Обжиг сульфидных медных концентратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обжиг сульфидных медных концентратов

Наиболее распространенными способами переработки сульфидного медного сырья до настоящего времени являются различные методы концентрационной плавки на штейн.

Перед плавкой в отражательных или электрических печах обжиг проводится без расплавления шихты. Плавка в шахтных печах требует окускования мелких руд или флотационных концентратов. В этих случаях обжиг сопровождается спеканием шихты с получением крупнокускового продукта - агломерата. Процесс проводится на прямолинейных агломерационных машинах с верхней или нижней подачей дутья. На заводах применяются агломашины с площадью спекания 50 - 75 м².

В отражательных печах плавят мелкодисперсное сырье и в этом случае для окислительного обжига используют многоподовые или более современные и производительные печи кипящего слоя.

В металлургии меди применяют сульфатизирующий и окислительный виды обжига. Целью сульфатизирующего обжига применяемого в гидрометаллургии является перевод извлекаемых металлов в легко растворимые в воде сульфаты и растворимые в растворах кислот оксиды.

Целью окислительного обжига, в пирометаллургии меди является частичное удаление серы и перевод части сульфидов железа в оксиды легко шлакуемые при последующей плавке. Обжиг позволяет получить при плавке, богатые штейны с содержанием не менее 25-30% Cu, а также использовать богатые по содержанию SO₂ газы для производства серной кислоты. Окислительный обжиг применяется при переработке высокосернистых, бедных по меди концентратов, а также при переработке медного сырья с повышенным содержанием цинка с целью окисления сульфида и перевода оксида цинка в шлак.

Окислительный обжиг проводят при 750-900 °С. Процесс обжига состоит из следующих основных элементарных стадий:

· нагрева и сушки шихты,

· термической диссоциации высших сульфидов,

· воспламенения и горения сульфидов.

Нагрев шихты сопровождается удалением влаги и происходит как за счет теплопередачи от горячих газов, так и за счет тепла реакций окисления. После нагрева шихты до 350-400°С начинаются процессы диссоциации сульфидных минералов и их воспламенение. Термическому разложению подвергаются только высшие сульфиды по реакциям:

FeS₂ = FeS + 1/2 S₂

2 CuFeS₂ = Cu₂S + 2 FeS + 1/2 S₂

2 CuS = Cu₂S + 1/2 S₂

Выделяющиеся пары серы сгорают в окислительной атмосфере печи по реакции:

S + O₂ = SO₂

Все реакции термической диссоциации эндотермичны и требуют затрат тепла на их осуществление. В процессе обжига возможно частичное разложение карбонатов:

СаСО₃ = СаО + СО₂

Окисление сульфидов начинается с их воспламенения. Под температурой воспламенения подразумевают температуру, при которой количество выделяющегося тепла становится достаточным для начала интенсивного горения всей массы сульфидного материала. Температура воспламенения сульфидов зависит от их физико-химических свойств и тонины помола. Пирит, халькопирит и халькозин при крупности зерен около 0,1 мм начинают гореть при температурах соответственно 325, 360 и 430 °С.

При окислительном обжиге медных концентратов преимущественно окисляются сульфиды железа. Основные реакции окислительного обжига медных концентратов:

2 FeS + 3,5 О₂ = Fe₂O₃ + 2 SO₂ + 921000 кДж

2 FeS₂ + 5,5 О₂ = Fe₂O₃ + 4 SO₂ + 1655000 кДж

2 CuFeS₂ + 6 О₂ = Fe₂O₃ + Cu₂O + 4 SO₂

При обжиге возможно также окисление сульфидов меди по реакции

Cu₂S + 1,5 O₂ = Cu₂O + SO₂ + 38435 кДж

Однако вследствие большого сродства меди к сере она вновь сульфидируется по обменной реакции и Cu₂O фактически в огарке не будет.

Cu₂O + FeS = Cu₂S + FeO + 168060 кДж.

