Обжиг и спекание свинцовых концентратов

При обжиге на спекательных машинах реакции окисления сульфидов протекают с большей скоростью, чем при обжиге в печах. В последних кислородсодержащие газы проходят только над поверхностью шихты, тогда как при обжиге со спеканием они просасываются через слой материала. Хороший контакт газа с сульфидами и более высокая температура процесса обеспечивают большую скорость спекающего обжига по сравнению со скоростью обжига в многоподовых печах.

Сульфиды воспламеняются на поверхности шихты при попадании ее под поток топочных газов зажигателя. При движении тележки над камерой всасывания горение распространяется внутрь слоя материала. При обжиге протекают следующие реакции:



Сульфиды сурьмы, мышьяка и меди сгорают с образованием соответствующих окислов.

Основное тепло при обжиге получается за счет горения PbS, так как других сульфидов в концентрате сравнительно мало.

Трехокись мышьяка частично испаряется и уносится потоком газов, а частично окисляется до слаболетучей пятиокиси.

Сурьма окисляется при обжиге до трех-, четырех- и пятиокиси, причем только низший окисел сурьмы обладает заметной летучестью.

Кислотные окислы металлов в слое обжигаемого материала реагируют с основными, образуя силикаты, ферриты, арсенаты и антимонаты свинца, железа, цинка и других металлов, например:



Подобным образом получаются силикаты, ферриты, арсенаты и антимонаты цинка, меди, железа, кальция и других металлов, образующих основные окислы. Кроме указанных реакций, между компонентами обжигаемого материала возможны многие другие реакции, как, например, образование алюминатов, алюмосиликатов и прочих соединений, однако при последующей плавке они имеют второстепенное значение. Возможна также реакция между сульфидом и окисью свинца; получаемый при этом свинец вытапливается и попадает в камеру всасывания спекательной машины:



Окислы свинца, кадмия, сульфиды свинца, сурьмы, олова и металлический свинец при температурах обжига имеют заметные давления паров (табл. 25), вследствие чего они частично улетучиваются и уносятся газами.

Спекание происходит вследствие образования при обжиге легкоплавких соединений и сплавов. Силикаты свинца и сплавы их с окисью свинца плавятся в пределах температур 670—883°.

Преждевременное спекание нежелательно, так как при этом легкоплавкие составляющие обволакивают частицы не успевших окислиться сульфидов, закрывая доступ воздуха к их поверхности; в полученном спеке остается неокисленная сера. Для разложения сульфатов и хорошего окускования обжиг необходимо заканчивать при 1000—1100°.

Преждевременному спеканию материала препятствуют смешанные с концентратом измельченные флюсы, которые добавляют в количествах, необходимых при последующей плавке спека. Для повышения газопроницаемости шихту увлажняют и окатывают.

В шихте обычно содержится 10—12% серы, а в спеке ее должно быть не более 2%, следовательно, при обжиге необходима степень десульфуризации порядка 80—85%. Однако этого невозможно достичь за один цикл пребывания шихты на спекательной машине; в один прием удается выжечь не более 70% всей серы, поэтому при одноступенчатом обжиге шихту разбавляют 3—4 частями ранее полученного готового спека, в результате чего содержание серы в ней снижается до 5—6%, и нужная степень десульфуризации получается в один прием. При двухступенчатом обжиге шихту пропускают через спекательную машину два раза. Первый спек, полученный при 850—900°, в котором остается еще 6—7% серы, измельчают и обжигают повторно при 1000—1100°, в результате чего достигается достаточно полное окисление сульфидов, разложение сульфатов и образование прочного спека — агломерата. Одноступенчатый обжиг сложней, так как он требует измельчения и транспортирования больших количеств оборотного горячего и сильно пылящего спека. Однако содержание серы в этом спеке ниже, чем в спеке двухступенчатого обжига, поскольку один и тот же материал попадает на спекательную машину фактически не один, а несколько раз. В современной практике применяют оба способа обжига, одноступенчатый — чаще при цинковистой шихте, из которой серу требуется выжечь более полно.

Подготовка шихты для обжига должна обеспечить хорошее перемешивание всех ее составляющих и хорошую газопроницаемость слоя шихты на спекательной машине. Частицы свинцовых концентратов в основном мельче 0,1 мм; тонкое измельчение флюсов и оборотного агломерата способствует однородности шихты, но понижает ее газопроницаемость, а также удорожает процесс. Поэтому флюсы измельчают только до 2—6 мм, а оборотный спек — до 2—8 мм. Для измельчения флюсов служат щековые и конусные дробилки, а для измельчения спека — валки. Для перемешивания шихты пользуются дезинтеграторами.

Шихта загружается пластинчатым питателем в увлажнитель, из которого подается в бункер маятникового питателя, качающийся в направлении, перпендикулярном продольной оси машины.

Маятниковый питатель рассыпает шихту по ширине тележки. При движении тележки загруженный слой шихты разравнивается неподвижно установленным ножом. Толщина слоя шихты выбирается в зависимости от газопроницаемости материала: на практике она колеблется от 80 до 300 мм.

Полнота окисления сульфидов зависит от продолжительности пребывания тележки над всасывающей камерой; скорость движения тележки колеблется в пределах от 0,15 до 1,5 м/мин. Скорость горения сульфидов и температура, развиваемая в слое материала, зависят от количества просасываемого воздуха и регулируются изменением разрежения во всасывающей камере.

Обжиговые газы содержат SO2, пары летучих соединений и пыль. Пыль улавливается пылеуловителями, а очищенные газы могут быть использованы для получения серной кислоты, но только в том случае, если содержание SO2 в них достаточно высоко. Наиболее концентрированный газ получается в начале обжига, т. е. в начале движения тележек над камерой всасывания. По мере выгорания серы концентрация SO2 в газах убывает. Для предупреждения разбавления богатых газов бедными всасывающая камера составлена из нескольких отделений.

При этом, чтобы повысить концентрацию SO2 в газах и полнее использовать серу, практикуется возврат бедных газов. Бедные газы с помощью зонта направляются на поверхность шихты, находящейся над головными отсеками всасывающей камеры, и вновь просасываются через слой шихты.

Производительность спекательных машин исчисляется в тоннах шихты, перерабатываемой на 1 м2 площади всасывающей камеры машины в сутки. При двойном обжиге производительность на первой его стадии 20—25 т/м2 в сутки, на второй стадии 13—36 т/м2 в сутки.

Выход мелкого спека, не пригодного для плавки в шахтных печах, составляет 10—15%; такой спек возвращается в шихту обжига. Содержание серы в спеке не должно превышать 1,5—2%.