Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

обжиг цинковый печь шихта

ПАО «Челябинский цинковый завод» - крупнейший в России производитель цинка и сплавов на его основе, располагающий самыми современными мировыми технологиями производства цинка.

Основная специализация завода - производство высококачественных сплавов на основе цинка SPECIAL HIGH GRADE, в том числе сплавов для горячего цинкования с добавками никеля, алюминия, сурьмы, а также литейных цинковых сплавов. В спектр реализуемой продукции помимо цинка входят также кадмий, индий, серная кислота, сульфат цинка.

Продукция с маркой ПАО «ЧЦЗ» используется в различных отраслях промышленности: при цинковании стального листа для металлоконструкций и автомобилестроения, в химической промышленности, машиностроении.



1. Сырьевая база

В целях стабильного обеспечения предприятия сырьем Челябинский цинковый завод развивает долгосрочные взаимовыгодные отношения с поставщиками цинкового концентрата и альтернативных источников цинкосодержащего сырья.

48% концентрата обеспечено Российскими производителями.

12% вторичное цинкосодержащее сырье.

1.1 АО «Сибирь-Полиметаллы»

АО «Сибирь-Полиметаллы» (дочерняя компания ПАО «Челябинский цинковый завод») работает на территории Алтайского края, где находится большое количество уникальных полиметаллических месторождений руды с высоким содержанием драгметаллов. Согласно данным геологической разведки, нигде в России не встречаются залежи этих металлов в таком сочетании, как в недрах Алтая, где все эти элементы обнаружены в комплексе.

Основные виды продукции:

- Цинковый концентрат

- Медный концентрат

- Свинцовый концентрат

Общей особенностью месторождений является то, что они богаты по содержанию полезных компонентов, труднообогатимы и залегают в сложных горно-геологических условиях. Из всех перечисленных месторождений отрабатывалось до 1994 г. только Зареченское золото-серебро-барит-полиметаллическое месторождение. На Рубцовском месторождении строительство рудника началось в 1978 г. и к 1993 г. рудник был готов на 80%. Однако далее работы были приостановлены, и постепенно большая часть оборудования на руднике пришла в негодность или была демонтирована.

С целью возрождения добычи полиметаллических руд на территории Алтайского края администрацией региона в 1998 году было создано АО «Сибирь-Полиметаллы», которое в том же году стало владельцем лицензий на право пользования недрами для добычи полиметаллических руд на Зареченском, Рубцовском и Корбалихинском месторождениях. В 2004 году Уральская горно-металлургическая компания (УГМК) приобрела весь комплекс объектов незавершенного строительства на промплощадке Рубцовского рудника и АО «Сибирь-Полиметаллы» вошло в состав холдинга.

Уже в мае 2006 года УГМК открыла на Рубцовском месторождении обогатительную фабрику мощностью 400 тыс. тонн в год. За два с небольшим года на Рубцовском месторождении появился полный комплекс от добычи руды до обогащения и получения кондиционных концентратов.

Для отработки Рубцовского месторождения полиметаллических руд применяется система разработки горизонтальными слоями с твердеющей закладкой. Выбор данной системы обусловлен необходимостью обеспечения безопасного ведения горных работ и полноты выемки ценной полиметаллической руды с минимальным разубоживанием в сложнейших горно-геологических условиях. Запасы руды Рубцовского месторождения, содержащей свинец, медь, цинк, золото и серебро, составляют 2 425 тыс. тонн.

1.2 ТОО «Nova Цинк»

В рамках стратегии вертикальной интеграции в 2006 году Челябинский цинковый завод приобрел 100% контроль над компанией ТОО «Nova Цинк», являющейся оператором расположенного в Республике Казахстан Акжальского месторождения свинцово-цинковых руд

Акжальское месторождение было открыто в 1880 году, добыча руды началась в 1935 г. Полномасштабная добыча руды началась с разработки месторождения открытым способом и с пуском в 1951 году обогатительной фабрики на 600 тыс. тонн руды в год. Действующая сегодня обогатительная фабрика проектной мощностью 1,2 млн. тонн руды в год была построена в 1986 году. Для обогащения забалансовых руд в 2001 году построена установка обогащения методом сепарации в тяжелых средах. Месторождение представлено Центральным и Восточным карьерами, в настоящее время ведется разработка открытым способом только Центрального карьера.

Руда доставляется на фабрику в 40 и 55 тонных карьерных самосвалах и разгружается в приемный бункер корпуса дробления, где руда с помощью дробильно-сортировочного оборудования дробится до необходимой крупности и с помощью ленточных конвейеров доставляется в бункер дробленой руды в главный корпус, а при переработке забалансовой руды руда поступает на установку обогащения методом сепарации в тяжелых средах.

Забалансовая руда, поступившая на установку сепарации, подвергается разделению по удельному весу на тяжелую и легкую фракции. Легкая фракция направляется в отвал, тяжелая фракция, являясь обогащенным продуктом, подвергается дроблению и поступает в бункер дробленой руды главного корпуса.

