Главная страница
Навигация по странице:

  • Основные физико-химические свойства

    		•

    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


    Скачать 6.68 Mb.
    НазваниеДиссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук, профессор
    АнкорИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБЖИГА В ПЕЧАХ КИПЯЩЕГО СЛОЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ СУЛЬФИДНЫХ ЦИНКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
    Дата05.02.2020
    Размер6.68 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаurfu1714_d (1).docx
    ТипДиссертация
    #107278
    страница3 из 24
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24

    КРАТКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОБЖИГА СУЛЬФИДНЫХ ЦИНКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ В ПЕЧАХ КИПЯЩЕГО СЛОЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ


    1. Основные физико-химические свойства цинковых концентратов Цинковые концентраты получают из сульфидных полиметаллических руд, которые кроме соединений цинка содержат соединения железа, свинца, меди и других металлов. Сульфидные полиметаллические руды содержат небольшое количество цинка и непосредственное использование руды для металлургической переработки невыгодно из-за большого количества пустой породы. Также при непосредственной переработке руды затруднено раздельное извлечение металлов. Поэтому руды перед металлургической переработкой обогащают. Цель обогащения – отделение пустой породы от полезных минералов и получение кондиционных продуктов с повышенной

    концентрацией в них одного или нескольких ценных компонентов.

    Сульфидные полиметаллические руды представляют собой сложный комплекс сульфидов меди, цинка, железа, свинца и минералов вмещающих пород. Минералы, содержащие сульфиды цинка, представлены в них различными разновидностями сфалерита (цинковой обманки), вюрцита, марматита с примесями различных металлов. Присутствие в руде нескольких генераций сульфидов обладающих различными физико-химическими и флотационными свойствами требует различных технологических схем обогащения. Различие в генезисе и степени последующего метаморфизма минералов наблюдается у руды различных месторождений и даже на различных участках одного и того же месторождения, что усложняет процесс обогащения. Технологические схемы обогащения сульфидных руд подразумевают измельчение руды с проведением селективной или коллективно-селективной флотации. Степень измельчения руды определяется структурой рудного тела, крупностью и характером вкрапленности полезного минерала. Например, для вкрапленных
    сульфидных руд Урала необходимая крупность измельчения составляет 90- 96 % класса (– 0,074 мм), в то время как сплошных сульфидных руд – 90-94

    % класса (– 0,043 мм).

    Процесс флотационного разделения минералов основан на различии их физико-химических свойств (различное значение удельной свободной поверхностной энергии минералов), определяющих различную способность частиц минералов закрепляться на межфазовых поверхностях жидкость – газ, твердое – жидкость, твердое – газ. Для гидрофобных частиц с низкой смачиваемостью минеральной поверхности происходит закрепление частицы минерала на газовом пузырьке с последующим выносом её на поверхность (процесс пенной флотации). Возможность регулировать степень смачивания частиц минералов с помощью различных реагентов (пенообразователи, собиратели, модификаторы) позволяют проводить выборочное обогащение сульфидов. При флотации цинковых руд решаются следующие основные задачи:

    1. Отделение сульфидных минералов от пустой породы.

    2. Отделение минералов свинца и меди от цинка.

    3. Устранение возможности перехода пирита в свинцовый и цинковый концентраты и выделение пирита в самостоятельный продукт.

    4. Выделение меди в самостоятельный продукт.

    5. Извлечение золота и других металлов-спутников.

    Полученные концентраты обезвоживают в сгустителях и вакуум- фильтрах до содержания влаги 7 – 14 %. В зависимости от технологической схемы обогащения применяется дополнительное удаление влаги сушкой концентрата в барабанных печах или обезвоживанию концентрата на фильтр- прессах [7, 8]. Содержание технологически важных компонентов в цинковых концентратах обычно находится в следующих пределах, %: 40–60 Zn; 0,2–3,5 Pb; 0,2–2,5 Cu; 2,5–13 Fe; 0,1–0,5 Cd; 0,001–0,015 Co; 0,01–0,07 Sb; 30–35 S;

    0,03–0,3 As; 0,001–0,07 In; 0,0003–0,0005 Ir; 0,002–0,009 Se; 0,0004–0,002 Tl.
    В цинковых концентратах могут содержаться также никель, золото, серебро и рассеянные элементы: галлий, германий, селен и теллур, а также компоненты породы [9,10].

    Разработанные ФГУП «Институт «ГИНЦВЕТМЕТ» технические условия

    «Концентраты цинковые» ТУ 1721-007-00201402-2006 содержат нормативы по химическому составу цинковых концентратов.

    Таблица 1.1 – Химический состав концентратов по ТУ 1721-007-00201402-2006


    Марка концентрата
    Массовая доля, %

    Цинк, не менее
    Индий, не менее
    Примеси, не более

    Железо
    Диоксид

    кремния
    Медь
    Мышьяк
    Калий+

    натрий

    КЦ-0
    59,0
    не регламен-

    тируется
    4,0
    2,0
    0,9
    0,05
    0,08

    КЦ-1
    56,0
    -
    5,0
    2,0
    1,0
    0,05
    0,08

    КЦ-2
    53,0
    -
    7,0
    3,0
    1,5
    0,10
    0,08

    КЦ-3
    50,0
    -
    9,0
    4,0
    2,0
    0,30
    0,08

    КЦ-4
    45,0
    -
    12,0
    5,0
    3,0
    0,50
    0,08

    КЦ-5
    40,0
    -
    13,0
    6,0
    3,0
    0,50
    0,08

    КЦ-6
    40,0
    -
    16,0
    10,0
    4,0
    0,60
    0,08

    КЦИ
    40,0
    0,04
    18,0
    6,0
    3,5
    0,50
    0,08


    Разработчик ТУ определяет семь марок цинковых концентратов КЦ-1 – КЦ-6 и цинко-индиевый концентрат КЦИ, в которых регламентируется содержание цинка и примесей в виде железа, меди, диоксида кремния, мышьяка и щелочных металлов натрия и калия. Как видно из таблицы 1.1, содержание других примесей (таких как свинец, кадмий и др.) не регламентируется. Также в ТУ не определяется гранулометрический состав концентратов, так как считается, что концентрат, получаемый флотационным методом, в основном состоит из частиц размерами менее 74 мкм.
    Содержащиеся в цинковых концентратах помимо цинка другие ценные компоненты, которые при извлечении способствуют улучшению экономических показателей при производстве цинка. В процессе обжига цинк и большинство ценных компонентов (металлов) концентрата переходят в огарок, являющийся промежуточным продуктом при извлечении цинка и других ценных металлов.

    Различие в химическом составе концентратов обусловлено различным строением рудного тела месторождения. Проведенный минеральный и фазовый анализ одного из используемых цинковых концентратов (в дальнейшем обозначенный ЦК4) на оборудовании ГНЦ РФ «Гинцветмет» показал, что сульфидный цинковый концентрат представляет собой порошок темно-серого цвета с размером частиц до 0,1 мм с включением скомпонованных агрегатов частиц размером 1 – 5 мм. Минералогический анализ показывает, что основная масса материала состоит из сульфида цинка

    – сфалерита (до 80 %), который представлен свободными разнокалиберными зернами угловато-оскольчатой формы. Частично в зернах имеются сростки с сульфидами меди, железа и свинца, а также нерудными материалами. Размер зерен сфалерита изменяется от 0,1 до 0,001 мм. Среднее значение примерно равно 0,04 мм. Содержание железа в сфалерите не превышает 0,5 %, оставаясь в среднем на уровне 0,3 %. Также в сфалерите имеются примеси меди, мышьяка, сурьмы в пределах 0,01%. Важным фактором, который надо учитывать при переработке концентрата, является содержание в кристаллической решетке сфалерита вредных примесей кадмия и ртути, содержание которых доходит до 0,3 – 0,4 %.

    Второстепенными минералами являются халькопирит (CuFeS2) и пирит (FeS2), содержание которых находится на уровне 4 %. В значительно меньшем количестве здесь присутствует галенит (PbS), блеклая руда (Cu12As4S13), борнит (Cu5FeS4) и ковелин (CuS). Концентрация данных минералов находится на уровне 0,1 %.
    Кроме сульфидов в небольшом количестве зарегистрированы кварц, карбонаты кальция, алюмосиликаты, барит (BaSO4), массовая доля которых составляет 5 – 7 %. Размер зерен данных пород и минералов примерно равен 0,08 – 0,005 мм.

    В форме единичных зерен присутствует в концентрате основной сульфат цинка, меди и железа (Cu,Zn,Fe)2(OH)2SO4, образование которого связано с хранением концентрата на открытых площадках. При этом отмечается содержание в основном сульфате примерно 0,2 % Mn, то есть практически весь марганец в концентрате содержится в основном сульфате.

    Физические свойства цинковых концентратов характерны для концентратов получаемых флотационным путем. Полиметаллические руды перед процессом флотации подвергаются дроблению и последующему измельчению с основным размером частиц менее 0,074 мм. Это необходимо для наиболее полного высвобождения полезных минералов от сростков с пустой породой. Плотность цинковых концентратов в зависимости от их состава от 3,4 до 4,3 т/м3, насыпная масса 1,9 – 2,2 т/м3, удельная поверхность частиц концентрата от 43 до 82 м2/кг. Температура воспламенения цинковых концентратов зависит от его химического и минералогического состава, а также от размера зерен. Сульфид цинка с размером зерна не более 0,05 мм воспламеняется на воздухе при температуре 554оС, а с размером зерна 1 – 2 мм при температуре 755оС. Температура плавления сульфида цинка составляет 1650 оС. В свою очередь температура начала оплавления цинковых концентратов 1000 – 1200 оС [11].

    Металлургический цинковый завод использует для процесса обжига механическую смесь концентратов из различных месторождений, произведенных по различным обогатительным схемам на горно- обогатительных комбинатах. Приготовление смеси концентратов (шихта обжиговых печей) обусловлено усреднением свойств концентратов, равномерным распределением примесей в обжигаемом продукте. Часто
    составной частью шихты являются оксидные соединения цинка (дроссы плавильного отделения, металлургические пыли рукавных фильтров, возвратные продукты обжига и др.) и цинксодержащие шламы очистных сооружений. Влияние состава концентрата на процесс обжига и правила составления шихты описаны в работах [12 – 16].

    По своему химическому составу сульфидный цинковый концентрат представляет собой соединения основного и сопутствующих металлов в основном в сульфидной форме. Форма частиц концентрата неправильной остроугольной формы с присутствием в частице различных минералов. В концентратах также присутствуют нерудные материалы, которые находятся как в отдельных зернах, так и в виде сростков с рудными минералами. Наличие изоморфных и тонкодисперсных примесей в минералах приводит к различию в технологических свойствах цинковых концентратов даже с одинаковым химическим составом. Применяемые в процессе флотационного обогащения реагенты, располагаясь на поверхности частиц концентрата, способны изменить поверхностную энергию на границе раздела фаз и оказать существенное влияние на процессы, протекающие при подготовке концентратов к обжигу и сам процесс обжига.

    По своим механическим свойствам сульфидные цинковые концентраты представляют собой полидисперсный порошок с большой площадью поверхности частиц в сравнительно небольших объёмах.

    Особенностями поведения сульфидных цинковых концентратов в процессе обжига являются:

    1. Высокая реакционная способность концентрата благодаря большой площади поверхности частиц.

    2. Возможность проведения окислительных процессов в автотермическом режиме за счет протекания экзотермических реакций окисления.




    1. Одновременное протекание реакций окисления различных сульфидов за счет сростков различных минералов в одной частице концентрата.

    2. Применяемый металлургический агрегат должен быть приспособлен к работе с пылевидным материалом, обеспечивая непрерывное обновление исходных и конечных продуктов реакции с одновременным отводом тепла из зоны реакции.

    3. Подача окислителя в зону реакции и отвод газообразных продуктов реакции должны происходить непрерывно и быть сбалансированы.



      1. 1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24

    написать администратору сайта