Обжиг металлических руд в кипящем слое

Обжигом в кипящем слое называется обжиг, который осуществляется при продувании воздуха через слой концентрата, лежащего на решетке. Название «кипящий слой» иногда заменяют названиями псевдожидкий слой, вихревой слой и др., которые должны передать сходство кипящего слоя с жидкостью.

На рис. 58 приведены данные о влиянии восходящего потока газов на плотность слоя твердых частиц.

При постепенном увеличении скорости газа, движущегося снизу вверх через слой неподвижных зерен твердого вещества, происходят существенные изменения физических свойств сыпучего материала.

При малых скоростях газа слой неподвижен и называется фильтрующим.

При увеличении скорости газа до некоторой критической величины частички в слое, поддерживаемые потоком газа, начинают отделяться друг от друга, фильтрующий слой превращается в кипящий. Кипящий слой подобен жидкости и подчиняется законам гидравлики: всегда имеет горизонтальную поверхность, перетекает от верхнего уровня к нижнему, течет по трубам. По внешнему виду он напоминает кипящую жидкость, что и определило его название.

При последующем увеличении скорости газа весь слой переходит во взвешенное состояние.

Печи для обжига в кипящем слое бывают круглой и прямоугольной формы, однокамерными и многокамерными (рис. 59).

Стены печи выкладываются из огнеупорного кирпича в стальном кожухе. Загрузку и выгрузку обжигаемого материала производят на взаимно противоположных концах печи, а обжиг происходит в период движения материала вдоль печи.

Важнейшей частью печи является под, который служит распределителем подаваемого снизу воздуха.

Под изготовляется из металла или жароупорного бетона. Отверстия для подачи воздуха делаются либо непосредственно в теле подины, либо во вставляемых в нее капсулях (рис. 60). Устройство подины должно обеспечивать равномерную подачу воздуха по всей ее площади и препятствовать провалу мелких частиц обжигаемого материала.

Подобие кипящего слоя жидкости исключает необходимость применять какие-либо устройства для перемещения материала в печи. По мере загрузки в печь новых порций материала и повышения его уровня равные порции уже обожженного материала «сливаются» через порог у разгрузочного отверстия.

Частицы шихты, унесенные газовым потоком, улавливаются в циклонах и либо возвращаются в печь, либо присоединяются к выгружаемому огарку в качестве готового продукта обжига.

Вынос пыли составляет 30—70% от загрузки. В циклонах улавливается до 95% уноса. За циклоны, в электрофильтры уносится не более 3—6% пыли.

Перемешивание зерен и газа в кипящем слое примерно в 100 раз интенсивнее, чем в фультрующем слое. «Кипящим» можно сделать слой зерен с размерами частиц от 0,01 до 30—50 мм и с влажностью 30%. В кипящем слое совместно с рудой или концентратом можно сжигать различные виды топлива и с наибольшей полнотой использовать выделяющееся при этом тепло.

Высокая теплопроводность кипящего слоя способствует быстрой выравниваемости температуры в нем, что позволяет регулировать температуру с точностью 5—10°.

Газовый режим при обжиге в кипящем слое легко регулируется и позволяет получать богатые по содержанию SO2 газы. При обжиге цинковых концентратов получают газы, содержащие 8—10% SO2, а при обжиге пиритных и медных концентратов — 13—15%SO2.

Производительность печей для обжига в кипящем слое зависит от скорости газов и размеров зерен. Можно окислить до 9 т серы на 1 м2 площади пода в сутки или до 2 т серы на 1 м3 объема, что в 10 раз превышает производительность печей для обжига во взвешенном состоянии.

Схема цепи аппаратов обжиговой установки показана на рис. 61.

В настоящее время в России работают уже десятки печей для обжига в кипящем слое и применяются они главным образом для обжига сульфидных материалов с получением богатых по содержанию SO2 газов.

Этот процесс применяется в Канаде, Африке и Бразилии для обжига сульфидно-мышьякового золотого концентрата, в США и Японии — для обжига медных и медно-цинковых концентратов, в США и других странах — для обжига известняка и доломита.

Процесс может успешно применяться также для обжига медных концентратов, пиритных хвостов, обжига сурьмяных руд для возгонки из них сурьмы, обжига окисленных свинцовых руд для возгонки свинца, разложения гипса и т. д.

Относительная простота аппаратурного оформления, высокая производительность и универсальность применения определяют основные преимущества обжига в кипящем слое перед другими методами.