Меню

Zns обжиг в токе кислорода

Теоретические и технологические основы окислительного и сульфатизирующего обжига

Наибольшее распространение окислительный и сульфатизирующий обжиг получил в технологии переработки сульфидных руд, которые являются доминирующим сырьем для извлечения Сu, Nі, Со, Мо, Zn и Рb. Сульфиды тяжелых цветных металлов могут окисляться в зависимости от температуры по различным схемам: при низких температурах (например, в природных условиях) — до сульфатов, а при температурах обжига 970 — 1170 К — до оксидов. При высоких температурах окислениесульфида может привести к образованию металла. Образование оксидов и сульфатов при обжиге происходит по следующим конечным реакциям:

Первая реакция практически необратима, для второй реакции константа равновесия равна откуда:

= (15)

Для третьей реакции

Когда парциальное давление сернистого ангидрида в печных газах Pso2 больше давления диссоциации сульфата , т.е. когда

(16)

идет образование оксида (окислительный обжиг). Реакции окисления сульфидов до оксидов характеризуются значительной убыльюстандартного изобарно — изотермического потенциала и, следовательно, имеют большую вероятность реализации. Однако, полнота потенциала различных реакций этого типа будет неодинаковой. При данных температуре и составе газовой фазы более вероятен тот процесс, который отвечает большим концентрациям сернистого ангидрида в равновесной газовой смеси (SO2 + O2) , т.е. большей константе равновесия . Например, окисление сульфида железа должно идти преимущественно до Магнетита, затем до оксида и т.д. Аналогичные термодинамические закономерности лежат и в основе протекания реакций окисления сульфидов до сульфатов, в этом случае при одних и тех же режимах вероятнее осуществление процессах образованием сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов и затем сульфатов» цветных металлов. Реакции окисления сульфидов сопровождаются образованием металла, при температурах обжига реализуются не для всех сульфидов. Константа равновесия реакций этого типа равна Кp=Pso2/Po2 . Например, константы равновесия сернистого ангидрида для реакции окисления сернистого Са кислородом ничтожно малы, т.е. термодинамически при этих температурах процесс окисления сернистого Caс образованием металла невозможен. Для остальных рассмотренных сульфидов образование металла термодинамически возможно, но полнота протекания процесса в каждом отдельном случае будет определяться величиной константы равновесия. Процесс окислительного обжига сульфидов с образованием оксидов металлов сопровождается выделением большого количества тепла. Поэтому после нагрева сульфидов; до температуры их воспламенения их окисление осуществляется самопроизвольно или автогенно, т.е. без подвода тепла извне. В связи с этим температура обжига должна быть выше температуры воспламенения сульфидов, которая при крупности зерен 0,06 мм в атмосфере воздуха равна. К: пирита (FеS2)633 халькопирита (СuFеS2)653, халькозина (Сu2S)708, галенита (РbS)1028, сфалерита (ZnS)888, антимонита (Sb2S3)598, миллерита (NiS)928, S элементарной 563. Было изучено воспламенение медных концентратов норильского; красноуральского и шихты из него, а также золотушинского. Определено, что температура начала воспламенения медных концентратов зависят от вида сырья и не зависят от концентрации кислорода в газовой смеси. Подшихтовка к норильскому концентрату до 16 % кремнезема незначительно влияет на температуру начала воспламенения. Температуры воспламенения концентратов равны. К: для норильского 561 — 566, красноуральского — 60Т, его шихты — 593 и золотушинского — 616. Опыты показали, что концентрация кислорода в дутье и содержание в шихте кремнезема в значительной степени определяют интенсивность протекания процесса воспламенения. Чем выше концентрация кислорода, тем интенсивнее осуществляется горение материала, что приводит к более сильному разогреву пробы. В случае гранулированного концентрата процесс воспламенения протекает в две стадии сравнительно спокойно, и затянут во времени. Температурные максимумы равны соответственно 890 и 910 К. Концентрация кислорода в дутье 20 %. С увеличением концентрации кислорода процесс горения идет более интенсивно, что влечет за собой более резкий разогрев материала пробы. Так, при содержании 68 % кислорода в дутье температура возрастает до 1113 К, а при 90 % — до 1208 К.В последнем случае отмечалось оплавление материала. Такая же закономерность, но с более низкими значениями температур отмечалась и для не гранулированных концентратов и шихт. Добавление к концентрату кремнезема (до 16 %) мало изменяет температуру начала воспламенения, но значительно влияет на характер протекания процесса. С увеличением добавок кремнезема заметно уменьшается интенсивность реакции: экзо эффекты на кривых нагревания становятся все более растянутыми, уменьшается температура их максимума вследствие увеличения теплопотребления материала пробы. Различие процесса воспламенения проб, в случае гранулированного и не гранулированного концентрата обусловлено различной степенью контакта частиц материала с газовой средой, подводом кислорода к реакционной поверхности и отводом продуктов реакции. Максимальные температуры воспламенения красноуральского концентрата и его шихты соответственно равны 873 и 868 К. Пики экзоэффектов растянуты, что указывает на замедленный характер протекания процесса горения продукта. Площадь пика для шихты красноуральского концентрата меньше, чем для чистого концентрата. Это объясняется значительным разубоживанием концентрата инертным материалом (оксидами, пылями и т.д.) с большим теплопотреблением. Воспламенение золотушинского концентрата отмечается при температуре 616 К.Температура в пробе скачком возрастает до 1028 К и затем резко падает до 830 К.На практике температура обжига для воспламенения сульфидов обычней колеблется от 853 до 1123 К — и не должна превышать 1173 К, так как при более высокой температуре начинается плавление отдельных сульфидов, образование легкоплавких эвтектик и спекание частиц материала, препятствующих нормальному течению процесса обжига. Температура плавления некоторых сульфидов, по данным, составляет, К: FеS — 1444, Cu2S — 1408, РbS — 1393, ZnS — 1943, Ag2S — 1085,CoS — 1413, Ni3S2 — 1057, Sb2S3 — 819, SnS – 1153, Na2S — 1193, MnS — 1803,CaS — 2173. Кроме температур плавления Отдельных сульфидов, необходимо также учитывать возможность образования при обжиге их эвтектик, которые плавятся обычно при более низких температурах:

