Обжиг цинковых концентратов

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Обжиг цинковых концентратов

31.01.2020

Обжиг цинковых концентратов по химизму мало отличается от обжига других видов сульфидного сырья и применяется для того, чтобы получить цинк в форме соединений, легко растворимых в серной кислоте. Следовательно, сульфид цинка должен быть полностью окислен, так как он медленно реагирует с разбавленной серной кислотой и при выщелачивании практически в раствор не переходит.

Окисление сернистого цинка кислородом воздуха протекает по реакции:

2ZnS + SO2 = 2ZnO + 2SО2 + 223 600 кал.


Температура воспламенения сульфида цинка зависит от его минералогической формы и крупности зерен. Марматит воспламеняется при более низких температурах, чем сфалерит. Кроме того, зерна марматита при нагревании до 200—300° растрескиваются, что еще больше снижает температуру их воспламенения. Практически можно считать, что воспламенение сульфидов цинка в цинковом концентрате происходит при 550—600°. Скорость горения сульфидов возрастает с температурой.

При обжиге часть сернистого цинка окисляется до сульфата, образование которого можно представить следующими реакциями:

2SО2 + O2 = 2SO3 + 45 200 кал;

ZnO + SO3 = ZnSO4 + 231 322 кал.


Образование сульфата цинка при обжиге выгодно тем, что на растворение его при выщелачивании не затрачивается серная кислота. Однако сульфата не должно получаться слишком много, иначе серная кислота, выделяемая при электролизе, не сможет быть полностью затрачена на выщелачивание и баланс процесса нарушится. Последнее обязывает проводить обжиг так, чтобы сульфат получался в количествах, точно соответствующих потерям серной кислоты при выщелачивании. Для этого необходимо регулирование избытка воздуха и температуры при обжиге.

Образование ферритов цинка при обжиге существенно влияет на полноту последующего выщелачивания цинка. Феррит цинка может получаться в результате взаимодействия между окисью цинка и окисью железа:

ZnO + Fe2O3 = ZnFe2O4.


Образование феррита понижает извлечение цинка в раствор, так как Zn Fe2O4 медленно реагирует с разбавленной серной кислотой и цинк, связанный в нем, практически в раствор не переходит. Образование ферритов обусловлено тем, что ZnO основной, a Fe2O3 кислотный окисел. При низких температурах скорость ферритообразования невелика, однако при температурах выше 650° она быстро возрастает. Существенное влияние на скорость образования ферритов оказывает тесный контакт между реагирующими веществами. При обжиге концентратов, содержащих цинк в виде марматита, ферритообразование наибольшее, поскольку сульфиды цинка и железа в марматите составляют изоморфную смесь.

В цинковых концентратах примеси находятся в виде сульфидных и окисленных минералов. Сульфиды железа, меди, кадмия, мышьяка, сурьмы окисляются при обжиге с образованием Fe2O3, CuO, CdO, Sb2O3, As2O3. Окислы мышьяка и сурьмы частично возгоняются, а частично окисляются до высших, менее летучих окислов As2Os, Sb2O4 и Sb2O5.

Окисленные минералы пустой породы мало изменяют свой состав под действием только температуры обжига: происходит лишь частичная их кальцинация, т. е. удаление химически связанной воды и углекислоты из гидратированных соединений и наименее прочных карбонатов.

Кислотные окислы SO3, As2O5, Sb2O5, Fe2О3, SiO2 и другие реагируют с основными окислами и карбонатами, т. е. с ZnO, Cu2O, PbO, CdO, а также с CaCO3 и MgCO3, образуя соответствующие соли — сульфаты, арсенаты, антимонаты, ферриты и силикаты. Возможные здесь очень многочисленные реакции обычно не завершаются из-за стехиометрического несоответствия между реагирующими веществами, нарушения контакта между ними или малых скоростей взаимодействия. Наиболее существенными побочными реакциями обжига нужно считать образование ферритов цинка и кадмия, вызывающее пониженное извлечение этих металлов в раствор при выщелачивании, а также образование силикатов свинца и цинка. Последние, взаимодействуя с серной кислотой, при выщелачивании выделяют коллоидальную кремневую кислоту, затрудняющую фильтрование и отстаивание пульп.

Концентраты доставляют на завод в мешках или металлических контейнерах, стараясь предупреждать их распыление, так как концентраты богаты металлом и поэтому дороги.

Печи для обжига цинковых концентратов, обычно применяемые в гидрометаллургии цинка, по принципу действия и устройству не отличаются от печей для обжига медных концентратов.

Всего несколько лет назад цинковые концентраты почти повсеместно обжигали в многоподовых механических печах, довольствуясь суточной производительностью одной печи порядка 35—45 т. Получаемые при этом обжиговые газы благодаря разбавлению их избыточным воздухом содержали всего 4,5—5% SO2.

В настоящее время в гидрометаллургии цинка широко применяется обжиг в кипящем слое, позволивший увеличить производительность, отнесенную к единице объема печи, почти в 10 раз, а содержание SO2 в обжиговых газах — до 9—14%.

В многоподовых печах не удавалось достаточно полно окислить серу, пользуясь для этого только теплом от горения сульфида цинка; нижние поды печей приходилось подогревать сжиганием топлива. Благодаря интенсивному горению сульфидов в кипящем слое дополнительное топливо оказалось не нужным.

При обжиге в кипящем слое температура печного пространства поддерживается на уровне 850—900°, причем регулирование ее подачей концентрата и воздуха легко поддается автоматизации. При обжиге в кипящем слое образуется меньше ферритов, чем в многоподовых печах, так как возможность соприкосновения частиц окислов железа и цинка при этом меньше, чем при обжиге на поду.

Пыль, улавливаемая в электрофильтрах, обогащена (по сравнению с концентратом) свинцом, кадмием и мышьяком, что объясняется летучестью окислов и сульфидов этих металлов. Тонкая фракция пыли, выгружаемая из последних секций электрофильтра, иногда (табл. 33) представляет собой ценное сырье для получения кадмия и свинца.
Обжиг цинковых концентратов

Обожженный концентрат содержит 0,3—0,5% сульфидной серы и от 1 до 3,5% серы в виде сульфатов. Процентное содержание цинка в нем несколько выше, чем в сыром, так как выход огарка составляет 80—90% от сырого концентрата. При обжиге концентрат частично комкуется. Содержание серы в комках повышенное, поэтому их отделяют, измельчают и снова обжигают. На некоторых заводах охлажденный огарок пропускают через барабанный или вибрационный грохот; однако это сопровождается значительным распылением материала. Во избежание этого крупные зерна выделяют из пульпы, приготовленной для выщелачивания концентрата. На наших заводах был впервые применен гидравлический транспорт огарка от обжиговых печей в цех выщелачивания. При этом обожженный концентрат выгружают из печи в деревянный или бетонный желоб, по которому течет раствор, применяемый для выщелачивания. Попадая в желоб, огарок смешивается с раствором и доставляется в цех выщелачивания в виде пульпы. Такое транспортирование обожженного концентрата уменьшает его распыление и позволяет использовать при выщелачивании физическое тепло, вынесенное из обжиговой печи.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: