§ 7. Пути совершенствования процесса обжига в кипящем слое

Техническое развитие процесса обжига в кипящей слое происходит как в направлении совершенствования технологии, так и в направлении создания новых конст­рукций более производительных обжиговых печей.

В настоящее время в отечественной и мировой практике можно отметить три основных направления совершенствования технологии обжига цинковых концентра-_т0В в кипящем слое: применение кислорода, высокотем­пературный обжиг и обжиг концентратов в виде пульпы.

Одним из главных путей совершенствования техно­логии обжига является повышение степени обогащения дутья кислородом. Ввиду резкого снижения объема газов дальнейшее увеличение концентрации кислорода в дутье позволит повысить производительность печей КС без реконструкции газоходной системы и пылеулавливающих устройств и передать очищенные газы с более высоким содержанием SO2 в сернокислотное производство. Учи­тывая технический уровень производства серной кисло­ты, а также проведенные научно-исследовательские ра­боты в этой области, можно считать, что переработка высококонцентрированных сернистых газов не будет яв­ляться неразрешимой проблемой.

Однако переход на более обогащенное кислородом дутье тесно связан с решением вопроса об отводе тепла из зоны кипящего слоя, так как уже сейчас при содер­жании кислорода в дутье 30-34% охлаждение слоя с помощью кессонов вызывает определенные трудности. По-видимому, решение этого вопроса может быть най­дено путем создания более совершенной конструкции ис­парительного охлаждения с развитой поверхностью охлаждения. Разместить в кипящем слое высотой 1,0-1,2 м много охлаждающих элементов по всей вероятно­сти не удастся. Поэтому увеличение высоты слоя до 1,8-2,0 м, помимо положительного эффекта от увеличения объема материала в печи и толщины слоя, создаст так­же более благоприятные возможности для размещения системы испарительного охлаждения.

В отечественной и зарубежной практике максималь­ная температура обжига цинковых концентратов обыч­но не превышает 1000° С. Гинцветмет на Беловском цин­ковом заводе провел испытания обжига концентратов при 1080-1120° С для последующей гидрометаллурги­ческой переработки огарка [7]. При этом наблюдалось спекание мелких частиц концентрата (средний диаметр зерен 0,8 мм), благодаря чему пылевынос не превышал 25%. Наряду с повышением степени растворимости цинка в огарке до 95-96% за счет изменения структуры феррита цинка увеличилось относительное содержание Растворимых форм железа (10-15%) и кремнезема

Обжиг этого материала в аналогичных условиях при 950° С показал степень растворимости цинка, железа и кремнезема соответственно 91,7; 4,7 и 38,5%. Таким образом, преимущество, создаваемое высокотемператур­ным обжигом, в отношении растворимости цинка в огар­ке и снижения пылевыноса в значительной мере сводит­ся на нет увеличенным переходом в раствор железа и кремнезема при последующем выщелачивании огарка. Поэтому высокотемпературный обжиг цинковых концен­тратов не нашел широкого распространения в мировой практике и, по литературным данным, применяется лишь на одном заводе «Ла-Оройа» (Перу) для переработки малокремнистых концентратов.

Обжиг цинковых концентратов в виде пульпы приме­няется на некоторых заводах Японии и Югославии. При этом способе упрощается схема подготовки концентра­тов к обжигу, уменьшаются капиталовложения и экс­плуатационные расходы, сокращаются потери металла за счет упразднения переделов фильтрации и сушки. Вместе с тем усложняется переработка влажных сернис­тых газов, увеличивается коррозия оборудования и газоотводящих систем, съем пара на 1 т обжигаемого кон­центрата уменьшается на 15-20%. Поэтому обжиг пульпы для сухих привозных цинковых концентратов нецелесообразен. В отдельных случаях, когда обогати­тельная фабрика и цинковый завод находятся на одной территории, преимущества этого метода могут быть реа­лизованы в конкретных условиях данного предприятия. Здесь уместно сказать об опыте Лениногорского цинко­вого завода по выводу загрязненной промывной кислоты из процесса путем подачи ее в обжиговые печи через фор­сунку. В ряде случаев промывная кислота может быть использована как для репульпации концентрата, так и для снижения температуры в кипящем слое при соблю­дении условий, предохраняющих разрушение газоходной системы от коррозии.

