Технология обжига цинковых концентратов в печи кипящего слоя (стр. 2 из 18)
Температура более низкая чем указанный интервал, существенно влияет на скорость окисления сульфидов цинка, но в конечном итоге уменьшает производительность печи. Так, как в этой области температур скорость реакции окисления определяется кинетикой на поверхности зерна, и она мала по сравнению со скоростью диффузии, то именно она является - лимитирующей стадией.
Подчиняясь закону Аррениуса, скорость экспоненциально возрастает с повышением температуры. Таким образом, оптимальный интервал температуры является от 950-9800С.
Еще одной особенностью технологического процесса, является его автогенность, позволяющая не только надежно вести процесс обжига, но и утилизировать излишнее тепло, обусловленное экзотермичностью реакции, в частности окисления сульфидного сырья кислородом воздуха и выделения тепла, протекающих в реакционном пространстве печи.
Основные химические реакции протекающие в кипящем слое:
ZnS+1.5O2→ZnO+SO2+Q
Zno+SO2+0.5O2→ZnSO4+Q
Кроме основных реакций могут протекать и другие:
ZnS+3ZnSO4→4ZnO+4SO2-Q
FeS+2.5O2→Fe2O3+SO2+ Q
Эти химические реакции весьма ограниченно влияют на ведение технологического процесса, так, как их протекание сводится к минимуму, в условиях ведения процесса.
Особенность метода обжига цинковых концентратов в кипящем слое состоит в том, что газ участвующий в физико-химических процессах, в нашем случае это воздух обогащенный кислородом, должен одновременно обеспечивать требуемый аэродинамический режим кипящего слоя.
Различают три состояния слоя:
1. фильтрующий слой
2. кипящий слой
3. слой во взвешенном состоянии
При прохождении газового потока через сыпучую среду цинкового концентрата, с малой скоростью, слой сыпучего материала лежащего на газопроницаемой поверхности, он остается не подвижным и его объем не изменяется - в этих условиях он является фильтрующим.
При постепенном увеличении скорости газового потока, сопротивление слоя возрастает, в следствии трения газа о поверхность зерен концентрата и при прохождении струй газовой среды по каналам различного сечения образующихся между зернами концентрата. Достигая скорости газового потока равной гидростатическому давлению, обусловленному весом зерна, слой концентрата становится похож на вязкую жидкость, то есть переходит в псевдоожиженное состояние. Под действием силы тяжести перетекает от верхнего уровня к нижнему, всегда имеет горизонтальную поверхность, образуя кипящий слой. Скоростной напор воздуха, обеспечивающий псевдоожиженное состояние назван минимальной критической скоростью. В свою очередь минимальная критическая скорость зависит от гранулометрического состава концентрата находящегося в слое и рассчитывается теоретически. Однако практическое ее значение будет несколько выше минимально необходимого. Это значение находится между минимальным и максимальным, при котором слой загруженного в печь концентрата переходит во взвешенное состояние и составляет 0,11м/сек. Следовательно, кипящий слой - промежуточное состояние, между неподвижным фильтрующим состоянием слоя и перехода его во взвешенное состояние. Такое повышение интенсивности газового потока - выше минимальной необходимой скорости, обеспечивают образование газовых пузырей, которые двигаясь в слое, барботируют его, энергично перемешивая зерна и газ в кипящем слое. Доля газового объема кипящего слоя - называется пористостью слоя. При таком интенсивном перемешивании одни зерна преимущественно мелкие быстро проходят путь от загрузки в выгрузке, другие более крупные, больше циркулируют в кипящем слое [2,3].
Наиболее целесообразно размещать сливной порог, в печах кипящего слоя на высоте от 1.8-2.0 м, для выгрузки огарка. Это обуславливается тем, что уменьшение высоты кипящего слоя ниже указанных размеров, приводит к большому проскоку воздуха через слой, и увеличивается пылевынос из печи и ухудшается качество не только пыли но и огарка. При увеличении также высоты кипящего слоя происходит ухудшение, он приобретает большую тепловую энергию и плохо реагирует на изменение количества подаваемого в печь концентрата. В УК МК АО "Казцинк" в промышленных условиях высота кипящего слоя "КС-5" составляет от 1800мм, она рассчитана исходя из скорости протекания химической реакции, гидродинамических условий, обеспечивающее хорошее качество псевдоожижения и теплотехнических условий, обеспечивающих достаточную тепловую инерцию печи.
Использование воздуха обогащенного кислородом в качестве газа подаваемого в печь, при обжиге цинкового концентрата, дает возможность существенно увеличить скорость обжига, а также производительность печи, и что не менее важно повысить содержание сернистого ангидрида в отходящих газах, удешевить очистку газов, уменьшить потери тепла с отходящими газами. Опытными данными было установлено, что при повышении содержания кислорода в газовой смеси, подаваемой в печь, с 21% до 78,2% скорость процесса обжига в кипящем слое возрастает примерно вдвое, кроме того улучшается качество огарка. Получаемый огарок содержит почти вдвое меньше силикатного и ферритного цинка, что указывает на возможность повышения извлечения цинка при выщелачивании. На рис.3 показана зависимость десульфаризации при стационарной температуре, от концентрации кислорода в атмосфере обжига.
