Особенности процесса обжига в кипящем слое

Широкое применение обжига в кипящем слое объ­ясняется его значительными преимуществами перед об­жигом в многоподовых печах и обжигом во взвешенном состоянии. Для сравнения в табл. 4 приводятся основ­ные технические показатели этих трех видов обжига для печей, занимающих одну и ту же производственную площадь.

Как следует из табл. 4, обжиг в кипящем слое отли­чается от других видов обжига большей производитель­ностью, повышенной концентрацией SO₂ в газах, низким содержанием сульфидной и более высоким содержани­ем сульфатной серы в продуктах обжига.

Процессы в кипящем слое основаны на способности слоя зернистого материала приобретать свойства жид­кости при пропускании через него газа или воздуха с определенной скоростью, т. е. находиться в так называемом псевдосжиженном состоянии.

Таблица 4

Основные технические показатели различных видов обжига

Флотационные цин­ковые концентраты по своим физико-химическим данным вполне пригодны для обжига в кипящем слое. Продукт их обжига (огарок) легко поддерживается на поду пе­чи в состоянии псевдосжижения, что позволяет длитель­ное время работать без залегания крупных частиц. При обжиге в кипящем слое наиболее полно используется огромная реакционная поверхность частиц цинковых концентратов, что создает особо благоприятные условия для взаимодействия зерен плотного, трудно окисляемо­го сульфида цинка с кислородом воздуха.

Обжиг в кипящем слое вследствие различной круп­ности зерен протекает как совокупность двух процес­сов окисления сульфидов: в самом кипящем слое и в восходящем потоке обжиговых газов, т. с. во взвешенном состоянии. Первый процесс при работе печи поддается Довольно точной регулировке, второй - управляется с трудом. Большая часть материала крупностью менее 0,1 мм практически обжигается только во взвешенном! состоянии. Поэтому, строго говоря, обжиг в кипящем: слое является комбинированным видом обжига - в псевдосжиженном и во взвешенном состоянии. Для проведения обжига только в кипящем слое необходима предварительная грануляция цинковых концентратов с получением однородных по крупности зерен.

В зоне кипящего слоя протекают реакции окисления сульфидов, образования ферритов, сульфатов и силика­тов, а также и другие реакции в твердой и газообраз­ной фазах. Одновременно благодаря различной крупности частиц концентрата и высокой восходящей скорости газового потока в зоне кипящего слоя происходит непрерывная классификация материала по крупнос­ти. Более крупные зерна остаются в ванне печи и через некоторое время выходят из нее через сливной порог в холодильник. Тонкие частицы с различной степенью окисления (от сульфидов до окислов) отрываются от поверхности слоя и выносятся потоком газов в надслоевое пространство (шахту печи), где обжиг сульфидов, продолжается уже во взвешенном состоянии. Большая часть этого материала не возвращается в кипящий слой и выносится газами из печи, а затем улавливается в ви­де пыли в стояках, циклонах, газоходах или в котлах-утилизаторах.

В результате происходящей в кипящем слое классификации материала получают два обожженных про­дукта - огарок, выгружаемый из печи через сливной порог, и различные пыли, улавливаемые из газов вне печи. Второй продукт будем для упрощения именовать далее циклонной пылью. В зависимости от физико-химических свойств концентрата, его гранулометричес­кой характеристики, скорости выходящего потока газов и величины отношения объема надслоевого прост­ранства к площади пода (V/S) выход указанных мате­риалов колеблется в широких пределах: огарка 20 - 70%, циклонной пыли 30 - 80%. Оба продукта затем объеди­няют и передают в цех выщелачивания. Ниже приве­дены гранулометрический, химический и вещественный состав огарка и циклонной пыли, %:

Гранулометрический состав продуктов обжига пока­зывает, что циклонная пыль, а точнее, частицы обож­женного концентрата, выносимые из печи, имеют размер в основном менее 0,1 мм. Из сопоставления химическо­го и вещественного состава огарка и циклонной пыли видно, что и огарок, и циклонная пыль соответствуют по содержанию сульфидной серы требованиям, предъявля­емым к продуктам обжига цинковых концентратов, так как в обоих продуктах оно ниже 1%. Степень раство­римости цинка в этих продуктах также соответствует технологическим условиям, несмотря на высокое содер­жание железа, и равна примерно 90%.

В циклонной пыли выше содержание сульфидной и сульфатной серы, водорастворимого цинка, кадмия, свинца и железа и ниже содержание общего и кислоторастворимого цинка. Повышенное содержание сульфид­ной серы в пылях (а оно практически всегда имеет место) объясняется тем, что в отдельных частицах концентрата, которые проходят с большой скоростью надслоевое пространство печи, при установившемся температурном режиме не успевают за это время завершаться реакции окисления сульфидов.

Повышенное содержание сульфатной серы, главным образом связанной с цинком, можно отнести как за счет недостаточного времени для разложения образовавше­гося в зоне кипящего слоя сульфата цинка, так и за счет вторичных реакций в результате взаимодействия ZnO с SO₃, которые могут протекать в стояках и цикло­нах при пониженных температурах.

Причиной более высокого содержания кадмия и свинца в пылях является повышенная летучесть их со­единений (сульфидов и окислов), которые, возгоняясь при высоких температурах обжига, улавливаются в ви­де возгонов в пылеулавливающих аппаратах.

Объяснение пониженному содержанию общего цин­ка в циклонной пыли можно найти при более деталь­ном вещественном анализе продуктов обжига, который показывает, как правило, увеличение содержания в пылях очень тонких фракций соединений железа и породо­образующих минералов.

Успешное проведение процесса обжига обусловлива­ется тремя важнейшими факторами: равномерным и непрерывным питанием печи шихтой, соблюдением тем­пературного и тяго-дутьевого режима.