В главном корпусе с добавлением воды руда измельчается в трех шаровых мельницах, работающих в замкнутом цикле со спиральными классификаторами, где разделение происходит по крупности. Недостаточно измельченная часть руды обезвоживается в спиральном классификаторе и возвращается в шаровую мельницу, а измельченная часть руды в разжиженном состоянии поступает на контрольную классификацию в гидравлических циклонах. Слив гидравлических циклонов, содержащих по крупности 65,0% класса 0,074 мм, поступает на селективную флотацию для получения флотационного свинцового и цинкового концентратов. Далее свинцовый и цинковый концентраты направляются для сгущения в отдельные сгустители. Сгущенный продукт со сгустителей подается насосами на барабанные вакуум-фильтры, где происходит обезвоживание концентратов до необходимой влажности. Отфильтрованные свинцовый и цинковый концентраты загружаются в металлические контейнеры емкостью до 4 тонн и доставляются на железнодорожную станцию.



2. Продукция

В спектр реализуемой продукции входят:

- Цинк металлический - ГОСТ 3640-94

- Сплавы цинк-алюминиевые ТУ 24.43.12-011-00194228-2016

Выпускается в виде чушек 19 - 25 кг

Размеры чушки 420 * 210 * 40 мм

И слитков 1000 кг

Размер слитка 770 * 610 * 410 мм

Для транспортировки чушки укладываются в однотонные пакеты и обвязываются 4-мя поясами стальной упаковочной ленты, что позволяет многократно производить их погрузку - разгрузку.

- Сплав для горячего цинкования ЦНА (цинк-никель-алюминий)

Выпускается в виде слитков1000 кг

- Сплав цинковый литейный ЦАМ 4-1 - ГОСТ 19424-97

Выпускается в виде чушек 19 - 25 кг

Размеры чушки420 * 210 * 40 мм

Для транспортировки чушки укладываются в однотонные пакеты и обвязываются 4-мя поясами стальной упаковочной ленты, что позволяет многократно производить их погрузку-разгрузку.

- Индий металлический ГОСТ 10297-94

Выпускается в виде слитков ИН00 до 3 кг

Выпускается в виде слитков ИН000 до 1 кг

Выпускается в виде слитков ИН0000 до 1 кг

Каждый слиток упаковывается в полиэтиленовый пакет и транспортируется в дощатых ящиках

- Кадмий - ГОСТ 1467-93

Выпускается в виде чушек 10 ± 1,5 кг

Размеры чушки 375 * 70 * 40 мм

- Сульфат цинка технический ТУ 647-РК-002-00928-119-90

- Кислота серная техническая ГОСТ 2184-77

Поставка производится железнодорожным транспортом в сернокислотных цистернах



3. Общая технологическая схема производства готовой продукции

На ПАО «ЧЦЗ» используется схема гидрометаллургического извлечения цинка. Модернизация производственных мощностей, внедрение современных технических решений в технологический процесс позволили обеспечить высочайшее качество продукции, один из самых низких в аналогичном производстве показателей расхода электроэнергии на тонну металла и соответствие предприятия самым жестким российским и международным экологическим требованиям. Общая технологическая схема производства готовой продукции показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Общая технологическая схема производства готовой продукции: 1 - Добыча свинцово-цинковой руды, 2 - Обогащение руды, 3 - Обжиг цинковых концентратов, 4 - Утилизация сернистых газов, 5 - Выщелачивание продуктов обжига, 6 - Фильтр пресс-larox, 7 - Очистка цинковых растворов от примесей, 8 - Электролиз цинка, 9 - Переплавка цинка, 10 - Выщелачивание кадмия, 11 - Электролиз кадмия, 12 - Переплавка кадмия, 13 - Вельцевание, 14 - Выщелачивание вельц-окиси, 15 - Экстракция индия, 16 - Фильтр пресс-larox

4. Обжиг цинковых концентратов в печи кипящего слоя

Первой стадией технологической схемы получения Zn является обжиг Zn концентратов в печах КС, основной целью которого является перевод нерастворимого ZnS в воднорастворимый ZnO. Обжиг позволяет применить к переработке цинковых концентратов гидрометаллургическую технологию. При обжиге стремятся получить огарок, соответствующий требованиям последующих гидрометаллургических процессов. Очень важно, чтобы продукт обжига был порошкообразным.

Челябинский цинковый завод перерабатывает концентраты не одной, а нескольких обогатительных фабрик. Такие концентраты часто отличаются как по химическому, так и по гранулометрическому составу. Поэтому концентраты разных месторождений перед обжигом усредняют. Иногда концентраты обезвоживают до состояния пульпы (>30% влаги). Шихта в виде пульпы предпочтительна, когда цинковый завод находится рядом с обогатительной фабрикой, или когда в шихту идут сильно различающиеся по составу концентраты, Однако загрузка пульпы увлажняет отходящие газы, и это усложняет их переработку, усиливает коррозию оборудования и газоотводящих систем. Пульпу сложнее, чем сухую шихту равномерно распределить по кипящему слою.

