ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБЖИГА В ПЕЧАХ КИПЯЩЕГО СЛОЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ СУЛЬФИДНЫХ ЦИНКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук, профессор

• Название: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук, профессор
• Анкор: ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБЖИГА В ПЕЧАХ КИПЯЩЕГО СЛОЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ СУЛЬФИДНЫХ ЦИНКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
• Дата: 05.02.2020
• Размер: 6.68 Mb.
• Имя файла: urfu1714_d (1).docx
• Тип: Диссертация; #107278
• страница: 20 из 24

Выводы:

1. 
   По результатам проведенных лабораторных опытов по обжигу цинковых концентратов в кипящем слое были определены скорости окислительных реакций сульфидных цинковых концентратов в зависимости от химического состава концентрата, от температуры обжига, гранулометрического состава концентрата. Определена зависимость количества образующегося при обжиге цинковых концентратов виллемита от температуры обжига.
   
2. 
   Проанализировав полученные экспериментальные данные был выявлен экспоненциальный характер изменения скорости десульфуризации и определена кажущаяся энергия активации реакции окисления сульфидных цинковых концентратов Е_акт = 24,69 кДж/моль. Невысокие значения энергии активации и кажущийся порядок скорости реакции по кислороду равный единицы позволяет предположить, что процесс обжига цинковых концентратов протекает в диффузионном режиме.
   
3. 
   В результате опытов выявлено, что химический состав концентратов (наличие примесей) в диапазонах температур обжига 900 – 975^о С не оказывает влияния на скорость десульфуризации.
   
4. 
   Влияние температуры обжига различных цинковых концентратов (в диапазонах температур обжига 900 – 975 ^оС) на скорость десульфуризации незначительно.
   
5. 
   Представление цинкового концентрата как бинарную систему из отдельных частиц концентрата и конгломератов из отдельных частиц позволило выявить влияние на скорость десульфуризации внутренней диффузии частиц и внешней диффузии в конгломератах частиц.
   
6. 
   Определено влияние на скорость десульфуризации состояние кипящего слоя состоящего из цинковых концентратов различного гранулометрического состава. Ухудшение массопереноса частиц в слое из мелкодисперсных частиц приводит к снижению скорости десульфуризации.
   

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРОЦЕСС ОБЖИГА ЦИНКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ В ПЕЧАХ КИПЯЩЕГО СЛОЯ

Результаты лабораторных исследований позволили рекомендовать внести изменения в технологический процесс обжига и конструкцию печей кипящего слоя ЧЦЗ.

Основные изменения в технологическом процессе обжига произошли на стадии подготовки шихты для печей кипящего слоя ЧЦЗ, изменение технологических параметров обжига (дутьевые режимы, температура обжига).

Конструкция печей кипящего слоя также подверглась изменениям – были установлены роторные забрасыватели шихты, устройство донной выгрузки огарка. Также было предложено на печах КС применить регулируемый по высоте порог.

Мероприятия, направленные на улучшение технологии обжига цинковых концентратов, следующие:

1. 
   Формирование стабильного кипящего слоя в печи за счет подготовки шихты печей КС с необходимыми физическими свойствами (гранулометрический состав) и необходимым химическим составом (ограничение по содержанию примесей).
   
2. 
   Изменение в способе подачи шихты в печь КС с распределением шихты по большей площади кипящего слоя. Это приведет к равномерному распределению тепла от протекающих экзотермических реакций, что снизит возможность образования локальных зон с повышенной температурой.
   
3. 
   Контроль и регулирование гранулометрического состава материала кипящего слоя за счет изменения системы разгрузки материала из печи кипящего слоя и регулирования высоты кипящего слоя.
   

1. Изменения в технологии приготовления шихты

Приготовление шихты для печей кипящего слоя обжигового цеха ЧЦЗ заключается в выгрузке концентратов строго по видам и партиям в штабели. Поступающие на завод цинковые концентраты имеют сертификаты, в которых указывается информация о химическом составе и количестве отгруженной партии. Входной контроль поступающих концентратов производится сотрудниками СТК, отбирающими пробы концентрата из вагонов. Соотношение перерабатываемых концентратов различных месторождений устанавливалось начальником производственного отдела завода в зависимости от технологической необходимости и наличия концентратов. Необходимый состав шихты достигался дозировкой концентратов при помощи грейферного крана, подготовленный штабель шихты в дальнейшем тщательно перемешивался грейферным краном. Подготовленная шихта подавалась системой ленточных транспортеров в бункера обжиговой печи. Шихта, находящаяся на транспортерах проходила через дисковую машину, где производилось измельчение шихты.