Все реакции окисления сульфидов и элементарной серы экзотермичны. Выделяющегося в условиях обжига медных концентратов тепла, достаточно для самопроизвольного протекания обжига, который является типичным автогенным процессом.

При взаимодействии кислорода с каким-либо сульфидом на поверхности его зерна образуется оксидная пленка. Скорость роста пленки оксидов будет зависеть от количества подводимого к реакционной поверхности кислорода и скорости его диффузионного проникновения внутрь частицы. Для ускорения процесса окисления нужен интенсивный массообмен в газовой фазе, обеспечивающий удаление от поверхности твердых частиц продукта реакции - сернистого ангидрида, а следовательно, облегченный подвод к частице окислителя. При недостаточной продолжительности обжига внутри частицы может сохраниться сульфидное ядро.

Продуктами обжига являются огарок, газы и пыль. Минералогический состав огарка будет резко отличаться от состава исходного концентрата. Получающийся огарок характеризуется наличием в нем наряду с сульфидами- оксидов и практически полным отсутствием высших сульфидов. При проведении обжига возможно образование небольших количеств сульфатов меди, железа и цинка. Окислительный обжиг сульфидных материалов перед плавкой на штейн сохраняет одну и ту же физико-химическую основу независимо от вариантов аппаратурного оформления.

Рис.2.2 Многоподовая печь с механическим перегребанием;

1-опорные колонны; 2- корпус печи; 3- дверца; 4- опорное кольцо; 5 - лапа рабочего пода;

6 - воздухоподводящая труба; 7 - лапа подсушивающего пода; 8 - опорная конструкция;

9 - соединительная муфта; 10 - опорные ролики; 11- рама; 12-питающее устройство; 13-рычаг;

14-тяга гребка, регулирующего подачу концентрата; 15-разгрузочное отверстие; 16-грохот;

17-воронка для огарка; 18-воронка для крупного материала; 19-подпятник; 20-коническая шестерня;

21- вал печи. [4, стр.515]

Режимные параметры и показатели обжига медных сульфидных концентратов

Обжиг в кипящем, слое является высокопроизводительным процессом. Это обусловлено развитой удельной поверхностью контакта твердой и газообразной фаз. Окисление сульфидов в этих условиях идет очень интенсивно, даже при небольшом избытке воздуха (10 - 20 % более от теоретически необходимого). При достаточной герметизации печей это позволяет получать газы, содержащие до 12 - 14 % SO₂. Производительность печей КС по концентрату в 4-5 раз выше, чем при обжиге в механических многоподовых печах. Конструкция печей КС проста, а их работа легко поддается механизации и автоматизации.

Шихта поступающая на обжиг содержит, %: 9-14 Cu; 2-16 Zn; 22-29 Fe; 22-35 S; 2-3 CaO; 20-25 SiO₂. Выход огарка при скорости псевдоожижжения 0,18-0,22 м/сек составляет 60-70% и выход пыли соответственно-30-40%. С увеличением скорости дутья в печи КС до 0,3-0,6 м/сек выход огарка выгружаемого через порог печи снижается до 15-20%, а выход пыли возрастает до 80-85%. многоподовая печь сульфидный концентрат

Обжиг в кипящем слое позволяет поддерживать температуру в достаточно узких пределах и создавать нужный состав газов в печи. Это дает возможность проводить в печах КС как окислительный , так и сульфатизирующий виды обжига.

Обжиг медных концентратов начиная с 1959 г. применялся на медеплавильном комбинате им.Г.Дамянова (Болгария), с 1964 г на Среднеуральском медеплавильном заводе (Россия), а также с 1980-х годов на заводах "Копперхилл" (США), "Наосима" (Япония), "Люаншиа" (Замбия) и др.

Рис.2.3 Печь кипящего слоя для обжига сульфидных концентратов:

а) печь СУМЗа; б) печь АМХК; 1-воздушная коробка; 2- уровень шихты; 3- окна для форсунок;

4- подина; 5 - форкамера. [Гудима-3,стр.108]

Таблица 2.1 Технико-экономические показатели обжига медных концентратов:

Размещено на Allbest.ru