В настоящее время в промышленности проводят обжиг в весьма производительных, экономичных и автоматизируемых печах кипящего слоя. При ней находится аппарат для пылеулавливания, называемый циклоном. Они предназначения для грубой очистки газов от пыли, способны за одну стадию снизить запыленность отходящих газов с 140-160 до 3-6 г./м². После циклонов дымососами разных типов отходящие газы отправляют через коллектор грязного газа на тонкую отчистку от пыли, позволяющих уменьшить запыленность до 0,1-0,2 г/ м². Применяют электрофильтры. Очищенный газ идет на производство серной кислоты.

Достоинством окислительного обжига является следствием сжигания концентрата, приведенного в особое состояние псевдоожижения. Концентрат непрерывно загружают в рабочую зону печи, а продукт обжига самотеком удаляется из печи. Кипящий слой характеризуется постоянством температуры во всех его точках и интенсивным теплообменом (t=940-980⁰С). Необходимо также отметить, что кипящий слой характеризуется высокими значениями теплопроводности самого слоя, которая достигает 2500 Вт/м^{2 0}С и более. Следовательно, выравнивание температуры по слою происходит с высокими скоростями. При продувании снизу через слой сыпучего материала газа этот слой при определенных параметрах дутья (поток воздуха перед печью разделяется на два, один поступает в форкамеру, другой в основную часть печи) будет разрыхляться до такого состояния, что приобретет свойства жидкости. Псевдоожиженное состояние наступает при скорости газового потока, когда его подъемная сила будет уравновешиваться массой сыпучего материала. При минимальной критической скорости слой сыпучего материала переходит в псевдожидкое состояние, а при максимальной во взвешенное состояние со свободным витанием частиц. В рабочем пространстве печи выше уровня кипящего слоя происходит обжиг части более мелких зерен во взвешенном состоянии. Для активации обжига этой составляющей шихты в зону взвешенного состояния подают вторичное дутье.

Рассмотрим процесс обжига в печи кипящего слоя более подробно с помощью химизма, термодинамики и кинетики.

4.1 Влияние условий обжига на технологические показатели процесса

В процессе обжига температура играет существенную роль. Температура может изменяться от 850 до 980 ⁰C. При малой температуре процесс обжига проходит медленно и не полно, при высокой температуре материал оплавляется и обжиг проходит не качественно. Для регулирования температуры используют (охлаждая) водяные холодильники, получая пар, а также определенную температуру поддерживают скоростью загрузки. Чтобы концентрат при обжиге не укрупнялся, необходимо поддерживать температуру не более 970 ⁰C. Умеренное содержание растворимой сульфатной серы достигается при температуре 950-970⁰C. При повышении температуры одновременно возникает необходимость решения вопроса по отводу и утилизации избыточного тепла из зоны КС. При низких температурах обжиг сульфидных материалов способствует образованию сульфатов и вследствие того, что давление диссоциации при этих температурах ниже, и вследствие того, что давление Рso₃ в печных газах выше.

На обжиг поступает сульфидный цинковый концентрат, часто после обогащения крупностью <0,076 мм и поэтому измельчению не подлежит. Необходимо усреднять шихту перед обжигом. На Челябинском цинковом заводе усреднение осуществляют послойной шихтовкой разных концентратов и оборотных материалов на бетонированных площадках и последующим перемешиванием их с помощью грейферных кранов. В ряде случаев в схему подготовки цинковых концентратов включают магнитную сепарацию для удаления из них металлических предметов.

Концентрат в печь подают в сухом виде. Содержание кислорода в дутье не должно превышать 29-30%, так как растворимость цинка и удельная производительность при дальнейшем увеличении его концентрации растет не значительно. Кроме того, при содержании в дутье свыше 30% О₂ трудно устранить возрастающий избыток тепла в слое, например при помощи трубчатых кессонов, применяемых на печах. Обогащение дутья кислородом до 30% позволяет повысить производительность обжига до 9т/м³, а содержание SO₂ в газах достигает 14-16%; однако быстрее изнашивается футеровка печи и требуется интенсивный отвод тепла из-за возможности оплавления огарка, все это ограничивает добавление кислорода.

Пылевынос при обжиге составляет 30-50% и зависит от дисперсности шихты и гидродинамического режима обжига. До 90-95% выносимой газовым потоком пыли улавливается в циклонах и 3-6%- в системе тонкого пылеулавливания. При переработке в кипящем слое гранулированного материала вынос пыли снижается до 5-25%. В большинстве случаев состав пылей и огарков одинаков.

