Випал сульфідної мідної сировини
Окислювальний випал застосовується для видалення з концентратів частини сірки, що міститься в них, з залишенням в недогарку такої кількості, яка необхідна для отримання штейна заданого складу при подальшій плавці обпаленої шихти.
Виражене у відсотках ставлення сірки, що вигоріла при випаленні, до сірки, що містилася в матеріалі до випалу, називається ступенем десульфуризації, яка підраховується за формулою
(17)
деq- вихід недогарка (зазвичай 0,7-0,85 від загальної маси шихти);
Ступінь десульфуризації при окислювальному випалюванні мідних концентратів коливається в межах 50-70%; у багатьох випадках, якщо для утворення заданого складу штейна не потрібно випалювати більше сірки, вона нижче. На деяких заводах випалювальні печі використовуються як апарат для підсушування, змішування та нагрівання шихти за низького ступеня десульфуризації - 15-20%.
Процеси, що відбуваються в печі, можна представити наступними основними реакціями.
1. Розкладання вищих сульфідів під впливом високої температури без кисню.
Розкладання піриту FeS2 по реакції FeS2 = FeS + + 1/2S2 (видаляється 50% сірки).
Розкладання пірротину Fe7S8 за реакцією Fe7S8 = = FeS + 1/2S2 (видаляється 12,5% сірки).
Розкладання халькопіриту СuFeS2 за реакцією: 2CuFeS2=Cu2S + 2FeS + 1/2S2 (видаляється 25% сірки).
Ці реакції починаються за нормальної температури 630 і закінчуються при 850—1000° З.
2. Окислення сульфідів киснем повітря:
Сірка, що виділилася при розкладанні сульфідів, окислюється за реакцією:
Якщо концентрати містять миш'як, то при випаленні він окислюється за реакціями:
При роботі випалювальної печі без надлишку повітря протікає переважно реакція утворення трьох окису миш'яку (As2O3).Вона летка і добре віддаляється в гази. При надлишку повітря і, отже, надлишку кисню, у випалювальній печі утворюється нелетюча п'ятиокис миш'яку (As2O5), яка залишається в недогарку та в наступних операціях забруднює мідь.
3. У деяких рудах та концентратах можуть міститися карбонати кальцію (СаСО3), магнію (MgCO3) та ін; СаСO3 міститься у вапняку, який додається до шихти як флюс. При випаленні карбонат кальцію розкладається до СаО.
За наведеними вище реакцій сульфіди міді окислюються у вищий оксид міді СуO, сульфіди заліза окислюються у вищий оксид заліза Fe2O3. В умовах окисного випалу при достатньому надлишку кисню вищі оксиди міді та заліза стійкі. При нестачі кисню в обпаленій шихті можуть бути присутніми й нижчі оксиди міді та заліза Сu2O, Fe3O4.
Головна реакція випалу сірчистих мідних концентратів-окислення піриту є основним джерелом тепла процесу випалу. За рахунок теплового ефекту цієї реакції, а також за рахунок теплових ефектів реакцій окислення інших сульфідів покриваються всі витрати тепла процесу випалу на нагрівання шихти, видалення вологи, розкладання карбонатів і компенсацію втрат тепла піччю. Практикою встановлено, що окислювальний випал мідних концентратів успішно йде без витрати стороннього палива, при вмісті сірки в шихті не менше 23%. При меншому вмісті сірки до печі доводиться підігрівати, спалюючи вугілля, мазут або природний газ.
Температура випалення печі повинна бути вищою за температуру займання сульфідів. З підвищенням температури процес окиснення прискорюється. Практично окисний випал мідних концентратів ведуть при 700°.
Для протікання процесу окисного випалу необхідно мати в печі надлишок повітря протитеоретичного. Однак великий надлишок повітря може призвести до відведення з газами великої кількості тепла і тепла, що залишається, може виявитися недостатньо для протікання процесу.
4. При порівняно невисоких температурах порядку 500-600 ° С і великому надлишку повітря утворюються сульфати, наприклад, за рівнянням Cu2S + 4O2 = 2 CuSO4 + Q.