В июле 2009 года на переработку начали поступать концентраты, которые никогда не перерабатывались на ЧЦЗ или же поступали с горно- обогатительных комбинатов после длительного перерыва. Химический состав концентратов при этом не изменился, содержание примесей осталось на прежнем уровне. Процесс обжига данных концентратов в печах КС осложнился из-за укрупнения огарка в печи, образования агломерационных спеков. Проверка кипящего слоя в печи с помощью трубки со сжатым воздухом (так называемая «шуровка») выявила неоднородность кипящего слоя, которое выражалась в более плотных зонах в кипящем слое печи. Как правило, это связано с залеганием материала в печи, что является предпосылкой спекания материала. Произошло несколько аварийных остановок печей с образованием в печи укрупненного огарка и агломерационных спеков.

Рисунок 5.1 – Образование агломерационных спеков и укрупненного огарка, приведшего к аварийной остановке печи

Проведенный анализ гранулометрического состава поступающего на завод концентратов показал, что в концентратах возросла доля тонкодисперсных фракций концентрата. Это объясняется тем, что для более полного извлечения сульфидов цинка из полиметаллических руд горно- обогатительные комбинаты изменяют технологию обогащения. Это касается конечной степени измельчения руды, которая в свою очередь зависит от структуры рудного тела, крупности, характера вкрапленности полезных минералов. Необходимость в переработке труднообогатимых руд заставляет производить измельчение руды до полного высвобождения минералов от сростков, что приводит к более тонкому измельчению продукта поступающего на флотацию. Флотационный концентрат должен быть избавлен от излишков влаги. Существующая ранее технология сушки концентратов во вращающихся барабанных печах требует эксплуатации дорогостоящего оборудования, значительного расхода топлива, очистки запыленных топочных газов. Переход горно-обогатительных комбинатов от сушки концентратов во вращающихся барабанных печах в пользу удаления влаги методом фильтрации концентрата на фильтр-прессах изменил гранулометрический состав концентратов. Это объясняется тем, что
вращающаяся печь (сушильный барабан) работает как барабанный гранулятор с окатыванием частиц концентрата в сферические гранулы различных размеров.

Ухудшение в работе печей КС при незначительных изменениях химического состава концентратов позволило предположить, что именно физические свойства концентрата (гранулометрический состав, удельный и насыпной вес концентратов) влияют на стабильность работы печей. Определив расчетным путем допустимые размеры частиц кипящего слоя печей КС при существующих режимах дутья, проведя обжиг в лабораторной печи кипящего слоя, определили оптимальный размер частиц для образования устойчивого кипящего слоя в пределах 0,2 – 2 мм (допускалось 0,1 – 5 мм). На этапе подготовки шихты для печей КС требовалось исключить попадания в шихту механически прочных частиц размерами более 5 мм и сократить до минимума количество частиц размером менее 0,1 мм.

Для стабилизации работы печей КС были приняты меры по изменению технологии приготовления шихты для усреднения химического состава и соблюдения определенного диапазона размера частиц шихты.

1. 
   На основании плана производства на месяц технолог обжигового цеха ежесуточно определяет соотношение перерабатываемых цинковых концентратов в шихте и согласует его с производственным отделом завода. В цехе составляется паспорт шихты на основании реестра-паспорта цинкового концентрата, данных входных анализов СТК ЧЦЗ. Это позволило поднять ответственность технологического персонала цеха, улучшило качество шихты. Рекомендации по ограничению в составе шихты таких примесей как Fe, Cu, Pb, SiO₂ обязательно учитывается в паспорте шихты. Это позволило снизить риск образования легкоплавких соединений приводящих к образованию агломерационных спёков.
   

2. 
   Применение в приготовлении шихты распульпованного шлама очистных сооружений для увлажнения шихты позволило уменьшить количество тонкодисперсных фракций цинкового концентрата. Шлам очистных сооружений представляет собой осадок твердых частиц после известковой очистки сточных вод. Содержит до 20 % цинка, до 35 % оксида кальция и до 80 % воды. Наличие связующих веществ в шламе (гидроксидные соединения кальция, магния, сульфаты) способствует к образованию окатышей концентрата при перевалке и транспортировке шихты. Использование воды для увлажнения и микрогрануляции цинковых концентратов менее эффективно из-за гидрофобной природы концентрата. Снижение количества тонкодисперсных частиц в шихте за счет микрогрануляции позволяет создавать кипящий слой с размером частиц соответствующим скоростям газовых потоков в печи.
   
3. 
   Изменение в конструкции дисковой машины (применение набора дисков с уменьшением зазора между дисками) позволило улучшить измельчение комков цинкового концентрата и свести к минимуму количества фракции более 5 мм. Сокращение количества крупных комков улучшило работу кипящего слоя и снизило содержание сульфидной серы в огарке печей КС.
   
4. 
   Для контроля за гранулометрическим составом шихты обжиговых печей КС, огарка сливного порога печи КС, огарка донной выгрузки печи КС ввели ежесменный отбор проб на проведение ситового анализа продуктов.