Уменьшению пылевыноса способствует увеличение надслоевого объема, а также возврат циклонной пыли в КС (циклон возврата), что ведет к укрупнению пыли и повышает долю материала, выгружаемого из печи через сливной порог.

Скорость дутья также влияет на процесс. При повышении скорости дутья (до 600-675м³/м²ч) усиливается пылевынос из печи КС. В зарубежной практике при форсированном дутье воздуха выпуск огарка через порог невысок. Это увеличивает долю обжига шихты во взвешенном состоянии и снижает производительность по обожженному материалу, пригодному для выщелачивания, а также несет другие нежелательные последствия. В производстве нормальное состояние кипящего слоя создается при давлении 15-16 кПа, из них 4-6 кПа приходится на преодоление гидравлического сопротивления подины печи.

Конструкция печи влияет на показатели процесса. Чтобы избежать значительного пылеуноса и повысить степень десульфуризации, печи КС делают с большим объемом надслоевого пространства: высокие (12-17 м) и расширяющиеся в верхней части (в 1,3-1,5 раза). Из-за этого скорость газа при выходе из КС значительно уменьшается и пыль оседает обратно или дольше витает в надслоевом пространстве и полней окисляется. Такая конструкция позволяет повысить концентрацию SO2 в отходящих газах (до 10%) и интенсифицирует обжиг. Обычно печи состоят из одной или нескольких рабочих камер. Последние получили наибольшее распространение в промышленности.

В условиях псевдоожижения необходимо учитывать явление сегрегации, которое заключается в преимущественном накапливании частиц определенного размера (плотности) в различных по высоте зонах слоя. Сегрегация оказывает влияние на пылевынос из КС. Сепарация, основанная на сегрегации, требует более низких расходов ожижающего реагента, дает более четкое разделение на фракции и позволяет разделять смеси разнородных частиц одинакового размера не подающихся традиционному рассеву. Тем не менее использование сегрегации сдерживается необходимостью поддержания параметров в узких пределах и несовершенством аппаратурного оформления.

Качество огарка определяется соответствием его указанным выше требованиям. Чтобы в огарке содержалось не более 0,1-0,3% сульфидной серы, необходимо достичь степени десульфуризации концентрата при обжиге 90-99,7%. Столь высокая степень десульфуризации сопряжена на завершающей стадии окисления зерен концентрата с малыми скоростями процесса: ничтожна и сильно экранирована окалиной поверхность сульфидного ядра в окисленных зернах. Поэтому быстротечное горение зерна не обеспечит столь низких остаточных содержаний сульфидной серы в огарке. Это достигается благодаря длительному пребыванию в КС основной части материала.

Умеренное содержание растворимой сульфатной серы (<2-4%) достигается благодаря тому, что при 950-970 ⁰C вторичные сульфаты цинка образуются в малой степени даже при повышенных Сso₂ в газовой фазе. Чтобы концентрат при обжиге не укрупнялся, необходимо, чтобы температура в КС не превышала 970 ⁰C.

Для нормальной работы системы теплоотъема и пылеулавливания серьезные помехи создают пылевые отложения в пылегазовом тракте. Повышение Сso₂ в отходящих газах вызывает сульфатизацию и упрочнение этих пылевых отложений, что затрудняет их удаление. Сульфатизация отложений становится возможной по мере охлаждения пыли.

4.2 Факторы, влияющие на качество цинкового огарка

Огарок не должен содержать труднорастворимых в слабокислых растворах ферритов цинка, силикатов цинка, способствующих загрязнению раствора кремнекислотой.

Ферритообразование непосредственно влияет на степень прямого извлечения цинка из обожженного концентрата в раствор. Если сульфиды цинка и железа присутствуют в концентрате в виде марматита (mZnS*nFeS), т.е. в изоморфной кристаллической форме, то каждая массовая часть железа нацело связывает в феррит при окислительном обжиге 0,58 массовой части цинка. В случае если сульфид железа находится в структурно-свободном состоянии (пирит) или связан с другим сульфидом (халькопирит), степень ферритообразования будет определяться температурой процесса и полнотой контакта соединений железа и цинка.

Предупредить образование феррита цинка при температуре выше 650°С практически невозможно, однако он может частично разрушаться сернистым и серным ангидридами. Поэтому для снижения ферритообразования необходимо при обжиге создавать условия, способствующие повышению концентрации в газовой фазе сернистого и серного ангидридов и разъединению соединении цинка и железа. В печах для обжига в кипящем слое создаются эти условия, однако снизить заметно степень ферритообразования при этом практически не удается.

Кремнезем является вредной примесью в цинковых концентратах и содержания его в них стремятся снизить до минимума. В процессе обжига кремнезем образует с окислами тяжелых цветных металлов (цинка, свинца) легкоплавкие соединения-силикаты, вызывающие оплавление материала в печи.

