Машиностроение и механика

Практика обжига в печи КС

Для поддержания нормального режима обжига в печи КС необходимы следующие условия: а) постоянство минералогического и дисперсного состава шихты и скорости загрузки ее в слой; б) равномерное распределение дутья по площади подины; в) постоянство заданного давления в воздушной коробке под подиной; г) постоянство тягового режима в пылегазовом тракте для отвода технологических газов.

Перечисленные выше условия направлены главным образом на создание равномерного и устойчивого псевдоожижения. В производстве нормальное состояние кипящего слоя создается при давлении дутья 15 - 16кПа, из них 4 - 6 кПа приходится на преодоление гидравлического сопротивления подины печи. Следовательно, гидравлическое сопротивление КС должно составлять ~ 10 кПа. Такое давление должен создавать спокойный слой огарка на подине, а это соответствует ~ 1 т/м² (в согласии с практикой загрузки печи огарком при ее запуске).

Для нормальной работы системы теплоотъема и пылеулавливания серьезные помехи создают пылевые отложения в пылегазовом тракте. Повышение в отходящих газах вызывает сульфатизацию и упрочнение этих пылевых отложений, что затрудняет их удаление. Сульфатизация отложений становится возможной по мере охлаждения пыли.

Влияние условий обжига на технологические показатели процесса

Важнейшими технологическими показателями обжига являются следующие: 1) производительность; 2) распределение обжигаемой шихты по продуктам обжига (огарок и пыль); 3) концентрация SO₂ в технологических газах; 4) качество огарка (дисперсность и содержание сульфидной серы, растворимых сульфатной серы и цинка, кремнезема и железа).

Рассмотрим условия и их влияние на эти показатели обжига.

Производительность. Обжиг цинкового концентрата в теплотехническом отношении является сжиганием высокозольного топлива. Если сульфидные зерна крупные, то на них образуется толстый слой окалины и горение будет протекать во внутридиффузионной области. В этом случае внешними воздействиями скорость горения не повысишь. Но если зерна сульфида умеренной крупности (характерной для флотационных концентратов), то, при 950°С горение протекает во внешнедиффузионной области до полного окисления зерен, т.е. скорость горения ограничена молекулярной диффузией 0₂ через газовую пленку вокруг горящих зерен. Чем больше градиент концентрации 0₂ во внешнедиффузионном слое, тем выше скорость горения. Величину grad можно повысить или уменьшением толщины диффузионного газового слоя в результате повышения скорости газа относительно зерен сульфида, или увеличением в дутье (обогащение воздуха кислородом). Скорость газа относительно зерен наибольшая в кипящем слое, наименьшая — в спокойном слое, омываемом воздухом по внешней поверхности. Поэтому переход на обжиг в печах КС сразу повысил удельную производительность до 4,8-5,5 т/ (м² ·сут).

Интенсификация обжига в КС в отечественной практике пошла по пути обогащения дутья кислородом при сохранении дутьевого режима [скорость дутья 10-13 см/с и удельный расход дутья 350-450 м³/(м²·ч)]. Это позволило существенно повысить производительность, так как окисление сульфида во внешнедиффузионной области имеет первый порядок по кислороду [см. уравнение (8.13)]. Практика показала, что рационально повышать в дутье до 28—32%. При этом достигается производительность 8-10 т/(м²·сут). Дальнейшее обогащение дуля кислородом не целесообразно экономически (прирост производительности уменьшается и не окупает стоимости дополнительно затраченного кислорода) и сложно технически (затруднен достаточно быстрый отъем тепла из КС во избежание чрезмерного перегрева слоя).

Интенсификация обжига кислородом привлекает возможностью использовать печи первоначально принятого типа конструкции. В социалистических странах, для которых характерна кооперация производств, применение кислорода как интенсификатора экономически выгодно при комплексном использовании компонентов воздуха, из которого получают как технический кислород, так и N₂, Ar, Кг, Хе, Не.

В капиталистических странах был выбран путь интенсификации обжига за счет повышения скорости дутья. Это обусловлено энергоемкостью производства кислорода, что при энергетическом кризисе и трудностях кооперации в использовании побочных продуктов производства кислорода делало нецелесообразным его использование.

Повышение скорости дутья и удельного расхода воздуха [до 600-675 м³/(м²-ч)] усиливает пылеунос из КС. В зарубежной практике при форсированном дутье воздуха выпуск огарка через порог невысок. Это увеличивает долю обжига шихты во взвешенном состоянии и снижает производительность по обожженному материалу, пригодному для выщелачивания, а также влечет другие нежелательные последствия (см. ниже). Чтобы избежать значительного пылеуноса и повысить степень десульфуризации пыли, печи КС делают с большим объемом надслоевого пространства: высокие (до 12-17 м) и расширяющиеся в верхней части (в 1,3-1,5 раза). В результате скорость газа по выходе из КС значительно уменьшается и пыль оседает обратно в КС или дольше витает в надслоевом пространстве и полней окисляется. Температура - наиболее эффективный интенсификатор технологических процессов даже в диффузионной области. Однако повышение t > 970°C при обжиге обычной цинковой шихты нецелесообразно (гранулированную шихту обжигают и при 1000°С). Это вызвано тем, что при более высоких температурах ухудшается качество огарка для последующей гидрометаллургической переработки.

Распределение обжигаемой шихты по продуктам обжига. Технологически важно ограничить унос обжигаемого материала из печи КС в пылегазовый тракт, так как это облегчает теплоотъем и пылеулавливание в пылегазовом тракте.

Обычно на печах отечественной конструкции при t = 950÷970°С выход твердых продуктов составляет, % к их сумме: огарка 65; пыли циклона 30 (при наличии кессонированного стояка в нем осаждается 1/3 этого количества); пыли электрофильтров 3,3; пыли газоходов 1,7. Если температура в слое выше, то выход пыли уменьшается. Если концентрат имеет повышенную дисперсность (получен обогащением тонковкрапленных руд), то выход пыли увеличивается.

Концентрация SO₂ в технологических газах. Повышение в газах улучшает его использование в производстве H₂SO₄. На воздушном дутье получают обжиговые газы, содержащие 8,5-10% S0₂ на выходе из печи КС, далее по тракту из-за подсосов воздуха снижается. В зарубежной практике имеются примеры повышения добавками элементарной серы в шихту для обжига цинковых концентратов или подачи в дутье печи КС технологических газов агломерирующего обжига свинцовых концентратов. Применение дутья, обогащенного кислородом, повышает до 12-15 % в технологических газах на выходе из печи КС.

Качество огарка определяется соответствием его указанным выше требованиям. Чтобы в огарке содержалось не более 0,1—0,3% сульфидной серы, необходимо достичь степени десульфуризации концентрата при обжиге на 99,0—99,7%.