Окис заліза, що утворюється при окисленні залізовмісних мінералів, є хорошим каталізатором, що сприяє окисленню SO2: 2SO2 + O2 = 2SO3, який при цих температурах може реагувати з окислами металів і утворювати сульфати:
Утворення сульфатів перешкоджає видаленню сірки при випаленні та зменшує ступінь десульфуризації.
При більш високих температурах відбувається розкладання сульфатів за реакцією: МеSО4 = MeО + SО3 з утворенням сірчаного ангідриду SО3 та відповідного оксиду металу.
Сульфати, що утворилися, руйнуються також внаслідок протікання реакції між ними і сульфідами:
Таким чином, видно, що висока температура сприяє розкладанню сульфатів та підвищенню ступеня десульфуризації.
Випал у печах киплячого шару заснований на тому, що через нерухомий шар концентратів знизу вгору через велику кількість спеціальних отворів-сопел у поду камери випалу продувається під тиском повітря. При невеликих швидкостях газу шар концентратів нерухомий, при досягненні критичної швидкості зерна концентрату починають відокремлюватися один від одного, і як кипіти, це і є киплячий шар. При подальшому збільшенні швидкості газів вище критичної починається буріння шару, викиди пилу та утворення нещільної фази. Швидкість газів тому повинна дорівнювати критичній і забезпечувати існування стійкого киплячого шару.
Установка длявипалу в киплячому шарі складається з печі, циклонних пиловловлювачів і котла-утилізатора. Для розігріву та створення початкової температури випалу пекти має пальник на мазуті або природному газі. Пекти для випалу в киплячому шарі (малюнок 22) складається з реактора циліндричної форми, пода реактора або решітки, повітророзподільної коробки, зливного або розвантажувального порогу і склепіння. Циліндрична камера і склепіння футеровані вогнетривкою цеглою товщиною 230-250 мм і покриті зовні шаром ізоляційного матеріалу. Висота циліндричної камери повинна бути такою, щоб частинки шихти, які виносяться з шару газами, що входять, встигали повністю обпалюватися.
Найбільш відповідальна частина печі киплячого шару - подіна. Вона повинна забезпечувати рівномірний розподіл повітря по нижньому горизонтальному перерізі печі та не допускати провалу зернистого матеріалу вниз у повітророзподільчу коробку. Подина є решіткою з листової сталі, покритою шаром вогнетривкої цеглини або жароупорного бетону, з отворами для сопел. Отвори для сопел розташовуються по всій площі решітки в шаховому порядку, з відстанню між рядами 200-300мм.Сопла для продування повітря знизу вгору є відрізками сталевих труб діам. 25-30мм,перекритих зверху сталевими пластинками-ковпачками. Під пластинками в стінках сопел зроблені отвори, через які повітря розподіляється рівномірно в шарі матеріалу, що обпалюється. Трубки сопел виступають на кілька сантиметрів над поверхнею футерування подини.
1 -розвантажувальна течка;2- оглядове вікно;3- повітророзподільні сопла;4- кесони;5- завантажувальний отвір;6- завантажувальна форкамера; 7-повітряний колектор
Малюнок 22. Пекти для випалу концентратів у киплячому шарі
При випаленні в киплячому шарі майже половина концентратів видується у вигляді придатного недогарка і вловлюється в спеціальних пиловловлювачах - зазвичай циклонних.
Для зменшення виносу пилу з печі з газами, що йдуть, в деяких конструкціях передбачено збільшення діаметра верхньої частини камери печі. У деяких випадках для завершення реакцій окислення у зваженому стані зерен концентрату, що виносяться газами із зони киплячого шару непрореагували, висоту робочої камери над верхнім рівнем киплячого шару нарощують.
Випалення в киплячому шарі - прогресивний процес. Продуктивність по концентрату в кілька разів більша, ніж при інших способах випалу, конструкція печі проста, капітальні витрати та експлуатаційні витрати невеликі. Випалення в киплячому шарі піддається автоматизації. Контролюється швидкість подачі повітря, подача шихти, висота киплячого шару та температура шарів.