При значительном содержании в огарке растворимых силикатов приходиться иногда прибегать к методу «обратного» выщелачивания обожженного продукта при очень низкой кислотности, чтобы предотвратить отрицательное действие кремнезема на гидрометаллургические операции.

Наибольшее количество растворимого кремнезема образуется за счет ортосиликата цинка. Снижение температуры обжига до некоторого передела позволяет уменьшить образование ортосиликата цинка и улучшить физические свойства пульпы при последующем выщелачивании огарка.

4.3 Оборудование для обжига цинковых концентратов

Печь для обжига цинковых концентратов в кипящем слое (рисунок 2) представляет собой цилиндрическую вертикальную шахту иногда переменного сечения, диаметром 6-8 м и высотой 9-11 м, поставленную на бетонный фундамент. Шахта, сваренная из стальных листов толщиной 10-12 мм, футерована внутри шамотным кирпичом. Толщина футеровки равна 500 мм. Наиболее ответственной частью печи является воздухораспределительная подина с воздушной коробкой. Подина должна быть беспровальной, жаростойкой, простой в изготовлении и обеспечивать равномерное распределение поступающего воздуха по всему сечению печи.

В отечественной практике принята конструкция подины, представляющая собой стальной лист, в который на расстоянии 250-300 мм между центрами вставлены чугунные сопла; пространство между соплами залито жаропрочным бетоном слоем 200 мм. Сопла имеют различную конфигурацию. Наиболее часто используют сопла грибкового типа, имеющие от 4 до 8 отверстий диаметром 4-5 мм. На каждой печи устанавливают 1500-2000 таких сопел. Находят также применение сопла щелевой конструкции.



Рисунок 2. Схема печи кипящего слоя для обжига цинковых концентратов, 1 - подина; 2 - форсунка для розжига печи; 3 - форкамера; 4 - корпус печи; 5 - футеровка; 6 - свод; 7 - отверстие для выхода газов; 8 - сливной порог; 9 - сопло для подачи воздуха: 10 - воздушная коробка; 11 - задвижка с пневмоприводом

Равномерность подачи воздуха, обеспечивающей стабильность кипящего слоя, эффективность использования сжатого воздуха и степень выноса пыли с обжиговыми газами обусловливает конструкция воздухораспределительных сопел. Каждое сопло имеет от 4 до 28 отверстий диаметром от 3 до 10 мм, через которые сжатый воздух выходит либо вертикально, либо горизонтально, либо наклонно. Применяют и комбинированные сопла.

Число сопел в печи устанавливают с таким расчетом, чтобы общая площадь живого сечения отверстий всех сопел составляла 0,7-1,0% от площади подины. Обычно устанавливают 50 сопел на 1м² подины.

Форкамеры, подина печи и сливной порог образуют зону кипящего слоя, в которой начинается и протекает большинство реакций обжига сульфидных компонентов концентрата, находящегося в псевдоожиженном состоянии. Форкамеры и сливной порог для увеличения продолжительности пребывания материала в этой зоне расположены на противоположных сторонах печи. Площадь форкамеры составляет обычно 1,5-2м².

Сливной порог служит для выгрузки огарка из печи и ограничения высоты кипящего слоя. Высота кипящего слоя оказывает существенное влияние на происходящие в нем процессы. При недостаточной высоте слоя увеличивается пылевынос из печи, возможны продувы воздуха в отдельных местах с образованием воронок, что приводит к уменьшению вертикальной скорости воздуха в другой части слоя и может вызвать залегание материала на подине печи.

Вместе с тем работа печи К.С. на высоком слое увеличивает продолжительность пребывания материала в зоне кипящего слоя, уменьшает вынос тонких частиц из печи, создает более благоприятные условия для сульфатообразования. Поэтому за рубежом при строительстве мощных обжиговых печей современной конструкции проявляется тенденция к увеличению высоты слоя до 1,8-2 м вместо обычно принятой в практике высоты 1,0-1,2 м. Однако чрезмерно в этом случае для «кипения» слоя под подину приходится подавать воздух под большим давлением, а, следовательно, расходовать большее количество электроэнергии.

На отечественных предприятиях многолетней практикой установлена оптимальная высота кипящего слоя 1,2-1,5 м. Такая высота обеспечивает достаточную продолжительность контакта сульфидных зерен с кислородом воздуха и необходимый массообмен для получения заданной степени десульфуризации.



5. Пути совершенствования процесса обжига в кипящем слое

Наиболее перспективными направлениями совершенствования процесса обжига в КС можно считать:

1. Оптимизация аэродинамики псевдоожижения за счет увеличения высоты кипящего слоя. Повышение уровня кипящего слоя (принятый в цинковой промышленности уровень равен 1-2 м) до 1,5-2 м способствует улучшению качества огарка вследствие лучшего массообмена в плотном, равномерно псевдоожиженном слое и увеличению времени контакта твердых частиц со свежими порциями кислорода, подаваемого через распределительную решетку. Как показывают эксперименты, в печах КС с невысоким слоем время такого контакта твердых частиц не превышало 1,5-2 ч. При увеличении толщины слоя и размеров печи время пребывания материала в слое достигает 5 ч. Поэтому не смотря на сравнительно низкую скорость диффузионных процессов подачи кислорода внутрь частицы концентрата и обратного движения газообразных продуктов окисления, огарки в таких печах редко содержат более 0,2-0,3% сульфидной серы. Следует также отметить возможность создания устройств по изменению высоты кипящего слоя. Регулируя высоту в зависимости от физико-химических свойств перерабатываемого сырья, можно подобрать такие условия, при которых огарок будет иметь заданное качество. Также изменяя высоту кипящего слоя и, следовательно, его объем можно нивелировать изменяющуюся порозность слоя, т.е. предотвращать перераспределение воздуха по площади пода, образование поршневых проскоков и связанных с этим явлениями повышенного пылевыноса и залегания материала на подине печи;

2. Снижение пылевыноса созданием наиболее рациональной формы аппарата При анализе конструктивных особенностей печей КС рост отношения надслоевого объема (V) к площади пода (S) значительно влияет на пылевынос и качество огарка. Так увеличение этого отношения на печах одного из отечественных цинковых заводах с 2,57 до 8,6 позволило снизить содержание сульфидной серы в пыли и повысить растворимость цинка в них с 76 до 89,4%. При реконструкции печей цинко-электролитного завода в г. Кырджали увеличение высоты печей с 7,74 до 11,8 м позволило увеличить отношение V/S с 7,8 до 13,54 м, вследствие чего пылевынос снизился с 50,1 до 31,6%. В последнее время при строительстве новых печей наблюдается тенденция к увеличению отношения до 22-25 за счет как высоты печи, так и строительства печей с расширяющейся кверху реакционной камерой;

3. Интенсификация процессов применением кислородно-воздушного дутья и повышенных температур. Большой интерес представляет увеличение температуры в кипящем слое. Так исследования по обжигу цинковых концентратов (49-50% Zn; 30-32% S2; 4-6% Fe; 3-4% SiO₂) при 1090-1120 ⁰C и удельной производительности 9,5-12т/м2сут показали, что пылевынос уменьшается до 25%, содержание кислорастворимого цинка в огарке повышается до 95-96%. Сравнительные опыты, проведенные при тех же режимах, но при температуре обжига 950 ⁰C, дали следующие результаты: удельная производительность 5,37 т/м²сут; пылеунос 42,4%; содержание в огарке цинка в кислорастворимой форме 91,7%.

Также изменения конструкции печей направлены на увеличение единичной мощности печей (до 500-800 т/сут) за счет увеличения площади пода (до 72-123 м²). Повышение единичной мощности оборудования снижает эксплуатационные расходы, повышает производительность труда. В ряде случаев предприятия не имеют запасных печей КС или даже работают на единственной крупнотоннажной печи. Поэтому на период ремонта печи или сернокислотной установки, потребляющей обжиговый газ, предусмотрено хранение запаса огарка в специальных хранилищах, из которых он поставляется на выщелачивание.

Интенсификация обжига за рубежом достигается увеличением высоты печных камер (до 12-17 м) и расширением верхней части печи (в 1,3-1,5 раза), т.е. за счет увеличения отношения надслоевого объема печи к площади пода, которое достигает 20-25. Это позволяет повысить скорость дутья в КС при малой скорости газа в надслоевом пространстве и умеренных избытков воздуха.

5.1 Обжиг на дутье, обогащенном кислородом

Внедрение обжига на дутье, обогащенном кислородом, заводах подняло технический уровень гидрометаллургии цинка на новую, более высокую ступень. Это мероприятие позволило значительно повысить производительность печей КС, улучшить качество продуктов обжига, увеличить содержание сернистого ангидрида в отходящих газах, полнее использовать мощности сернокислотного производства.

На первый взгляд представляется, что применение кислорода, на производство которого затрачивается значительное количество электроэнергии, должно неизбежно привести к удорожанию себестоимости продукции за счет разницы в цене сжатого воздуха и кислорода. Это может иметь место только в том случае, если сопоставлять обжиг на воздушном дутье и дутье, обогащенном кислородом, в отрыве от затрат на сооружение пылеулавливающих, газоочистных сооружений и сернокислотных цехов, в отрыве от конкретных условий свинцово-цинковых предприятий, а также без учета возможности использования попутных компонентов воздуха (аргона и других газов).

Главное экономическое преимущество использования кислорода заключается в его интенсифицирующем воздействии на работу существующих установок, в возможности значительно повысить мощность при небольших затратах на их реконструкцию. Поэтому те цинковые заводы, которые перевели обжиг концентратов на дутье, обогащенное кислородом, получили значительный технико-экономический эффект с относительно небольшими капитальными вложениями. Применение кислорода внесло также качественно новые моменты в технику и технологию обжига сульфидных материалов в кипящем слое.

