Окислительный обжиг медных концентратов

Окислительный обжиг в пирометаллургии меди не является обязательным. В медной промышленности он встречается редко и применяется обычно перед плавкой на штейн высокосернистых, бедных по меди концентратов или руд. Применение обжига оправдано также при переработке медного сырья с повышенным содержанием цинка.

Целью окислительного обжига в пирометаллургии меди является частичное удаление серы и перевод части сульфидов железав форму шлакуемых при последующей плавке оксидов. Это вызвано стремлением получить при плавке, проводимой в условиях незначительного окисления, штейны с содержанием не менее 2 5 . 30 % Си.

Медная шихта, поступившая в обжиговые печи, состоит из концентратов, измельченных флюсов и оборотной пыли.

Окислительный обжиг медных концентратов проводят при 750 . . . 900 °С. При этих температурах окисление сульфидов проходит преимущественно с образованием оксидов. В общем виде процесс горения сульфидов описывается уравнением

2MeS + ЗО2 = 2МеО + 2S0₂ + Q,

где Q - тепловой эффект экзотермической реакции.

При температурах не более 600 . . . 650 °С стабильными являются сульфаты:

MeS + 20₂ = MeS0₄.

Образование сульфатов перед плавкой на штейн нежелательно, так как это ведет к снижению десульфуризации.

Верхний температурный предел (900 °С) ограничен тем, что при более высоких температурах может начаться плавление отдельных сульфидов и их наиболее легкоплавких эвтектик, что может привести к спеканию мелких частиц шихты. При обжиге порошка спекание недопустимо.

Процесс обжига состоит из следующих основных элементарных стадий: нагрева и сушки шихты, термической диссоциации высших сульфидов, воспламенения и горения сульфидов. Нагрев шихтовых материалов сопровождается удалением вла­

ги и происходит как за счет теплопередачи от горячих газов, так

и за счет теплоты реакций окисления. После нагрева шихты до

температуры ~ 3 5 0 . . .4 0 0 “С начинаются почти одновременно

процессы диссоциации сульфидных минералов и их воспламенение.

Термическому разложению подвергаются только высшие сульфиды по реакциям:

FeS₂→ -F e S + l/2S₂

2CuFeS2→ Cu₂S + 2FeS + 1/2S₂

2CuS → Cu₂S + l/2S_2.

Выделяющиеся пары серы сгорают в окислительной атмосфере печи по реакции:

S + О₂ = S0₂.

При термическом разложении пирита половина атомов серы удаляется в газы, т.е. степень десульфуризации от разложения этого сульфида составляет 50 %. Десульфуризация при диссоциации халькопирита и ковеллина соответственно равна 25 и 50 %.

Все реакции термической диссоциации эндотермичны и требуют затрат теплоты на их осуществление.

В процессе окислительного обжига возможно также частичное разложение карбонатов, например:

СаС0₃ → СаО + С0₂.

При окислительном обжиге медных концентратов преимущественно окисляются сульфиды железа. Причиной этого является большее сродство железа к кислороду и меньшее к сере, чем у меди .

Все реакции окисления сульфидов и элементарной серы экзотермичны. Выделяющейся в условиях обжига медных концентратов теплоты, как правило, более чем достаточно для самопроизвольного протекания обжига, который является типичным автогенным процессом.

Продуктами окислительного обжига медных концентратов являются огарок, газы и пыль.

Минералогический состав огарка будет резко отличаться от состава исходного концентрата. Получающийся огарок характеризуется наличием в нем наряду с сульфидами оксидов и практически полным отсутствием высших сульфидов.

Основным способом обжига медных концентратов в настоящее время является обжиг в кипящем слое (КС). Сущность обжига в КС заключается в том, что через слой концентрата (шихты) продувается восходящий поток воздуха или обогащенного кислородом дутья с такой скоростью, при которой все зерна исходного материала приходят в непрерывное возвратнопоступательное движение, похожее на кипящую жидкость, что и послужило основанием для названия этого процесса.

В реальных условиях крупность присутствующих в обжигаемой шихте частиц будет заметно различаться. В результате этого наиболее мелкие зерна будут выноситься из печи газовым потоком, а наиболее крупные, наоборот, оседать в нижнюю часть КС, образуя на подине ’’постель” . При обычных режимах обжига в КС пылевынос составляет 20 . . . 30 % от массы исходной шихты.

Загрузку шихты осуществляют в форкамеру, имеющую повышенную плотность размещения сопел. Обжигаемый материал может подаваться с любым содержанием влаги вплоть до пульпы.Огарок разгружают обычно через сливной порог, высота размещения которого определяет уровень КС. Выпуск огарка возможен также из нижней части КС. В этом случае высоту КС регулируют скоростью разгрузки материала с помощью специального шибера.

При окислительном обжиге сульфидных концентратов в КС, как правило, выделяется большое количество избыточной теплоты, в результате чего может недопустимо повыситься температура в слое обжигаемого материала. Для отвода избыточной теплоты непосредственно в КС вводят холодильники трубчатого типа или холодильники-змеевики.

Для обжига помимо печей КС применяются многоподовые механические печи.

Механическая многоподовая печь для обжига сульфидных материалов

Шихта в таких печах движется сверху вниз зигзагообразно, пересыпаясь с пода

на под. Перемешивание шихты и ее перемещение по подам осуществляется с помощью перегребателей с гребками, закрепленными на вращающемся центральном валу. Газы в печи движутся противоточно шихте. Пыли, образующиеся при обжиге в таких печах, выносятся газовым потоком вблизи загрузки шихты и требуют возврата на повторный обжиг.Механические многоподовые печи отличаются сложностью конструкции, а их работа - высокими капитальными и эксплуата­

ционными затратами, трудностями регулирования и автоматизации процесса, относительно низким содержанием сернистого ангидрида в газах.

Плавка на штейн