Рис.3. Зависимость окисления сульфида цинка от концентрации кислорода в газовой среде, при температуре равной 9500С
Кривая 1 - концентрация кислорода 50%;
Кривая 2 - концентрация кислорода 20%;
Кривая 3 - концентрация кислорода 10%;
Из приведенного рисунка видно, что скорость процесса окисления сульфидного цинка увеличивается почти вдвое при повышении концентрации кислорода в подаваемом в печь газа до 50-60%. Однако дальнейшее повышение концентрации кислорода в газе, не только не эффективно с экономической точки зрения, но и при эксплуатации промышленной системы управления технологическим процессом, делает ее неустойчивой. При температуре 9500С критическим значением концентрации кислорода в газе, делающим процесс управления неустойчивым является 0,0014кг/м3.
Для экономики цинкового производства существенное значение имеют обжиговые газы, направленные на сернокислотное производство, которые получены в результате окислительного процесса сульфида цинка. Одной из важнейших характеристик обжиговых газов является процентное содержание в них сернистого ангидрида, которое в зависимости от химического состава сырья и условий протекания технологического процесса может достигать 12-13% но не менее 6%. при воздушном дутье не обогащенным кислородом не менее 8%. Содержание свободного кислорода (12-14) %.
Обжиговые газы так же характеризуются и запыленностью, зависящей от гранулометрического состава концентрата и аэродинамического режима печи кипящего слоя.
В процессе окислительного обжига сульфидного сырья в печах КС образуются три продукта: огарок, пыль, газ. Пыль состоит из мелких фракций продуктов обжига.
В пыли по сравнению с огарком содержится меньше цинка. Содержание сульфатной серы в пыли выше, чем в огарке. В печах кипящего слоя наблюдается значительный пылевынос, который может достигать до 95% всего получаемого продукта. В промышленных условиях УК МК АО "Казцинк" в частности печи "КС-5"составляет 30-40%.
Таблица 1. Химический состав концентрата.
| Концентраты | Zn | Cd | Pb | Cu | Fe | Sобщ | As | Sb | SiO2 |
| Зыряновский | 53,0 | 0, 20 | 0,45 | 1,10 | 7,50 | 3,50 | 0,06 | 0,008 | 1,24 |
| Текелийский | 46,44 | 0,14 | 2,4 | 0,06 | 7,1 | 30,8 | 0,021 | 0,020 | 3,24 |
Таблица 2. Распределение твердых продуктов обжига.
| Наименование продукта | Всего продукта |
| Огарок | 65% |
| Пыль из циклонов | 29% |
| Пыль из электрофильтра | 4% |
| Пыль из газоходов | 2% |
Таблица 3. Химический состав огарка.
| Содержание компонентов, % | ||||
| Общий цинк | Кислоторастворимый цинк | Водорастворимый цинк | Сера сульфидная (Ss) | Сера сульфатная(Sso4) |
| 58-62 | 53-58 | 3,0-4,5 | 0,2-0,1 | 0,8-1,2 |
1.2 Технология и оборудование обжигового цеха в условиях УК МК АО "Казцинк"
Процесс обжига концентрата в печах КС в УК МК АО "Казцинк" осуществляется следующим образом. Шихта со склада концентратов грейферным краном загружается в приемный бункер обжигового цеха. Из бункера подается в дисковую дробилку на измельчение. Зазор между дисками (7,5 +2,5) мм. При транспортировке серы для пуска печей обязательно ее увлажнение до 12 % с целью предотвращения возгорания при дроблении. Шихта, прошедшая дробление в дисковой дробилке, выгружается на наклонный ленточный транспортер. С ленточного наклонного транспортера шихта подается на ленточный загрузочный транспортер. Для увеличения производительности печей КС применяется подшихтовка огарком подаваемого с участка классификации элеваторами № 1 и № 2 на загрузочный транспортер. С загрузочного транспортера шихта сбрасывается плужковыми сбрасывателями в приемные бункера печей КС. На каждой печи изготовлено по два приемных бункера. Бункера-накопители находятся непосредственно в печном отделении, изнутри бункера футерованы винипластом для устранения зависания материалов. Из бункера шихта, ленточным питателем, с регулируемой скоростью движения ленты, подается через течку в "кипящий слой" форкамеры. Форкамера служит для загрузки шихты в слой печи и позволяет регулировать "кипение" материала в нем путем изменения подачи количества воздуха от воздуходувной машины. Расход воздуха на форкамеру (900-2000) нм3/ч.