На скорость основной реакции обжига сульфидов оказывают влияние концентрация кислорода в газовой фазе и температура.

При температуре 900°С и различном содержании кислорода в дутье время для достижения одной и той же степени десульфуризации значительно сокращается по мере обогащения дутья кислородом. Так, десульфуризация на 90% достигается на воздушном дутье за 10 мин, при содержании кислорода в дутье 28,7%-за 6,5 мин, 33% - за 5,5 мин, 40% - за 4 мин. и 58% - за 3 мин., т. о. скорость реакций окисления сульфидов возрастает в 2-3 раза.

При промышленных испытаниях обжига на дутье, обогащенном кислородом, было установлено, что удельная производительность печи КС при содержании кислорода в дутье 27% возрастает при общем количестве дутья на печь 16 тыс. м3/ч с 5,92 до 8,45т/(м²*сут), или на -12%. Выявлена также закономерность роста производительности печи КС на 23% при обогащении дутья кислородом до 24% и на 37% - при обогащении до 26%.

Высокая скорость окисления сульфида цинка воздухом, обогащенным кислородом, объясняется тем, что при одной и той же скорости диффузии воздуха к ядру сульфида (имеется в виду, что плотность зерна сульфида одна и та же) количество вступающего в контакт с сульфидом кислорода значительно больше, что ускоряет процесс десульфуризации. Поскольку реакция окисления сульфида является экзотермической, увеличение скорости ее протекания вызывает повышенное выделение тепла в единицу времени, что при постоянной величине теплопотерь приводит к резкому возрастанию температуры в зоне кипящего слоя. Более высокая температура слоя в свою очередь способствует ускорению обжига цинкового концентрата.



5.2 Обжиг с рассредоточенной подачей кислорода

Для увеличения производительности печей до 320-420 т/сут концентрата на ЧЦЗ во время реконструкции печей были установлены элементы испарительного охлаждения газов на вертикальном стояке, циклонах и своде с подачей шихты на обжиговые печи с помощью ленточных транспортеров.

Повышение степени использования технического кислорода на ЧЦЗ на 1т Zn в очищенном растворе с 371 до 324,7 нм³ O₂ (удельный расход технического кислорода на 1т переработанной шихты снизился с 195,3 до 170,8 нм³/т) было достигнуто за счет следующего технического решения:

Воздушная коробка под подиной печи разделяется посредством стальной перегородки на 2 сектора площадью 14 и 18 м². подвод воздушного дутья по секторам становится отдельным, при этом появляется возможность раздельной регулировки как расход воздуха, так и степени обогащения его техническим кислородом. На форкамеру и сектор подины, прилегающий к ней, подается дутье, обогащенное кислородом, а на другой сектор подины - обычное воздушное дутье. Такое техническое решение позволило повысить концентрацию кислорода в дутье на форкамере и на подине (18 м²), где проходит основной поток шихтовых материалов.

5.3 Системы загрузки шихты, пылеулавливания, газоочистки и отвода тепла

Шихта загружается в печь скоростным ленточным забрасывателем, который представляет собой передвижную машину, состоящего из забрасывающего устройства и кожуха. Забрасыватель распределяет выброшенную шихту по поверхности «кипящего слоя» на длину 2,2-2,5 м и ширину 0,5-1 м при скорости движения ленты 7 м/с. С увеличением скорости движения ленты с 7 до 20 м/с длина забрасывания шихты увеличилась с 2,5 м до 6,5 м.

По отношению с выгрузкой огарка подаваемого шнеком, огарок при выходе из печи получается более дисперсный. При остановке печи на подине не наблюдается накопления крупных кусков огарка.

Печи КС снабжены системой пылеулавливания состоящей из котла-утилизатора (если он включен в систему пылегазового тракта), одной или двух ступеней циклонов для грубого пылеулавливания и электрофильтров для тонкого пылеулавливания. Для грубой очистки отходящих газов от пыли почти на всех заводах применяют циклоны, которые в одну ступень позволяют снизить запыленность отходящих газов с 140-160 до 3-8 г./м³.

Пыль из циклонов выгружают при помощи герметизирующих устройств. Примером такого устройства может служить широко распространенный в промышленности короткий шнек (4-6 витков) с затвором из выгружаемой пыли. После циклонов дымососами разных типов отходящие газы через коллектор грязного газа отправляют на тонкую очистку от пыли. Тонкую очистку газов от пыли осуществляют в сухих электрофильтрах. Запыленность газов после электрофильтров обычно не превышает 0,1-0,2г/м³. Очищенный газ используют для производства серной кислоты. В современных условиях развития производства огромное внимание должно уделяться экологическим проблемам.

Санитарно - защитная зона вокруг заводов, расположенных в черте города не превышает 1 км, поэтому на ЧЦЗ, расположенном в центре многомиллионного города, постоянно ведется работа по внедрению экологических технологий, изменению вопросов в атмосферу, сбросов в водоемы и утилизации в производственном цикле образующихся твердых отводов.

Все обжиговые газы печей КС на утилизацию в сернокислотный цех. При этом их очищают от пыли, селена, ртути и других примесей. После извлечения из очищенных газов в сернокислотном цехе сернистого ангидрида их выбрасывают в атмосферу.

Утилизация газов цинкового производства обеспечивает экономический эффект и решает вопросы экологии.

Внедрение комплекса мероприятий, главное из которых система двойного контактирования, позволило обеспечить допустимые ПДВ, причем содержание сернистого ангидрида не превышает 0,05%.

Схема контактного узла постоянно совершенствовалась для обеспечения автотермичности его работы. С этой целью были введены дополнительные теплообменные поверхности как на первой, так и на второй стадиях контактирования; для очистки газов, отходящих от первой стадии абсорбции был установлен патронный фильтр оригинальной конструкции, в котором газы очищались от брызг и тумана серной кислоты, проходя через слой фторинового полотна; на двух системах были установлены контактные аппараты конструкции Сумского филиала института «Гипрохим», работающие по схеме 3+1 (3 слоя катализатора на первой стадии, 1 слой - на второй). Внедрение двойного контактирования позволило снизить выбросы сернистого ангидрида до предельно допустимых норм.

В начале 90-х годов был реализован масштабный проект тотальной замены фильтрующих сооружений новыми, современными JET-фильтрами, разработанными и сконструированными инженерами КЦМ.

JET-фильтры обеспечивали низкое содержание пыли в технологических и вентиляционных газах (6-9 мг/нм³) с достижением европейских стандартов.

Для достижения полной утилизации сернистых газов был ускоренно внедрен разработанный КЦМ совместно с Болгарской АН метод нестационарного окисления SO₂ и производство Н₂SO₄ из бедных газов. Этот метод позволяет при производстве Н₂SO₄ использовать газы с содержанием от 0,8 до 1,8% (объемн.) SO₂. Все объекты этого технологического и экологического проекта будут закончены к концу 2003 г.

На Усть-Каменогорском свинцово-цинковом заводе внедрены в производство термосифоны, работающие на принципе испарительного охлаждения. Их устанавливают под сводом печи. Это позволяет более полно утилизировать тепло отходящих газов, снижает капитальные затраты на футеровку верхней части печи. За счет установки термосифонов снижает выход пыли до 25%, производительность печи увеличивается в 1,5-2,0 раза, снижается температура и объем отходящих газов, увеличивается концентрация SO₂ в технологических газах. На предприятиях в связи с этим получают горячую воду и пар для технологических целей, что снижает себестоимость цинкового передела.

При обжиге выделяется огромное количество тепла, которое необходимо отводить от процесса. При обжиге основное количество тепла выделяется от горения сульфида цинка, которого в концентрате более 70% (по массе), т.е. все реакции окисления сульфидов металлов экзотермичные и процесс обжига относят к автогенным режимам, т.е. без затрат топлива, то для соблюдения теплового баланса, а также для предотвращения разрушений в печи КС устанавливают водо-охлаждаемые кессоны. При сгорании 1 кг сульфида цинка выделяется 9055кДж, что эквивалентно 0,3 кг условного топлива. Для отвода избыточного тепла существует традиционная система, включающая в себя: котел-утилизатор, который устанавливают позади печи, циклон и электрофильтр. Котлы-утилизаторы имеют ряд недостатков, таких как сложность конструкции, ненадежность и др.



Список литературы

обжиг цинковый печь шихта

1. Шиврин Г.Н. Металлургия свинца и цинка / Г.Н. Ширвин. М.: Металлургия, 1982. - 352 с.

2. Зайцев В.Я. Металлургия свинца и цинка / В.Я. Зайцев, Е.В. Маргулис. М.: Металлургия, 1985. 263 с.

3. Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов / Набойченко С.С. [и др]. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. 940 с.

4. Ярославцев А.С Исследование высокотемпературных гидрометаллурги - ческих процессов комплексного извлечения цинка и сопутствующих элементов из минерального сырья. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Свердловск. 1976. 50 с.

5. Диомидовский Д.А. Металлургические печи цветной металлургии. Металлургия, 1970. - 704 с.

6. Диомидовский Д.А., Шалыгин Л.М., Гальнбек А.А., Южанинов И.А. Расчеты пиропроцессов и печей цветной металлургии, ЛГИ, 1957-1958.

7. Вершинина Е.П., Металлургия тяжелых цветных металлов: учеб. Пособие Е.П. Вершинина, Э.М. Гильдебрандт, Н.В. Марченко. - Красноярск: ИПК СФУ, 2009. - 388 с

8. Официальный сайт Челябинского цинкового завода www.zinc.ru

Размещено на Allbest.ru

...