При разработке новых конструкций печей КС учиты­вают следующие обстоятельства. Удельная производи­тельность печей определяется, как уже отмечалось ра­нее, количеством дутья, подаваемого в печь, на единицу площади пода. При использовании только воздушного дутья (а в мировой практике наметилась тенденция соз­дания новых, более производительных печей без приме­нения кислорода) на каждый 1 м² площади пода можно при существующей практике подать только 600-675 м³

дутья в час. Больший расход дутья неизбежно приводит к увеличению пылевыноса и высокой температуре под сводом и, как следствие, к получению циклонной пыли

низкого качества по содержанию сульфидной серы.

В связи с этим одно из направлений повышения еди­ничной мощности печи состоит в механическом расши­рении площади пода с 30 до 90-100 м² при сохране­нии существующей напряженности дутья и соответствен­но удельной производительности печи 7-8 т/(м²·сут). Такие печи уже работают за рубежом, перерабатывая от 500 до 800 т концентрата в сутки. Одновременно с увеличением площади пода коренным образом изменяют способ загрузки печи шихтой. Печи строят без форкамер, применяя скоростные ленточные питатели для за­брасывания шихты в печь.

При проектировании новых гидрометаллургических цинковых заводов предусматривают установку в обжи­говом цехе только одной печи необходимой мощности, обеспечивающей выпуск всего запланированного цинка. На время капитального ремонта этого единственного печного агрегата создают на складе огарка запас обож­женного материала на 20-30 дней. Ремонт сернокислот­ной системы (также большой мощности) приурочивают ко времени ремонта обжиговой печи.

Разработки новых конструкций печей направлены на уменьшение пылевыноса и снижение температуры газов под сводом при большей напряженности дутья. Для это­го создают печи переменного сечения, когда площадь се­чения печи в надслоевом пространстве значительно пре­восходит площадь пода. В такой печи происходит резкое снижение скорости газов в шахте печи, благодаря чему много вынесенных из слоя частиц материала, обжигаясь ^во взвешенном состоянии, снова возвращается в кипящий слой и выгружается из печи через сливной порог. Другое направление решения проблемы снижения пылевыноса состоит в сооружении циклонов возврата (рис. 22), примыкающих к верхней части печи, которые позволяют принять газы с высокой температурой и боль­шой запыленностью. При этом вынесенные из печи частицы более грубой пыли осаждаются в циклонах и снова возвращаются в печь. Происходит циркуляция относи­тельно крупных частиц огарка. Более тонкие его частицы(хорошо обожженные) уносятся газами далее в пылеулавливающие устройства и там улавливаются, а крупные, оборачиваясь несколько раз в печи, дополнительно обжигаются и разгружаются через порог.

Чтобы сохранить оптимальную температуру газов под сводом печи, разрабатывают печи со встроенными в шахту печи охлаждающими элементами. Такую конст­рукцию печи испытывают на одном из отечественных заводов. В случае положительных результатов испытания появится возможность, подбирая различную поверхность охлаждения, снизить температуру газов в шахте и под сводом печи до заданной по технологическому режиму.

Возможно, что ни одно из перечисленных направле­ний создания различных печей КС новой конструкции не сможет решить полностью проблему интенсификации процесса обжига, поэтому представляется более реаль­ным создание такой конструкции печи, которая включа­ла бы преимущества каждого направления. Эта печь, по-­видимому, должна иметь зону кипящего слоя большой высоты с весьма развитой поверхностью испарительного охлаждения, шахту переменного сечения с максимально возможным по конструктивным соображениям отношением объема надслоевого пространства к площади пода (V/S), встроенным котлом-утилизатором и циклонами возврата пыли.

Рис. 22. Схема обжиговой печи КС с циклопами возврата:

1 - печь КС; 2 - циклоны возврата; 3 - циклоны «СИОТ»; 4 - шнеки возвра­та пыли; 5 - привода шнеков; 6 - течки возврата пыли; 7 - желоба для смыва огарка; 8 - насос для подачи воды

Очевидно, претерпит изменения и компоновка основ­ного оборудования, входящего в комплекс печи КС. Так, будут значительно приближены к печи все пылеулавли­вающие устройства, особенно электрофильтры. При этом они должны быть модернизированы на прием газов с бо­лее высокой температурой. Такая компоновка оборудо­вания позволит максимально герметизировать газоотвод­ную систему, значительно сократить подсосы наружного воздуха, повысить концентрацию сернистого ангидрида в газах и исключить конденсацию паров серной кислоты в электрофильтрах.

1Алексеев Ю.В. – Цветные металлы.- 1970.- № 10.- с. 14-17.

2Огиенко, А.С., Ярыгин, В. И., Абрамовская, Л.А. — «Цветные металлы», 1974, №8, с. 20-21