Проектирование участка обжига цинкового концентрата в печах кипящего слоя, производительностью 100 тыс.т/год с комплексом природоохранных мероприятий, страница 3

1. высокая производительность (удельная производительность по площади пода в 3-4 раза выше, чем в многоподовых печах, и в 1,5-2 раза выше, чем при обжиге во взвешенном состоянии);

во взвешенном состоянии или 0,3-1,0% при обжиге на подах);

3. повышение концентрации  в газах (это улучшает их утилизацию на получение );

4. автотермичность с высокой степенью утилизации технологического тепла;

5. упрощение подготовки шихты и обслуживания печи (возможность полной механизации, автоматизации, увеличение длительности кампании печей КС).

Применение печей КС для окислительного обжига цинкового сырья позволило резко сократить капитальные и эксплуатационные затраты на передел по сравнению с другими способами обжига, а также существенно улучшить санитарно-гигиенические условия труда обслуживающего персонала и прекратить выброс вредных веществ в атмосферу.

1. Технологическая часть

1.1. Технология обжига

1.1.1. Физико-химические основы процесса обжига

Происходящие при обжиге цинковых концентратов процессы представляют собой сложные гетерогенные взаимодействия различных сульфидов сырья с кислородом воздуха, а также с твердыми и газообразными продуктами обжига.

От температуры начала заметного окисления сфалерита и до 900 первичным твердым продуктом окисления является ZnO:

, (1.1.)

Однако при больших температурах обнаруживается возгонка материала при обжиге ZnS. Причем чем интенсивней окисление ZnS за счет повышения t и , тем больше дебаланс между убылью количества ZnS и прибылью количества ZnO в обжигаемых образцах. Это обусловлено протеканием окисления по реакции:

, (1.2.)

Далее пары цинка окисляются. Реакция (1.2.) является суммарной и включает диссоциацию ZnS на Zn и .

Изоморфное железо при окислении (Zn, Fe)S сразу образует  и полностью связывается с цинком в феррит.  

В окалине на зернах сфалерита сульфатная сера обнаруживается во внешней части, удаленной от поверхности сульфидного ядра. Это свидетельствует об образовании сульфатов цинка в результате взаимодействия ZnO с  (вторичные сульфаты). При этом образуется или , или . На воздухе в изотермических условиях  устойчив до 670, а  - до 760. При наличии в газовой фазе  эти сульфаты не диссоциируют и при более высоких температурах. Сульфатизации подвержен не только оксид цинка, но и феррит цинка, т.е. сульфатизация цинка снижает его ферритизацию. Таким образом, вторичные сульфаты цинка в зависимости от температуры и  образуются по реакциям:

При повышении температуры обжига степень сульфатизации ZnO и изменяется, проходя через максимум. Температура максимума сульфатизации зависит от концентрации  в газовой фазе, а значит, от концентрации  и .

Ферритизация цинка возможна и в результате взаимодействия ZnO и , образовавшимся от окисления отдельных зерен сульфидов железа. Степень протекания тонкой ферритизации зависит от условий обжига: повышение температуры при обжиге и наличие сростков зерен ZnS и  способствуют ферритизации цинка [1].

Силикаты цинка образуются при обжиге концентрата в результате взаимодействия кремнийсодержащих нерудных минералов с окислами тяжелых металлов, получаемых при окислении сульфидов. При обжиге образуются:

Ø  ортосиликат цинка (), образованию которого сильно способствует наличие соединений свинца;

Ø  простые силикаты свинца;

Ø  двойной силикат цинка и свинца;

Ø  сложные силикаты цинка и свинца с компонентами нерудных минералов.

Степень образования силикатов резко увеличивается с повышением температуры и уменьшением крупности реагирующих веществ, а также с увеличением продолжительности их взаимодействия.

Свинец, присутствующий в концентрате, вредно действует на качество продуктов обжига, образуя легкорастворимые силикаты, которые оплавляют частицы огарка. В процессе обжига образуется также сульфат свинца и другие соединения [2].

1.1.2. Кинетика процесса