Обжиг цинкового концентрата

     ZnO+SO₃ = ZnSO₄,

     ZnFe₂O₄+SO₃ = ZnSO₄+Fe₂O₃ 

      3ZnO+2SO₃=ZnO^.2ZnSO₄     

     3ZnFe₂O₄+2SO₃=ZnO^.ZnSO₄+Fe₂O₃   

     При повышении температуры степень  сульфатиризации ZnO и ZnFe₂O₄ изменяется, проходя через максимум. Температура максимума сульфатиризации зависит от концентрации SO₃ в газовой форме, а значит от концентрации SO₂ и O₂, при чем с повышением кислорода в дутье до 28%, такие показатели работы печи, как производительность- увеличиваются, содержание SO₂ в отходящих газах - увеличивается, содержание цинка в огарке - увеличивается, с дальнейшим же ростом кислорода в дутье происходит обратное.

     Для гидрометаллургической обработки  имеет значение влияние условий  обжига на растворимость феррита  цинка. Чем мельче, пористей феррит, тем легче он растворяется. Укрупнению феррита способствует обжиг с t>1000^оС, быстрое охлаждение огарка дает обратный эффект, но более слабый.

     ZnSiO₄ - кислорастворимое силикатное образование технологически опасно. В условиях КС - образование результат сростков ZnS с породообразующими минералами, спекание соударяющихся зерен. Усилению образования способствует обжиг t>1000^оС, когда частичная отгонка цинка в результате реакции ZnS+1.5O₂=ZnO+SO₂ с последующей конденсации окислившегося цинка на силикатных фазах. Аналогичным образом усиливается и ферритизация цинка.

Тип аппаратурного оформление обжига в КС

     Конструктивно печи КС различаются профилем поперечного  сечения, величиной отношения надслоевого  объема печи к площади пода, способом загрузки шихты в печь, конструкцией воздухораспределительной подины. 

     Аппаратурная  схема обжига цинковых концентратов в печи КС 

     1 – воздушные камеры; 2 – воздухопровод; 3 – подина печи; 4 – кипящий  слой; 5 – загрузочная течка; 6 –  ленточный питатель; 7 – бункер  для дробленого концентрата; 8  и 10 – ленточные транспортеры; 9 – дисковая дробилка; 11 – бункер для концентрата; 12 – грейферный кран; 13 – печь КС; 14 – сводовая термопара; 15 – циклон; 16 – газоход; 17 – шнек-затвор; 18 – охлаждаемый стояк; 19 – течка для огарка; 20 – аэрохолодильник; 21 – дымосос; 22 – коллектор грязного газа; 23 – электрофильтр.

     На  рис. приведена схема цепи аппаратов  для обжига цинковых концентратов в  печи кипящего слоя (КС). Конструктивно  печи кипящего слоя различаются по форме поперечного сечения (круглое  или прямоугольное), по площади пода, отношению объема надслоевого пространства к объему кипящего слоя, конструкции сопел для подачи воздуха, методу загрузки шихты в печь.

     В настоящее время на цинковых заводах  работают печи кипящего слоя с площадью пода от 21-35 до 72-123 м². В них можно обжигать 100-800 т концентрата в сутки, т.е. от 5 до 10-20 т/(м²×сут). На многих заводах используют избыточное тепло кипящего слоя и тепло отходящих газов для производства пара.

     Очень ответственным элементом конструкции  печи является воздухораспределительная подина. Подину печи выполняют из жароупорного бетона на стальном перфорированном листе с вставленными в отверсти соплами для распределения дутья оавномерно по всей площади. Площадь сечения отверстий в соплах по отношению к площади пода составляет 0,8-1,0%. В форкамере сопла расположены чаще и воздуха на единицу площади попадают больше для предотвращения залегания загружаемой шихты на подину.

     Тонкие  фракции выносятся с дутьем из КС и обжигается во взвешенном состоянии. Пылевая часть огарка улавливается в пылеуловителях и выгружается из них на выщелачивания. Грубодисперная часть огарка выгружается из печи через сливной порог и тоже направляется на выщелачивание.

     Для стационарного теплового режима обжига необходим тепловой баланс в  КС, который обеспечивается отводом тепла из слоя, %: с обжиговыми газами 60, с огарком, с пылью и через стенки печи 20. Остальное тепло надо отводить специальными средствами, чтобы избежать нагрева в слое. Обычно это осуществляют трубчатыми кессонами испарительного охлаждения.