Компоненты Состав эвтетики, % Т, К
FeS-Fe 85FeS
FeS-Cu2S 32,4 Cu2S
FeS-ZnS 5ZnS
FeS-PbS 30FeS
FeS-Ag2S 11FeS
Cu2S-Cu 3,8Cu2S
Cu2S- Ag2S 30 Cu2S
Cu2S-PbS 51 Cu2S
Cu2S-Ni3S2 23 Cu2S
Cu2S-Na2S 50 Cu2S
Cu2S-Na2S 78 Cu2S
Ni-Ni3S2 21,5 S

Температура воспламенения сульфида является такой, при достижении которой окисление идет настолько интенсивно, что выделяющегося при этом тепла достаточно для самопроизвольного распространения процесса по всей массе материала. Температура воспламенения зависит как от физических и химических свойств сульфидов, так и от внешних условий. Из физических свойств следует отметить теплоемкость, теплопроводность и плотность сульфида и продуктов его окисления. Чем выше теплоемкость и плотность их, тем выше температура воспламенения. Из химических свойств имеет значение структура сульфида и тепловой эффект реакции его окисления. При высоком тепловом эффекте уже небольшое количество вступающего в реакцию вещества вызывает повышение температуры и повышение скорости реакции окисления. Внешними условиями,, влияющими на температуру воспламенения сульфида, являются характеристика среды, в которой происходит окисление, наличие в шихте катализаторов и подавителей, ускоряющих или замедляющих процесс обжига и др. Окислительный обжиг может протекать в атмосфере воздуха (холодного или подогретого, обогащенного или обедненного кислородом), в струе чистого кислорода, в атмосфере углекислого газа или водяного пара, в атмосфере продуктов горения топлива. Эти и другие факторы оказывают влияние на температуру воспламенения и интенсивность окисления сульфидов. Основными условиями протекания сульфатизирующего обжига, в отличие от окислительного, являются: 1) пониженная температура, так как с повышением температуры возрастает вероятность диссоциации сульфатов; 2) повышенная концентрация серного или сернистого ангидрида в печных газах; 3) более длительное пребывание обжигаемого материала в зоне обжига в условиях интенсивного контакта с печными газами, что обусловлено менее интенсивным протеканием процесса сульфатизации (главным образом, за счет более низкой температуры процесса).Окислительный обжиг не сульфидных материалов имеет место в таких процессах, которые сопровождаются переходом металлов в оксиды или низших оксидов в высшие. Этот процесс является обратным диссоциации оксидов, их объединяют и общие физико — химические и молекулярно — кинетические закономерности.

Кинетика обжига складывается из скорости реакции окисления на поверхности сульфидов и из скорости процесса диффузии, т. е. скорости подвода реагирующих веществ к границе раздела фаз и скорости отвода от нее продуктов взаимодействия. Реакции обжига, несомненно, связаны с катализом, причем катализатором является один из продуктов окисления, другими словами, реакции обжига должны быть отнесены к автокаталитическим реакциям. Самый распространенный тип гетерогенного катализа — это катализ взаимодействия газа с твердыми поверхностями, т. е. катализ, связанный с адсорбцией, при этом реакции в адсорбированном слое идут быстрее, чем в объеме газа. Из продуктов окисления сульфидов каталитическое действие. На окисление сернистого ангидрида в серный оказывают оксид железа, оксид меди, закись никеля и другие оксиды металлов. Из химической кинетики известно, что гомогенные химические реакции, связанные с большой энергией активации, с повышением температуры ускоряются примерно на 10%, на каждый градус повышения температуры. Диффузионные процессы, связанные с уменьшенной энергией активации ускоряются с повышением температуры только на 1 —3 % на каждый градус подогрева. При низких температурах диффузионные процессы идут быстрее химических реакций. Но так как скорость химических реакций с повышением температуры нарастает быстрее, то при достижении определенного температурного предела эта скорость превышает

Читайте также:  Расчет токов в цепи методом эквивалентного генератора

скорость диффузионных процессов и обжиг переходит из кинетической в диффузионную область.

Переход из кинетической в диффузионную область сопровождается воспламенением сульфидов. Простирание кинетической области зависит от величины зерен обжигаемого материала, состава печных газов, интенсивность нагрева и некоторых других факторов. Чем крупнее частицы, чем толще слой обжигаемого материала, тем больше значение при обжиге имеют явления диффузии.

Известны три вида диффузии: 1) обмен мест в узлах кристаллической решетки, 2) перемещение по междоузлиям и 3) эстафетное перемещение дырок.

По характеру процессов различают реакционную и пере- кристаллизационную диффузию.

При обжиге сульфидных материалов, несомненно, имеет место реакционная диффузия.

Наиболее типичным примером реакционной диффузии при обжиге сульфидных материалов может служить обжиг кусковых руд на так называемое «ядро». Этот вид обжига в старину применялся как своеобразный метод обогащения сульфидных руд. В литературе приводится ряд интересных примеров обжига «на ядро». При этом виде обжига медь концентрируется в ядре каждого куска, а наружная оболочка каждого куска состоит преимущественно из оксидов железа. Так, в одном случае исходная руда имела следующий состав: 1,6% меди, 43,5% железа, 50,15% серы, 5,0% —кремнезема. При обжиге, в каждом куске руды было получено ядро следующего состава, 41,64% меди, 28,76% железа, 29,28 % — серы, 0,08% кремнезема. Ближайшая к ядру оболочка имела состав, 3,31% меди, 85,7% оксида железа, 2,85% кремнезема и 0,92% серы.

Обжиг на ядро применялся на закавказских медеплавильных заводах, в частности на Кедабегском заводе. Было известно, что обжиг на ядро получается при рудах в кусках размерами около 100 мм в том случае, когда руда при обжиге не декриптирует.

Для объяснения явления концентрации меди в центре куска раньше был, выдвинут ряд различных гипотез. Например, было, сделано предположение, что причиной концентрации меди в ядре является образование при обжиге легкоплавких эвтектик из сульфидов железа и меди. Другая гипотеза, выдвинутая Фридрихом на основании исследований Шенка и Гемпельмана, изучавших систему медь — сера — кислород, объясняет появление обогащенного медью ядра образованием эвтектики полусернистой меди и сульфата меди.

Все эти предположения не объясняют явления, в частности того, что богатые медью сульфиды концентрируются в центре, каждого куска, а не стекают вниз к основанию рудного отвала, в котором осуществляется кучной обжиг «на ядро». Совершенно очевидно, что истинной причиной концентрации меди в центре кусков является двухсторонняя диффузия серы и железа на поверхность кусков и кислорода в обратном направлении.

Было установлено, что при окислении сернистой меди при темперагурах 473 — 673 К гексагональная решетка сульфида перестрливается в моноклиническую кристаллическую решетку оксида меди обогащением по меди и объемным изменением (увеличением плотности).

Подобная перестройка происходит чисто диффузионным путем, а именно за счет встречной диффузии серы и кислорода. При этом кислород замещает серу, а сера, продиффундировав на наружную границу раздела твердой и газообразной фаз, взаимодействует с кислородом и образует сернистый ангидрид, который переходит в окружающую газовую среду.

При температуре 873 К окисление сульфида меди протекает очень интенсивно наружный слой сульфида переходит в оксид, а внутренний — в закись меди. Выделение сернистого ангидрида сказывается на прочности вязи оксида и закиси меди. Эти слои связаны очень слабо и легко отделяются один от другого. В то всё же время кристаллы одного и того же слоя связаны между собою достаточно прочно.

Рентгеноструктурные исследования диффузионных явлений в системе медь- сера, проведенные теми же авторами, показали, что при температуре 423-473 К идет медленная двухсторонняя, диффузия, а при температуре 573- 673 К образуется два слоя — внутренний из полусернистой меди и наружний — из сернистой меди. Рост продуктов реакции наблюдается вглубь металла и на его наружной поверхности, при этом перемещение меди получается более быстрое, чем перемещение в противоположном направлении серы (быстрый рост сульфида во внешнюю сторону). Между слоями сернистой и полусернистой меди контакт сохраняется только в отдельных точках, которые являются своеобразными мостиками, через которые проходят диффундирующие атомы или ионы. Пористость внутреннего слоя полусернистой меди, подобная вюститу, обусловливает его дырчатую структуру и обеспечивает переход ионов меди на наружную Поверхность сульфида.

