 0,7—0,9 м3;кг.
Состав обжиговых газов. Определим теперь на основании главных реакций обжига содержание SO2 в газах:
а. Горение пара серы: S2 + 2О2= 2SО2. По уравнению реакции видно, что мы получим газ с 21% SO2. Практически газ будет беднее (15—16% SO2), потому что разбавляется парами воды, углекислым газом (от диссоциации известняка), а также избытком воздуха (около 10%) по сравнению с теоретически необходимым.
б. Горение FeS : 2 FeS + 3,5O2 = Fe2O3 + 2SО2. По этой реакции теоретическое содержание SO2 13,1%.
Этот газ тоже будет разбавлен до 9—11%. В смеси газов от первой и второй реакций будет 12—14% SO2. Обогащая дутье кислородом, можно получить газ с 18—20% SO2. В многоподовых печах удается получить газ только с 8—7% SO2.
Условия кипения и производительность печей КС. Явление «кипения» или псевдоожижения мелкого материала наступает при пропускании воздуха снизу через слой шихты, когда избыточное давление воздуха под слоем Ap станет равным или превысит давление массы слоя:
Ap = hc(1 — е)y,

где Ap — избыточное давление, Па; hc — высота слоя огарка в спокойном состоянии; у — плотность огарка, кг/м3; е — доля пустот в слое свободного лежащего огарка, е часто равно 0,5—0,55; е принято называть порозностью слоя.
Пример. Найти Ар, если известно, что hc = 1 м; е = 0,5 м; y = 4000 кг/м3. Ответ: Ap = 1*(1—0,5)*4000 = 20 кПа (около 2000 мм H2O).
В момент начала кипения слой увеличивается в объеме (раздувается) на 10—20%. Кипение происходит спокойно. Слой материала становится похожим на медленно текущую жидкость. С увеличением скорости дутья объем слоя увеличивается на 30—50%, кипение становится бурным с выбросами-всплесками. Такой слой называют барботажным. При дальнейшем увеличении скорости дутья мелкий материал выносится. Остается и кипит только «постель» из крупных частиц (1—3 мм). Работают обычно в барботажном режиме или на унос. Обычная рабочая скорость в печи 18—25, повышенная 40—50 см/с.
Скорость воздуха в отверстиях фуры 50—60 м/с. Отношение сечения отверстий фурм к сечению печи 0,4—0,8%. Обычная высота слоя 1,0—1,2 м. Вынос материала из печи 40—90 %. Поэтому необходима хорошая очистка газов от пыли.
Для этого служит система: стояки-холодильники —> циклоны —> групповые циклоны —> электрофильтры. Пыль, улавливаемую во всех этих аппаратах, объединяют с огарком, вытекающим из печи через порог, и направляют в плавильные печи при температуре 400—500° С.
Современные печи КС имеют общую производительность до 1500—1600 т шихты в сутки. Старые многоподовые печи обжигают около 250 т/сут. Удельная производительность печей КС в расчете на 1 м2 пода в сутки достигает 100 т при интенсивном режиме с выносом шихты, а обычная примерно 30 т/(м2*сут). Содержание серы в огарке часто бывает 15± 2%, а меди 12—15%.

title-icon Подобные новости