2.2.5 Удаление вредных примесей из шихты при спекании руд и концентратов

В ходе агломерации происходит интенсивное выгорание сульфидной серы шихты. Пирит FeS₂ и пирротин FeS начинают окисляться с 250—280 °С по реакциям: 4FeS₂ + 11О₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂; 4FeS + 7O₂ = 2Fe₂O₃ + 4SO₂. Выше 1383 °C в воздушной атмосфере гематит диссоциирует с образованием магнетита, который и является в этом случае единственным твердым продуктом реакции: 3FeS₂ + 8О₂ = Fe₃O₄ + 6SO₂; 3FeS + 5О₂ = Fe₃O₄ + 3SO₂

Определенную роль играет и прямое взаимодействие оксидов железа шихты и сульфидов: 16Fe₂O₃ + FeS₂ = HFe₃O₄ + 2SO₂ (>500°C); 10Fe₂O₃ + FeS = 7Fe₃O₄ + SO₂ (>1100°C).

В присутствии катализаторов (Fe₂O₃) до 40 % SO₂ окисляется до SO₃. Некоторая часть органической серы коксовой мелочи переходит в газовую фазу и присутствует в газовой фазе в виде паров комплексов S₂ (500—600 °С); S₆ и S₈ (до 500 °С). В отходящих газах установлено также наличие H₂S и COS. В зоне горения твердого топлива сернистые соединения захватываются из газовой фазы железистым силикатным расплавом и растворяются в нем в виде CaS. Кроме того, при температурах до 900—1000 °С известь, известняк и ферриты кальция поглощают SO₂ из газа по схеме: СаО + SO₂ + 0,5Н₂О = CaSO_3*0,5H₂O (сульфит кальция); CaSO_3*0,5H₂O = CaSO₃ + 0,5Н₂О (>150 °С); CaSO₃ + 0,5О₂ = CaSO₄ (ангидрит).

Таким образом, высокая основность шихты ухудшает условия ее десульфурации. В равных условиях степень десульфурации шихты повышается с уменьшением крупности ее частиц. Однако чрезмерное переизмельчение может ухудшить газопроницаемость слоя и замедлить приток воздуха к частицам сульфидов, что снизит степень десульфурации. Как видно из приведенных выше реакций, избыток кислорода необходим для выгорания сульфидов шихты. Другими словами, эффективное выгорание сульфидной серы возможно лишь при окислительном режиме агломерации, т. е. при низких расходах коксовой мелочи, если они обеспечивают достаточно высокие температуры в спекаемом слое.

При агломерации магнетитового концентрата наилучшая десульфурация достигается при 3,5—4,5 % твердого топлива в шихте. Степень удаления сульфидной серы может достигать при агломерации 95—99 %. Поскольку при окислении сульфидов выделяется значительное количество тепла, 1 кг пирита в шихте по теплотворной способности заменяет 0,3 кг коксовой мелочи среднего качества. Сульфатная сера гипса (CaSO_4*2H₂O), барита (BaSO₄) удаляется из шихты при агломерации всего на 60—70 %, так как диссоциация сульфатов требует длительного воздействия высоких температур (>1000 °С) на вещество шихты. Удалению сульфатной серы способствуют, следовательно, повышенные расходы топлива на спекание.

Удаление мышьяка, цинка, свинца шихты при производстве офлюсованного агломерата почти не имеет места. Однако при вводе в шихту хлорирующих добавок, например 2—3 % СаС1₂ (по массе), эти элементы образуют летучие хлориды с низкими (700—1000 °С) температурами кипения. В этих условиях удается удалить из шихты до 90 % РЬ, до 65 % Zn, до 60 % As. Что касается фосфора, то при любых условиях спекания он целиком переходит из шихты в агломерат.