Сера, по-видимому, перемещается не в виде ионов, а в виде атомов. Ее атомный радиус 1,06 А, а радиус иона двухвалентной серы 1,82 А. Медь перемещается, вероятно (в виде ионов, радиус которых 0,8 А. Перемещение меди в виде атомов с радиусом 1,28 А потребовало бы большой энергии разрыхления. При окислительном обжиге сульфидных материалов несомненно идет двухсторонняя диффузия с перемещением атомов серы на наружную поверхность и встречным движением атомов (или ионов) кислорода.

При обжиге крупнокусковых руд происходит также диффузия на поверхность отдельных кусков ионов железа, так как только этим можно объяснить обогащение поверхностного слоя и соответствующее обеднение центрального ядра железом.

Как отмечалось, обжиг «на ядро» имеет место при величине кусков порядка 100 мм в поперечнике и при не декриптирующих рудах. При мелкокусковых материалах явление концентрации меди в центрах кусков не наблюдается. Отсюда следует, что диффузионные процессы с уменьшением размеров кусков обжигаемого сульфидного материала проявляются в меньшей степени даже при подовом обжиге мелких материалов, когда эти материалы образуют слой толщиной до 200 — 300 мм и больше, явления диффузии при обжиге имеют очень большое значение и в большинстве случаев определяют скорость процесса.

По мере утолщения поверхностной пленки продуктов окисления сульфида скорость реакции при одной и той же температуре течением времени замедляется и реакция окисления тормозится связи с этим скорость реакции окисления сульфида не подчиняется обычным уравнениям для реакций первого порядка и зависит от коэффициента торможения, который характеризует сопротивление поверхностной пленки диффузии.

Скорость диффузии кислорода и других участников взаимодействия зависит от плотности поверхностной плёнки. Экспериментально установлено, что при образовании на поверхности сульфидов железа оксида (гематита) процесс обжига протекает быстрее, чем в случае образования пленки магнетита объясняется это тем, что магнетит значительно плотнее гематита.

В современных видах обжига сульфидных материалов во взвешенном состоянии и в кипящем слое, когда мелкие частицы материала находятся в разобщенном состоянии и имеют большую поверхность соприкосновения с кислородом печных газов диффузионные процессы оказывают меньшее влияние на кинетику обжига в сравнении со старыми видами обжига. Но при обжиге цинковых концентратов с повышенным содержанием примесей роль диффузионных процессов значительно возрастает.

Дата добавления: 2017-06-13 ; просмотров: 1494 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Глава II обжиг цинковых концентратов

§ 1. Теоретические основы процесса обжига

Первой металлургической операцией в производстве цинка любым методом является обжиг цинковых концентратов с целью перевода сульфидных соединений цинка в окисленные. В процессе обжига сера удаляется с печными газами в виде сернистого ангидрида, а на­ходящиеся в огарке окислы цинка могут быть в дальнейшем выщелочены по гидрометаллургической техно­логии слабыми растворами серной кислоты для получения сульфатного цинкового раствора или восста­новлены углеродом до металла при пирометаллургическом (дистиляционном) способе.

Существует несколько разновидностей обжига. При производстве цинка пирометаллургическим методом кон­центраты вначале подвергают неполному (до 10 -12% серы) окислительному обжигу на порошок, а затем спе­кают полуобожженный материал на агломерационных машинах. При этом стремятся нацело удалить серу из концентрата и превратить обожженный материал в по­ристый крупнокусковый продукт — агломерат. Стремле­ние удалить серу при обжиге как можно полнее объяс­няется тем, что при последующем восстановлении и воз­гонке цинка каждый 1 % серы в агломерате уносит с со­бой в отвальный продукт (раймовку) 2% цинка, чем значительно снижает извлечение металла в товарную продукцию.

При гидрометаллургическом способе получения цин­ка к обожженному концентрату предъявляются более жесткие требования, поэтому обжиг концентратов в этом производстве преследует следующие цели:

1) перевести в окислы максимальное количество сульфидов металлов (огарок должен содержать мини­мальное количество сульфидной серы);

2) оставить в обожженном продукте небольшое (за­данное) количество сульфатной серы, обычно в преде­лах 3 — 4%, для компенсации потерь серной кислоты в процессе производства;

3) получить как можно меньше нерастворимых в серной кислоте ферритов цинка;

4) не допустить образования большого количества силикатов свинца и цинка, затрудняющих отстаивание и фильтрацию растворов;

5) получить обожженный продукт в виде тонкого по­рошка с большой реакционной поверхностью.

При этом необходимо также обеспечить максималь­ную концентрацию сернистого ангидрида в обжиговых газах и улавливание возгонных цветных и редких метал­лов.