     Узел  пылеулавливания состоит из котла-утилизатора, одной или двух ступеней циклонов для грубого пылеулавливания  и электрофильтров для тонкого  пылеулавливания. Обеспыленный газ  направляют в сернокислое производство.

     Дутье воздуха в печь подают от трубовоздуходувки по воздуховодам в воздушную коробку, расположенную под воздухораспределительной подиной. А далее воздух через сопла в подине под определенным давлением поступает в КС.

     Транспортировку огарка печей КС осуществляют или  в виде пульпы, или в сухом виде. Транспортировка пульпы аппаратурно проще, чем сухого огарка. Но транспорт пульпы имеет тяд серьезных недостатков:

     1)отсуствие  буферного склада огарка перед  цехом выщелачивания;

     2)отсуствие  весивого контроля огарка, поступающего  на выщелачивание:

     3)усложнение  схемы выщелачивания операциями  гидроклассификации и обработки  песковой фракции.

     Отмеченные  недостатки гидротранспорта огарка обьясняют предпочтение в мировой  практике транспортировки от печей  КС сухого огарка. В этом случае горячий  огарок охлаждают либо в водоохлаждаемых холодильниках, или в аэрохолодильниках с КС. Охлажденный огарок транспортируют. Сухой огарок подвергают аэросепарации или рассеву на виброситах с последующим измельчением крупной фракции в шаровой мельнице. После измельчения огарок отправляют на выщелачивание. 
 

     Технологический расчет обжига цинкового  концентрата

           Расчет вещественного  состава сульфидного  цинкового концентрата 

     Химический состав цинкового концентрата, %:  

 

     Расчет  ведем на 100 кг сухого концентрата.

     По  данным литературы и практики принимаем, что в концентрате металлы  находятся в виде следующих соединений: ZnS, CuFeS₂, PbS, CdS, FeS₂, Fe₂O₃, CaCO₃, MgCO₃, SiO₂. 

     масса S в ZnS=

     масса

     масса S в PbS=

     масса

     масса S в CdS=

     масса

     масса CuFeS₂= ;

     масса S в CuFeS₂= ; масса Fe=1,58

     S в FeS₂= ; Fe в FeS₂= 5,57 

     масса Fe в Fe₂O₃=8,3-7,15=1,15;

     масса Fe₂O₃= ; масса O₂=0,49;

     масса MgCO₃=

     масса CO₂=1,05-0,5=0,55 

     масса СO₂ в CaCO₃=1,26-0,55=0,71 

     масса СaCO₃=0,9+0,71=1,61 

     Прочие=100-98,05=1,95  

     Вещественный  состав цинкового концентрата

 
 

Материальный  баланс процесса обжига.

Расчет  массы и вещественного  состава смеси  огарка и пыли.  

     Примем, что обжиг ведется при умеренном  расходе дутья и соответственно доля огарка и пыли от общей массы  продукта обжига составляет 60 и 40%. По данным литературы и практики примем содержания сульфидной и сульфатной серы в огарке и пыли (смесь пылей) и рассчитаем содержание серы в огарке и пыли. 

 

     Расчет  массы смеси огарка и пыли проведем алгебраическим методом, обозначив  массу смеси, огарка и пыли X.

      По  данным литературы и практики (с  некоторым упрощением) принимаем, что  в смеси огарка и пыли цинк находится  в виде ZnS, ZnSО₄, ZnO, ZnO∙Fe₂О₃, медь в виде Cu₂О, свинец на 50 % в виде РЬО и на 50 % в виде PbSО₄, кадмий в виде CdO, железо в виде  Fе₂O₃, 70 % которого связано в феррит цинка ZnO∙Fe₂О₃, сульфидная сера целиком связана с цинком в виде ZnS, сульфатная сера связана с цинком, свинцом, кальцием и магнием (соответственно в виде ZnSО₄, PbSО₄, CaSО₄, MgSО₄), причем кальций и магний находятся целиком в виде сульфатов, кремнезем (SiO₂) в свободном виде. Прочие составляющие концентрата целиком переходят в твердый продукт обжига. Расчет дает следующие результаты: 

Масса сульфидной серы в смеси огарка и пыли

0,42∙10^-2 ·Х кг.

Масса Zn в ZnS=(65,39· 0,42·10^-2·X)/33,02 =  0,86∙10^-2 ·Х кг.

Масса ZnS=0,42∙10^-2 ·Х+ 0,86∙10^-2 ·Х  =  1,28∙10^-2 ·Х кг.