Обжиг руд цветных металлов
Назначение обжига — окисление серы и снижение ее содержания, а также перевод части сульфидов железа и меди в окислы. Таким образом, наиболее распространенным является окислительный обжиг медных руд и концентратов. В отдельных случаях применяется агломерирующий обжиг, который, помимо удаления серы, предназначен и для окускования материала. Шихта для окислительного обжига содержит 70—80% медных концентратов, 15— 20% кварцевых флюсов, 2—3% известняка и 2—3% оборотных материалов. Обжиг медных концентратов обычно производится в многоподовых печах с механическим перегребанием материала, а также в печах с кипящим слоем и во взвешенном состоянии. Схематическое изображение печи для обжига в кипящем слое показано на рис. 1. В этом случае материал с помощью загрузочного устройства подается в рабочую камеру на под печи. Под печи устроен таким образом, что материал не может проваливаться вниз и в то же время обеспечивается равномерное распределение воздуха, подаваемого снизу из воздушной коробки. Скорость подачи воздуха подбирается такой, чтобы обеспечить непрерывное движение всех частиц в пределах высоты слоя. В результате происходит интенсивное окисление сульфидов. Процесс является высокопроизводительным и дает повышенное (до 12— 14%) содержание SiO2 в отходящих газах.
Рисунок 1. – Обжиг в кипящем слое 1 — бункер сырья с питателем; 2 — весовой дозатор; 3 — однокамерная печь кипящего слоя; 4 — выгрузка материала; 5 — котел-утилизатор; 6 — циклон, 7 — пластинчатый электрофильтр; 8 — осадительные электроды; 9 — выгрузка пыли
При обжиге во взвешенном состоянии смесь концентрата вводится в верхнюю часть камеры сжигания с помощью вентилятора или инжектора. В камере происходит распыление концентрата и его воспламенение. Снизу навстречу падающему материалу в камеру сжигания подается сжатый воздух. В результате концентрат поддерживается во взвешенном состоянии. Обжиг идет при температуре 850—1000° С. Процесс обжига во взвешенном состоянии характеризуется простотой в обслуживании и легкостью регулировки, а также высокой производительностью (в 4—10 раз больше, чем в многоподовых печах). Содержание Б02 в отходящих газах 6—12%. При взаимодействии сульфидов с воздухом происходит их окисление. Температура воспламенения различна для различных сульфидов и зависит от крупности частиц.
Шихта, поступающая в обжиговую печь, предварительно измельчается до крупности частиц не более 3—4 мм. Количество тепла, выделяющееся в печи, зависит от содержания серы в шихте. Нижний предел содержания серы в шихте составляет 23%. В этом случае при сгорании пирита выделяется тепло в количестве достаточном для обжига, и не требуется топлива. Верхний предел содержания серы в шихте ограничивается максимально допустимой температурой обжига. Температура обжига на средних подах, где развиваются максимальные температуры, обычно не превышает 850° С, так как повышение температуры приводит к спеканию и даже оплавлению материала и затруднению обжига.
Количество воздуха для горения определяют, исходя из условия получения в отходящих газах не менее 4% SiO2. С отходящими газами выносится пыль в количестве 10—15% от массы шихты. Эта пыль улавливается в циклонах и электрофильтрах. При обжиге в огарок извлекается 99,6—99,8% Сu. Производительность многоподовых печей сравнительно невелика. Например, в десятиподовой печи с общей площадью подов 250—280 м 2 обжигается в сутки 225—275 т шихты. При этом с 1 м 2 пода выгорает до 200 кг серы. Отходящие газы содержат 6—8% SiO2.
Общая характеристика обжига
Обжигом называются все физико-химические превращения материалов, происходящие при их нагреве без доведения до полного расплавления.
По химизму происходящих процессов различают следующие разновидности обжига: окислительный, сульфатизирующий, кальцинирующий, хлорирующий и восстановительный.
По физическому состоянию получающегося обожженного продукта существуют два типа процесса: обжиг на порошок и обжиг со спеканием.
По характеру промышленного осуществления обжига на порошок известны две его разновидности: обжиг в слое и обжиг во взвешенном состоянии.
В соответствии с перечисленными разновидностями применяются следующие типы обжиговых печей:
- многоподовые механические печи;
- барабанные вращающиеся печи;
- печи для обжига во взвешенном состоянии;
- печи для обжига в кипящем слое;
- агломерационные машины;
- шахтные печи.
В цветной металлургии наибольшее значение имеет окислительный обжиг сульфидных руд, концентратов и полупродуктов, применяющийся в производстве меди, никеля, свинца, цинка, олова, редких и благородных металлов. В производстве легких металлов — алюминия и магния — применяется спекающий и кальцинирующий обжиг.
Основное преимущество печей для обжига в слое — возможность их использования для всесторонней подготовки шихты для плавильных печей—отражательных и электрических. Эта подготовка шихты состоит из собственно обжига шихтовых материалов, тщательного их перемешивания и подогрева всей шихты теплом экзотермических реакций до 400—600°.
Основной недостаток обжиговых печей для обжига в слое — недостаточный контакт материала с газовой фазой — только по открытой поверхности, в то время как главная масса обжигаемого материала скрыта в глубине толстого слоя, куда доступ газов и тепла весьма затруднен. Вследствие торможения газообменных и теплообменных процессов обжиг материалов в перегребаемом слое идет вяло и для его завершения требуется длительное время пребывания материала в печи — от 2 до 10 час.
Стремление уничтожить основной недостаток в работе печей для обжига в слое и значительно интенсифицировать процесс обжига привело к созданию новых промышленных процессов, известных под общим названием обжига во взвешенном состоянии. Суть обжига во взвешенном состоянии заключается в ликвидации плотного слоя материала, который перемешивается с воздухом. Создаются аэросмеси с различным соотношением твердого материала и газовой фазы.
В печах для обжига в кипящем слое обжигаемый материал, предварительно достаточно измельченный и подсушенный до содержания в нем не выше 6% влаги, подается специальными питателями в рабочее пространство печи.
Наряду с отмеченными преимуществами обжига во взвешенном состоянии у этого процесса имеются и серьезные недостатки. К ним следует отнести в первую очередь усиленный унос пыли из печей, достигающий 50% и более, и невозможность использования обжиговых печей для изготовления шихтовых смесей из материалов различной крупности и различного удельного веса. Кроме того, ухудшается взаимодействие материалов в твердой фазе, что иногда может затруднить получение желаемого состава огарка. Наконец, весьма серьезный недостаток печей для обжига в кипящем слое — повышенное настылеобразование при обжиге материалов, склонных к спеканию.
Шахтные печи для обжига материалов в цветной металлургии не применяются.
В зависимости от содержания серы в исходном материале и конечных продуктах обжиговые печи могут работать с различным расходом углеродистого топлива — от 0 до 100% по отношению к массе обжигаемого материала. Потребность в углеродистом топливе уменьшается при увеличении содержания серы в исходных материалах и конечных твердых и газообразных продуктах обжига, а также при понижении температуры отходящих газов. Поэтому, например, для частичного обжига многосернистого материала расход углеродистого топлива приближается к нулю и вся потребность в тепле покрывается в результате экзотермических реакций окисления сульфидов. В ряде случаев имеются даже избытки тепла, которые надо удалять из печей. При полном обжиге малосернистого материала расход углеродистого топлива значителен. Температура отходящих газов обжиговых печей определяется условиями технологического процесса и кондицией обожженного материала, которые требуют, чтобы в конце печи был определенный уровень температуры.
Обжиг медных руд и концентратов
Обжиг
ОБЖИГ (а. roasting; н. Rosten; ф. calcination, grillage; и. соccion, соcimiento, calcinacion) — процесс термической обработки материалов, осуществляемый для направленного изменения их физических свойств и химического состава. Обжиг применяют для подготовки руд и концентратов к последующему переделу (обогащению, окускованию, дистилляции, плавке и др.) или получения конечных продуктов (извести, цемента, пористых заполнителей, керамических изделий и др.). Обжиг заключается в нагреве материалов до определённой температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении с заданной скоростью. Различают термический обжиг с диссоциацией соединений, окислительный и сульфатизирующий; различные виды восстановительного и хлорирующего обжига.
Термический обжиг с диссоциацией соединений включает: декарбонизирующий обжиг (удаление кислоты при обжиге известняка, доломита, магнезита, фосфорита и др.); пирротинизирующий обжиг (перевод парамагнитного пирита в сильномагнитные моноклинные пирротины); дистилляционный обжиг (выделение из руд или концентратов сурьмы, ртути, мышьяка в парообразном состоянии); спекающий обжиг (перевод извлекаемых металлов в соединения, растворимые в воде; применяется в основном в алюминиевой промышленности при производстве глинозёма из бокситов спеканием с содой или щёлочью).
Окислительному обжигу обычно подвергают сульфидные руды с целью полного или частичного удаления серы и перевода сульфидов железа в легкошлакуемые при последующей плавке оксиды. Сульфатизирующий обжиг применяют перед гидрометаллургическим переделом для перевода извлекаемых цветных металлов в водорастворимые сульфаты, а железа — в нерастворимые в воде оксиды. Восстановительный магнетизирующий обжиг бедных железных руд используется для перевода немагнитных и слабомагнитных оксидов железа в искусственный магнетит, восстановительно-металлизирующий обжиг — для прямого получения губчатого железа и железных порошков, восстановительно-дистилляционный обжиг — для получения сурьмы (отличается от дистилляционного обжига наличием твёрдого или газообразного восстановителя), восстановительно-сульфидизирующий обжиг — для переработки бедных никель-кобальтовых руд (оксиды никеля, железа и кобальта при обжиге сульфидируются).
