Некоторые сведения по теории агломерирующего обжига цинка
|
Ранее указывалось, что при обжиге концентратов, направляемых на пирометаллургическую переработку, их подвергают агломерации. Химизм процессов, протекающих при агломерации, принципиально не отличается от описанного выше. Процесс агломерации протекает с большим избытком воздуха и при высокой температуре, поэтому агломерат почти не содержит сульфатной серы. Концентрат спекается вследствие образования легкоплавких соединений, склеивающих частицы в период размягчения и образующих твердый скелет при охлаждении агломерата. При спекании свинцовых концентратов такими легкоплавкими соединениями, в изобилии образующимися при нагревании шихты, являются в первую очередь силикаты и ферриты свинца. Наличие в шихте обжига свинцовых концентратов большого количества флюсов в виде окислов железа и кремнезема позволяет получать весьма прочный свинцовый агломерат. В противоположность этому цинковые концентраты содержат мало свинца и при их спекании образуются тугоплавкие силикаты и ферриты цинка. Флюсы в процессе спекания в данном случае не применяют, так как это ухудшает условия дистилляции цинка из агломерата. Своих же флюсующих компонентов цинковые концентраты содержат мало, обычно до 3—4% кремнезема и 4—10% железа. Силикаты и ферриты цинка образуются, размягчаются и плавятся при значительно более высокой температуре, количество исходных компонентов меньше, контакт твердых частиц мал, и поэтому спекание цинковых концентратов затруднено, а полученный агломерат значительно менее прочен, чем свинцовый. Механизм процесса спекания на машинах, работающих с просасыванием, выглядит следующим образом. Процесс начинается в слое шихты, лежащей на паллетах, в момент, когда они попадают под зажигательный горн, и осуществляется последовательно в отдельных зонах слоя. Подготовка к обжигу и спеканию происходит в трех зонах: 1) переувлажнения, 2) сушки, 3) подогрева шихты до температуры ее воспламенения. После воспламенения верхнего слоя шихты начинается процесс обжига, протекающий в двух зонах: 1) зоне окисления сульфидов, образования и размягчения или частичного расплавления силикатов и ферритов и различных физико-химических превращений в шихте обжига и 2) зоне охлаждения продуктов обжига, затвердевания жидкой фазы и ее упрочнения. Средняя влажность шихты все время меняется, и это изменение связано с тем, что в верхней части слоя влага испаряется, а в нижней, холодной, части слоя частично конденсируется. Практика показывает, что при некоторых условиях переувлажнение нижних слоев шихты может в несколько раз превосходить начальную влажность. Вслед за испарением воды, механически и адсорбционно связанной с шихтой, в интервале температур 250—500 °С происходит эндотермический процесс разложения карбонатов и других соединений, если они содержатся в шихте, и постепенная термическая подготовка верхнего слоя шихты к воспламенению сульфидов. Реакция воспламенения начинается внезапно, скачком в нескольких центрах и быстро распространяется отсюда на всю массу верхнего слоя. После воспламенения шихты в верхнем слое протекают реакции обжига. Раскаленные сернистые газы, фильтруясь через второй, расположенный ниже слой, подготавливают его к воспламенению. Когда заканчивается обжиг в первом слое, воспламеняется и начинает гореть шихта второго слоя. Холодный воздух, проходя через верхний слой, охлаждает обожженный материал в этом слое, вследствие чего образовавшаяся жидкая фаза затвердевает и цементирует продукт в механически прочный агломерат. Воздух, нагретый при охлаждении верхнего слоя, поступает в горящий слой, где температура достигает верхнего предела и образуется некоторое количество жидкой фазы. Таким образом, зажигание слоев шихты постепенно перемещается сверху вниз с некоторой линейной скоростью v1, а агломерирующий обжиг перемещается в том же направлении с некоторой вертикальной скоростью v2. Между вертикальной скоростью распространения зажигания (v1) и скоростью обжига (v2) должна быть определенная зависимость, а именно: v1 должно быть равно или несколько больше Если меньше то верхний слой шихты, зажженный от топки, спечется, а нижележащие слои шихты, не успев зажечься, останутся холодными. Если v1 намного больше v2, то почти вся шихта на колосниковой решетке зажжется одновременно, вследствие чего быстро раскалится и спечется, но серы в полученном агломерате останется очень много. Когда v1 = v2 или v1 немного больше v2, агломерирующий обжиг протекает нормально, достигается высокая десульфуризация и хорошее спекание. Вертикальная скорость распространения зажигания зависит от количества и температуры газов зажигательного горна, от физических и химических свойств шихты и от интенсивности процесса обжига. Правильным подбором шихты для обжига и соответствующей работой зажигательного горна можно отрегулировать и установить вертикальную скорость распространения зажигания, оптимальную для данной скорости обжига. Окисление сульфидов металлов и нагревание продуктов обжига до температуры, при которой получается жидкая фаза в количестве, достаточном для спекания, распространяется в направлении проходящего через слой воздуха. Скорость передвижения зоны горения характеризует скорость спекания шихты, т. е. v2 = h/t, где h — высота спекаемого слоя; t — время, за которое зона горения прошла путь от поверхности шихты до колосниковой решетки; v2 — вертикальная скорость спекания. Величина v2 зависит от многих переменных, из которых можно регулировать: 1) химический и гранулометрический состав шихты, 2) количество серы в шихте и в агломерате, 3) высоту спекаемого слоя, 4) воздушный режим процесса. Теоретически величина не определяется и приходится ограничиться экспериментальным ее определением. Обычно значение v1 колеблется в пределах 1,5—2 см/мин, а несколько меньше 1—1,2 см/мин. К концу процесса обжига температура в слое достигает максимального значения, определяемого плавкостью шихты. Для тугоплавких цинковых концентратов она достигает 1100—1200 °С, а для легкоплавкой свинцовой шихты она не превышает 1000 °С. Температура, получаемая в слое в момент завершения экзотермических реакций обжига, зависит от многих факторов: интенсивности окисления сульфидов, газопроницаемости шихты, тепловых эффектов протекающих реакций, степени избытка воздуха и др., т. е. от теплового баланса процесса в этом дифференциальном слое. Механизм спекания цинковых шихт изучен недостаточно и надежных количественных данных по этому вопросу в литературе не опубликовано. При агломерации с дутьем снизу действуют практически те же закономерности, которые были изложены ранее. |