Таким образом, обжиг цинковых концентратов в гидрометаллургии является окислительно — сульфатизирующим.

Окисление сульфидов кислородом воздуха протека­ет по экзотермической необратимой реакции:

MeS + 1.5 O2 = MeO + S O2 + Q

При нагревании сульфидов в воздухе при определен­ной температуре скорость реакции достигает такой ве­личины, при которой в результате выделения тепла в хо­де реакции дальнейший процесс окисления может про­текать без подвода тепла извне. Эта температура называется температурой воспламенения сульфидов и зависит от рода сульфида и крупности его зерен.

Скорость процесса окисления твердого сульфида кислородом воздуха определяется условиями диффузии газов через корку окислов, покрывающую внутреннюю, неизменившуюся часть сульфида. Внутрь зерна диф­фундирует кислород, навстречу ему — сернистый газ. По мере окисления сульфида корка окислов постепенно утолщается, условия диффузии газов ухудшаются, и скорость реакции замедляется. Отсюда следует, что с увеличением размера зерна время, необходимое для полного окисления сульфида, значительно возра­стает.

Читайте также:  В схеме частотно токового эп источник тока фазы

Так можно представить процесс окисления одного зерна сульфида. На практике обжигу подвергают цинко­вый концентрат, состоящий из большой массы сульфид­ных зерен. Поэтому продолжительность обжига зависит еще и от условий подвода кислорода воздуха к каждо­му зерну сульфида и отвода от него сернистого газа. По этой причине механические многоподовые обжиго­вые печи являлись наименее производительными агрега­тами. Концентрат располагался в них на подах слоем 50 – 100 мм, и доступ воздуха к зернам сульфидов, на­ходящимся внутри слоя, был затруднен.

Перегребание слоя специальным механизмом и пе­ресыпка концентрата с пода на под несколько ускоряли процесс окисления сульфидов, но в целом этот способ обжига как малопроизводительный устарел и больше не применяется. Для обжига на поду были характерны также низкая концентрация сернистого ангидрида в об­жиговых газах, трудность регулирования температуры, затраты углеродистого топлива и тяжелые условия во время горячих ремонтов печей.

При более интенсивном способе обжига во взвешен­ном состоянии сухой цинковый концентрат распыляется сверху воздушной горелкой в рабочее пространство об­жиговой печи с раскаленными стенками, в результате чего создается огромная поверхность для взаимодейст­вия распыленного концентрата с кислородом воздуха. При этом зерно сульфида находится в потоке горячих газов, содержащих кислород, что обеспечивает более вы­сокую скорость окисления сульфидов.

При обжиге в кипящем слое раскаленный толстый (1000 — 1500 мм) слой обжигаемого материала непрерыв­но продувается воздухом через большое количество от­верстий в подине печи. При этом в слое создаются ин­тенсивные вихревые потоки, обеспечивающие быстрое распределение свежей массы концентрата по всему объему реакционной части печи и высокие скорости окисления сульфидов.

Обжиг сульфидных цинковых концентратов ведут при избытке воздуха. Поэтому в отходящих из печи газах наряду с SO2 и N2 находится довольно значительное ко­личество кислорода. При интенсивных способах обжига, (во взвешенном состоянии и в кипящем слое) избыток воздуха меньше, а степень использования кислорода вы­ше, благодаря чему концентрация сернистого ангидри­да в газах больше.

Выше были изложены лишь основные вопросы тео­рии окисления сульфидов. Для понимания происходя­щих при обжиге цинковых концентратов процессов необходимо знать поведение всех компонентов концентра­та при обжиге.

Соединения цинка

В сульфидных цинковых концентратах цинк представлен глав­ным образом сфалеритом (ZnS) и марматитом (mZnS · nFeS). Coгласно оксидной теории обжига окисление сернистого цинка проте­кает по реакциям

2SO2+ O2 2O3 ;

ZnO + SOZnSO4 .

Как следует из реакций (2) — (4), эта теория предполагает сна­чала образование окиси цинка, а затем уже при соответствующих условиях сульфата. По сульфатной теории вначале образуется сульфат цинка, а окись является продуктом последующего разложения сульфата под действием температуры, как это показано следующими уравнениями реакции:

ZnSO4 ZnO+ So3 ;

2SO3 2SO2 +O2 .

Сульфатная теория не исключает, однако, и возможности обра­зования сульфата цинка по вторичной реакции:

ZnO + SO3ZnSO4 .

Обе теории согласуются с данными практики в том, что в ре­зультате окисления сульфида цинка в обжиговой печи одновре­менно образуются окись и сульфат цинка, сернистый и серный ан­гидриды. Соотношение указанных продуктов окисления сульфида цинка в твердой и газовой фазах определяется условиями проведе­ния обжига и, в частности, температурой процесса, избытком возду­ха, наличием катализаторов и другими факторами. Реакция окисле­ния сульфида цинка с образованием окиси

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 + 460050 Дж

идет самопроизвольно при температурах, превышающих температу­ру воспламенения ZnS. Последняя, по данным различных исследова­телей, находится в пределах 550 — 615°С. Сравнительно высокая по отношению к другим сульфидам температура воспламенения ZnS и слабая способность крупных зерен сульфида цинка к декриптации затрудняют процесс обжига цинковых концентратов и в большей степени требуют создания условий, способствующих ускорению ре­акции окисления. Такими условиями являются малая величина зер­на, высокая температура процесса, достаточный избыток воздуха, полнота контакта зерна сульфида цинка с кислородом.

Цинковые флотационные концентраты представляют собой тон-коизмельченный материал с размером частиц 60 — 70% — 0,074 мм, что вполне удовлетворяет первому условию и обеспечивает при других благоприятных факторах высокую скорость окисления суль­фидов, если концентраты хорошо подготовлены к обжигу.

С повышением температуры скорость окисления резко возраста­ет. Вместе с тем температура процесса для каждого вида концент­рата определяется его химическим и вещественным составом, так как с повышением температуры наряду с основной реакцией окисле­ния сульфида цинка протекают побочные и вторичные реакции, ухудшающие показатели обжига и качества огарка. В связи с этим оптимальная температура процесса зависит также и от рода аппара­та, в котором ведут обжиг. В печах кипящего слоя она допускается выше, чем в многоподовых механических печах, и поддерживается в пределах 900-1000° С.

Быстрое окисление сульфида цинка происходит лишь при достаточном избытке воздуха, когда обеспечивается поддержание не­обходимой концентрации кислорода на поверхности зерен и эва­куация газообразных продуктов обжига из слоя материала или зо­ны взаимодействия реагирующих веществ. В то же время чрезмерный избыток воздуха приводит к снижению концентрации сернистого ангидрида в обжиговых газах, так как последние раз­бавляются азотом, поступающим с воздухом в зону реакции в зна­чительно большем количестве, чем кислород. Обжиг в печах с кипящим слоем позволяет достигать высоких показателей окисления сульфидов при минимальном избытке воздуха.

Важнейшим фактором форсированного обжига цинковых кон­центратов является тесный и непрерывный контакт зерен сульфида с кислородом воздуха. Наилучшие условия для этого созданы в пе­чах кипящего слоя, благодаря чему производительность и показа­тели работы этих агрегатов значительно выше, чем печей иного типа. В процессе взаимодействия соединений цинка с кислородом од­новременно с окислением сульфидов до окиси протекают и другие реакции, имеющие важное значение для получения высококачест­венного огарка или для последующих технологических переделов и гидрометаллургического производства цинка. К ним относятся ре­акции ферритообразования, сульфатообразования и получения сили­катов цинка, растворимых в слабой серной кислоте.

При наличии в цинковых концентратах минерала марматита или сульфидов железа в процессе обжига образуется метаферрит цинка ZnO·Fe2O3, который не растворяется в слабой серной кислоте и остается неизменным в остатке от выщелачивания огарка, снижая тем самым прямое извлечение цинка в раствор. Количество образу­ющегося метаферрита цинка тем больше, чем выше содержание же­леза в цинковом концентрате. Поэтому перед обогатительными фаб­риками всегда стоит задача снижения содержания железа в про­дуктах цинковой флотации, а действующий отраслевой стандарт ограничивает его содержание в цинковых концентратах следующи­ми пределами:

Допустимое содержание желе­за, %

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 раз­решаться 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 соединений цинка и железа. В печах для обжига в кипящем слое создаются эти условия, одна­ко снизить заметно степень ферритообразования при этом практиче­ски не удается.

Длительной практикой установлено, что в обожженном концентрате необходимо оставлять 3 — 4% сульфатной серы. Недостаток водорастворимых сульфатов в огарке вызывает повышенный расход серной кислоты, идущей на пополнение ее убыли в гидрометаллур­гическом цикле, а избыток их приводит к чрезмерному увеличению удельного веса растворов и ухудшению отстаивания пульпы. В обоих случаях это нежелательно, так как при этом увеличиваются затра­ты на производство, а себестоимость цинка возрастает. Поэтому условия обжига цинковых концентратов выбирают из расчета по­лучения в огарке указанного выше количества сульфатной серы.

В процессе обжига возможно образование сульфатов цинка, же­леза, меди, свинца, кадмия, кальция, магния, марганца и других металлов. Часть этих сульфатов (FeSO4, CuSO4) разлагается при температуре выше 600° С. Сульфаты кальция, магния, свинца и цин­ка устойчивы при более высоких температурах (800 — 1200° С). Сле­довательно, не все образующиеся при обжиге сульфаты будут на­ходиться в обожженном материале. Об устойчивости сульфатов в процессе обжига можно судить по температуре их разложения, при­веденной в табл. 3.

Технологов интересует в первую очередь сульфат цинка, коли­чество которого получается в огарке больше по сравнению со всеми остальными сульфатами.

Согласно существующим теориям, процесс образования сульфа­та цинка протекает по следующим реакциям:

ZnO + SO3ZnSO4 ;

2SO3 + O22SO3 .

Для образования сульфата цинка по уравнению (10) достаточно обеспечить взаимодействие сульфида цинка с кислородом воздуха. В печи кипящего слоя для этого имеются благоприятные условия. Свежая порция сульфидного цинкового концентрата, попадая в рас­каленный кипящий слой и нагреваясь до температуры обжига, не­посредственно вступает в тесный контакт с воздушным дутьем. Однако высокая температура процесса (900 — 1000° С) вызывает раз­ложение образовавшегося сульфата цинка. Поэтому большее со­держание водорастворимого цинка наблюдается в циклонной пыли, состоящей из наиболее тонких частиц обожженного концентрата, быстро выносимых потоком газов из зоны высоких температур.

Читайте также:  Указать единицы физической величины силы тока

Образование сульфата цинка по реакции (11) тесно связано с условиями протекания реакции (12). При 500°С сернистый ангидрид в присутствии кислорода воздуха окисляется до серного, а выше 600° С реакция идет в обратном направлении, в сторону разложения серного ангидрида на сернистый газ и кислород. При наличии в зо­не реакции (12) катализаторов, например окислов железа и меди, способствующих разложению молекулы кислорода на два активных атома, образование серного ангидрида ускоряется. При повышенных содержаниях железа и меди в цинковом концентрате сульфатизация окиси цинка возможна также за счет SO3, выделяющегося при разложении сульфатов железа и меди.

Источник

Acetyl

Главная
Войти
Настройки

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

H + Li + K + Na + NH4 + Ba 2+ Ca 2+ Mg 2+ Sr 2+ Al 3+ Cr 3+ Fe 2+ Fe 3+ Ni 2+ Co 2+ Mn 2+ Zn 2+ Ag + Hg + Pb 2+ Sn 2+ Cu 2+
OH — Р Р Р Р Р М Н М Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н
F — Р М Р Р Р М Н Н М М Н Н Н Р Р Р Р Р Н Р Р
Cl — Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Н Р М Р Р
Br — Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Н М М Р Р
I — Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р ? Р ? Р Р Р Р Н Н Н М ?
S 2- М Р Р Р Р Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н
HS — Р Р Р Р Р Р Р Р Р ? ? ? ? ? Н ? ? ? ? ? ? ?
SO3 2- Р Р Р Р Р Н Н М Н ? Н ? Н Н ? М М Н ? ?
HSO3 Р ? Р Р Р Р Р Р Р ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
SO4 2- Р Р Р Р Р Н М Р Н Р Р Р Р Р Р Р Р М Н Р Р
HSO4 Р Р Р Р Р Р Р Р ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Н ? ?
NO3 Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р
NO2 Р Р Р Р Р Р Р Р Р ? ? ? ? Р М ? ? М ? ? ? ?
PO4 3- Р Н Р Р Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н
CO3 2- Р Р Р Р Р Н Н Н Н ? ? Н ? Н Н Н Н Н ? Н ? Н
CH3COO — Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р
SiO3 2- Н Н Р Р ? Н Н Н Н ? ? Н ? ? ? Н Н ? ? Н ? ?
Растворимые (>1%) Нерастворимые (

Спасибо! Ваша заявка отправлена, преподаватель свяжется с вами в ближайшее время.

Вы можете также связаться с преподавателем напрямую:

8(906)72 3-11-5 2

Скопируйте эту ссылку, чтобы разместить результат запроса » » на другом сайте.

Изображение вещества/реакции можно сохранить или скопировать, кликнув по нему правой кнопкой мыши.

Если вы считаете, что результат запроса » » содержит ошибку, нажмите на кнопку «Отправить».

Этим вы поможете сделать сайт лучше.

К сожалению, регистрация на сайте пока недоступна.

На сайте есть сноски двух типов:

Подсказки — помогают вспомнить определения терминов или поясняют информацию, которая может быть сложна для начинающего.

Дополнительная информация — такие сноски содержат примечания или уточнения, выходящие за рамки базовой школьной химии, нужны для углубленного изучения.

Здесь вы можете выбрать параметры отображения органических соединений.

Размер шрифта
Отображение гетероатомов

Здесь, возможно, указаны не все изомеры данного вещества.

Более полный поиск изомеров следует проводить по формуле. Например, чтобы получить изомеры вещества с формулой С6H10O2 , следует сделать запрос так:

Изомеры — это соединения с одинаковым количественным составом (то есть одинаковым числом атомов каждого элемента), но разным строением.

Корректная работа сайта обеспечена на всех браузерах, кроме Internet Explorer.

Если вы пользуетесь Internet Explorer, смените браузер.

Источник



Обжиг цинка

Обжиг цинкаОбжиг концентратов цинка

Для быстрого выщелачивания нужен мелкий огарок, поэтому обжиг теперь повсюду проводят в весьма производительных, экономичных и автоматизированных печах КС (см. рис.). При этом основное количество тепла выделяется от горения сульфида цинка, которого в концентрате более 70% (по массе), Теплотворность сфалерита легко вычислить

2ZnS + 3О2 = 2ZnO + 2SО2; ΔН 0 298 =—888,2 кДж/моль.

При сгорании 1 кг сульфида цинка выделяется 9055 кДж, что эквивалентно 0,3 кг условного топлива.

В отличие от металлургии меди здесь необходимо выжечь сульфидную серу не частично, а полностью, оставив только небольшое количество сульфатов. Обжиг проходит автогенно и ин тенсивно. Для регулирования температуры кипящий слой прихо дится охлаждать водяными холодильниками, получая пар.

Рис. Схема установки печи КС, ее автоматизации и контроля:

1-5-система контроля и регулирования подачи воздуха; 6-10 — система регулирования отбора газа с датчиком давления под сводом; 11-15 — система регулирования загрузки концентрата; 16-контроль температуры КС; 17-21 -точки контроля температуры по ходу движения газов; 22-26 — контроль подачи воздуха и отвода газов• 27-измерение расхода концентрата; 55-контроль состава газов; 29-32-система регулирования подачи концентрата

Схема установки и автоматизации печи КС (рис. ) иллюстрирует и движение материалов. Концентрат, выгружаемый из бункера автоматически питателем, ленточным транспортером подается в загрузочное устройство печи. Температуру в кипящем слое в пределах 940—980° С поддерживают скоростью загрузки, а датчиком для этого служат термопары, установленные в разных его точках. Количество воздуха, подаваемое в воздушные коробки, контролируется датчиком потери напора в диафрагме, установленной в воздухопроводе, и передается исполнительной системе регуляторов. Давление под сводом определяет количество газов, забираемых в сернокислотный цех, где их дополнительно очищают в электрофильтрах.

В циклонах улавливают грубую пыль (до 40% от огарка), в электрофильтрах оседает до 5% наиболее тонкой пыли в основном возгонов, иногда требующих отдельной переработки.

В огарке остается до 0,4% сульфидной серы и до 1,5% сульфатной, связанной в стойкие соли свинца и кальция. Они мало растворимы в воде и для пополнения баланса серной кислоты бесполезны. Растворимые сульфаты цинка и железа образуются преимущественно в циклоне, где температура около 500° С. В выгружаемой отсюда пыли содержится 6—12% сульфатной серы, а сульфидной 0,3—0,5%. Циклонную пыль смешивают с огарком в меру необходимости ввода серной кислоты. Сюда же добавляют пыль из электрофильтров, если отдельная переработка ее невыгодна.

Химизм окисления примесей уже пояснялся. В дополнение к этому ниже приведены данные о давлениях паров некоторых соединений в условиях обжига цинковых концентратов при 1250 К (977° С), МПа:

As2O3 . . . . . . . 493,2•108 PbS …. 4,53•10 3
Tl2O …. . . . 346,6•10 6 ZnS …. 79•10 -2
Sb23 …. . . . . 107•10 4 In2O3 …. 133,3•10 -7
PbO . . . . . . . . 43•10 3 466,6•10 -8
GeO2 …. . . . 9,2•10 3

Можно составить ориентировочное представление о вероятности распределения элементов между огарком и возгонами, учитывая, что некоторые из них образуют более сложные и менее летучие соединения или сплавы.

Таблица. Пример фазового состава продуктов обжига, %

Материал ZnO ZnSO4 ZnS PbO PbSO4 Cu2O CuSO4 CdO
Огарок …. 80 2 0,3 0,8 1 2 0,3
Пыль циклонов 61 16 4 3 0,8 0,5 0,3
Пыль электро- 62 10
фильтров …. 3 3 3 1.5 0,3

Продолжение

Схема установки и . ) иллюстрирует и движение материалов. Концентрат, выгружаемый изность по концентрату колеблется в пределах 3,5—6 т/м 2 площади пода. Содержание SО2 в газах 8—12%. Расход электроэнергии на обжиг 1 т концентрата 35 кВт•ч; однако он частично компен сируется выходом 0,8 т пара. Приведенные цифры соответствуй ют загрузке с влажностью 6—10%. Обогащение дутья кислородом до 30% повышает производительность обжига до 9 т/м 2 , а содержание SО2 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. В табл. 23 показан пример состава продуктов обжига.

Статья на тему Обжиг цинка

Источник

Электрика и электричество © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.