Восстановительно-хлорирующий обжиг применяется для облегчения извлечения титана, ниобия, тантала и меди из никелевых концентратов (обжиг проводится в присутствии восстановителя и газообразного хлора). Восстановительно-хлорирующий сегрегационный обжиг используется при подготовке труднообогатимых руд цветных металлов к флотации или магнитной сепарации, осуществляется в присутствии твёрдого восстановителя с добавкой хлоридов натрия или кальция. Цель хлорирующего обжига — превратить оксиды и сульфиды металлов в хлориды. Обжиг иногда совмещают со спеканием руды или концентрата с активными добавками (сода, мел и др.) или компонентами шихты (обжиг с окускованием для облегчения последующей переработки). Обжиг проводят в печах (шахтных, многоподовых, вращающихся, трубчатых, барабанных, кипящего слоя) и в обжиговых и агломерационных машинах.
Пирометаллургические процессы
Пирометаллургические процессы по характеру поведения участвующих
в процессе компонентов и их конечным результатам делят на три группы:
обжиг, плавка и дистилляция.
Обжиг – пирометаллургический процесс, проводимый при температурах
500…1200 °С с целью изменения химического или фазового состава пере-
рабатываемого сырья.
В цветной металлургии наиболее часто применяют следующие виды обжига:
1. Кальцинирующий (прокалку). Его применяют для термического
разложения (диссоциации) неустойчивых химических соединений путем
нагрева до определенных температур.
2. Окислительный обжиг проводят для подготовительной обработки суль-
фидных руд и концентратов с целью частичного ли полного перевода
сульфидов в оксиды. К окислительному процессу относится и агломе-
рирующий обжиг (обжиг со спеканием) сульфидных материалов. Этот
вид обжига имеет целью одновременно с окислением спечь материал.
3. Хлорирующий обжиг проводят с целью перевода оксидов или сульфи-
дов в водорастворимые или летучие хлориды.
Плавка – пирометаллургический процесс, проводимый при температурах.
Обеспечивающих в большинстве случаев полное расплавление перерабаты-
ваемого материала. Различают две разновидности плавок – рудные и рафи-
нированные:
1. Восстановительная плавка – самый старый способ получения метал-
лов из руд. Сущность её заключается в получении металла за счет
восстановления его оксидных соединений углеродистыми восстанови-
телями и перевода пустой породы в шлак. В цветной металлургии вос-
становительную плавку применяют при производстве, например, олова
и свинца.
2. Плавка на штейн применяют при переработке руд некоторых тяжелых
цветных металлов с переводом извлекаемых металлов в полупродукт,
называемый штейном. Кроме штейна при плавке получают шлак, кон-
центрирующий в себе оксиды руды и флюсов. Плавку на штейн можно
проводить в нейтральной, восстановительной или окислительной атмо-
сферах. Все разновидности плавки на штейн широко применяют при
получении меди и никеля.
3. Электролиз расплавленных солей проводят при воздействии постоян-
ного тока на расплавы оксидов или хлоридов, получающихся плавкой
перерабатываемого сырья в электролизере. Электролиз расплавлен-
ных солей можно применять для получения практически любого ме-
талла, но вследствие относительной дороговизны этот способ находит
применение только тогда. Когда другие. Более дешевые виды плавок
не могут быть использованы. Электролиз расплавов широко применяют
для получения алюминия, магния и ряда других легких и редких металлов.
4. Металлотермическая плавка используется при получении трудновосста-
новимых металлов, используют при получении ряда легких и редких ме-
таллов.
5. Реакционная плавка основана на получении металлов за счет взаимо-
действия их сульфидов с оксидами, присутствующими в перерабаты-
ваемом сырье одновременно. По методу реакционной плавки получают-
ся черновая медь при конвертировании медных штейнов и свинец.
Дистилляция – процесс испарения (возгонки) вещества при температуре. Не-
сколько превышающей точку его кипения. Позволяющий разделять компоненты
обрабатываемого металла в зависимости от из летучести. Дистилляционные
процессы до недавнего времени широко использовались в металлургии цинка и
применяются при получении ряда редких и легких металлов.
Связаться с нами:
Если у вас появились вопросы, вы можете связаться с нами любым из следующих способов:
Читайте также: