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.
|
 Рисунок 2.5 – Снимок поверхности конгломерата частиц цинкового концентрата ЦК1 диаметром примерно 1 мм сделанный на электронном микроскопе JEOL JSM-6460LV  Рисунок 2.6 – Снимок поверхности конгломерата частиц цинкового концентрата ЦК4 диаметром примерно 1 мм сделанный на электронном микроскопе JEOL JSM-6460LV Как видно из снимков, конгломераты частиц представляют собой достаточно пористые образования со значительно меньшей плотностью, чем образующие их частицы. Остаточная влажность концентрата и наличие во влаге растворимых солей позволяют образовываться комкам достаточной механической прочности, чтобы данные комки существенно изменили фракционный состав концентратов. Накопление концентратов и транспортировка его потребителю также оказывает существенное влияние на механические свойства концентратов. Потребитель проводит входной ситовой анализ концентратов, рассевая просушенный концентрат, так как ситовой анализ концентрата с влажностью более 8 % приводит к забиванию проходных отверстий сит. В результате ситовой анализ концентрата, проведенный перед загрузкой его в печь кипящего слоя, отличается от ситового анализа обогатительной фабрики. В результате в обжиговую печь попадает полидисперсный материал с размерами от сотых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Ориентировочный гранулометрический состав цинковых концентратов, отобранных со склада завода, представлен в таблице 2.4. Таблица 2.4 – Гранулометрический состав цинковых концентратов со склада обжигового цеха ЧЦЗ
Сопоставляя данные таблиц 2.3 и 2.4 видно, что гранулометрический состав цинкового концентрата перерабатываемого в обжиговом цехе цинкового завода отличаются от гранулометрического состава цинкового концентрата горно-обогатительных фабрик. Причем механическая прочность и размер частиц концентратов во время погрузочно-разгрузочных работ, транспортировки и хранения зависит от множества факторов, что вносит существенные коррективы поведения при обжиге одного и того же концентрата с одинаковым химическим составом. В процессе исследований на модели печи КС кроме определения скоростей газовых потоков были изучены особенности поведения кипящего слоя. При обжиге цинковых концентратов происходит преобразование сульфидов металлов в оксиды, при этом изменяются физические свойства материала образующего кипящий слой. Основная масса материала в печи КС при её работе состоит из продуктов обжига цинковых концентратов (огарок) и только примерно 3% представляют цинковые концентраты [103]. Это позволило изучать поведение кипящего слоя в печи КС на примере огарка. Визуальное наблюдение показало различие в аэродинамике кипящего слоя из частиц огарка размером менее 200 мкм и частиц размером более 200 мкм. Кипящий слой, состоящий преимущественно из частиц с исходными размерами менее 74 мкм, склонен к неравномерному перемешиванию материала, «прорывам» газовых потоков сквозь слой. Это объясняется более высокой удельной плотностью частиц, меньшей порозностью слоя (таблица 2.2). Переход от фазы фильтрующего слоя до туннельного прорыва газов через слой огарка с размерами частиц менее 200 мкм осуществляется в незначительном диапазоне скоростей. Отдельные зоны в слое при этом не «кипят» и частицы огарка остаются неподвижными. Для визуального наблюдения за поведением кипящего слоя и определения начала псевдоожижения использовались шарики из фторопласта диаметром 5 мм и плотностью 2 г/см3. Насыпная плотность огарка составляет 2 ± 0,2 г/см3 и при неподвижном слое шарики находились на поверхности слоя. При определенных скоростях воздушных потоков шарики начинали проваливаться в слой («тонуть» в слое), в дальнейшем при увеличении подачи воздуха шарики начинали хаотично перемещаться по объёму слоя. Это было заметно по контрасту белого цвета шариков с темно-коричневым цветом огарка. По результатам лабораторных исследований аэродинамики кипящего слоя состоящего из частиц различного гранулометрического состава можно сделать вывод, что поведение кипящего слоя из частиц огарка с размером менее 0,2 мм существенно отличается от поведения слоя с размерами частиц от 0,2 до 2 мм. Это объясняется различием физических свойств частиц формирующих кипящий слой. Более высокая плотность частиц размером менее 0,2 мм в сочетании с большой плотностью слоя (насыпной вес) приводит к туннельным прорывам газов сквозь слой в сочетании с соседней неподвижной зоной. Подробное изложение применения математических расчетов скоростей потоков для печей кипящего слоя ЧЦЗ представлено в работе [82]. Аналогичные исследования по аэродинамике кипящего слоя с теоретическими расчетами приведены в работе [83]. В данной работе приводится диаграмма, показывающая характер кипящего слоя по соотношению между разностью удельной плотности твердых частиц и газа (ρтв – ρг) и размером частицы d. Автором [108] предложено выделить четыре основные группы аэродинамических режимов кипящего слоя в зависимости от поведения частиц. На диаграмме изображенной на рисунке 2.7 выделены четыре зоны А, В, С, D, поведение частиц в которых соответствует следующим характеристикам. Зона А – «агрегатный» (турбулентный) режим кипящего слоя, характеризующийся интенсивным перемешиванием материала с хаотичным движением всех частиц слоя. Хороший контакт газа и твердых частиц. Зона В – «пескообразный» кипящий слой с образованием газовых проскоков при больших скоростях газа. Худшее по сравнению с группой А перемешивание частиц в слое, образуются крупные пузыри газа в слое. Зона С – «вязкий» неподвижный слой с образованием устойчивых каналов в слое для прохождения газов. Зона D – «фонтанирующий» кипящий слой с плохим перемешиванием твердых частиц и газа. Характеризуется интенсивным истиранием частиц с выносом мелких фракций из слоя через газовые каналы. Различие в удельной плотности и размере частиц кипящего слоя при обжиге цинковых концентратов позволяет предположить существование различных аэродинамических режимов кипящего слоя.  Рисунок 2.7 – Характеристики поведения кипящего слоя в зависимости от соотношения плотности и размера частиц Несмотря на определенную условность данной классификации (используют также диаграммы с безразмерными величинами плотности и диаметра частиц) подтверждено, что кипящий слой, состоящий из тонкодисперсных частиц (преимущественно из частиц с размерами менее 74 мкм) характеризуется слабым перемешиванием частиц. На диаграмме (рисунок 2.7) это соответствует зоне С, что характерно для «вязкого», малоподвижного слоя. Укрупнение частиц при обжиге сульфидных цинковых концентратов также приводит к ухудшению аэродинамики кипящего слоя (зона В). Чрезмерное укрупнение огарка в печи КС приводит к фильтрации газовых потоков сквозь слой крупных частиц с прекращением перемешивания материала (зона D), что приводит к залеганию печи КС. В рекомендациях по проектированию аппаратов кипящего слоя также используется вышеприведенная диаграмма [84]. Проводя опыты с моделью печи КС, было изучено явление расслоения кипящего слоя. При определенных условиях происходило разделение кипящего слоя по высоте на слой частиц, имеющий в основании воздухораспределительную решетку, слой свободного воздуха и малоподвижный слой частиц, располагающийся над слоем воздуха. При этом наблюдалось явление пульсации воздушного слоя с резкими перепадами давления в воздушной коробке печи. Причиной данного явления является сегрегация частиц кипящего слоя по их диаметру. Нижний слой образован более крупными частицами, фильтрующими через себя воздушные потоки, и слой из мелких частиц плохо пропускающий газы. Это приводит к образованию газового пузыря и разделению кипящего слоя. На практике данное явление приводит к динамическим ударам в воздухопроводах и газоходах печи КС. По результатам исследований технологам были выданы рекомендации по выводу печей КС из подобных ситуаций. Предложенная методика расчета, исследование поведения кипящего слоя на основе модели печи КС, позволили выдать ряд рекомендаций по изменению технологических параметров процесса обжига цинковых концентратов. Взяв за основу физические свойства концентратов, перерабатываемых на ЧЦЗ, и свойства получаемых из них продуктов обжига, математические расчеты и экспериментальные данные по определению скоростей газовых потоков кипящего слоя в дальнейшем был проведен ряд опытов по обжигу цинковых концентратов в лабораторной печи кипящего слоя. В лабораторной печи были проведены дальнейшие опыты по обжигу цинковых концентратов, которые соответствовали реальным технологическим процессам обжига в промышленных печах. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||