Химизм процесса обжига

Химизм процесса обжига в КС цинковых концентратов сводится к протеканию следующих основных реакций:

2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂+890 кДж, (2)

2FeO₂+5,5O₂=Fe₂O₃+4SO₂+1670 кДж, (3)

ZnS+2O₂=ZnSO₄+775 кДж. (4)

Реакции (2) и (3) – с избытком обеспечивают протекание обжига без затрат топлива.

Образование небольших количеств сульфата цинка по реакции 4 необходимо для компенсации потерь серной кислоты в технологическом цикле.

В результате твердофазного взаимодействия оксида цинка с SiO₂ и Fe₂O₃ могут образовывать силикат ZnO·SiO₂ и феррит ZnO·Fe₂O₃. Образование больших количеств этих соединений нежелательно.

Все реакции идут с выделением тепла (экзотермические). На экзотермическом характере реакций основана наглядная оценка возможности окисления сульфидов с помощью эмпирической характеристики – температуры воспламенения. Это величина характеризует начало интенсивного протекания процесса окисления сульфидов. Выше этой температуры сульфид может окисляться самопроизвольно за счет теплоты процесса.

Температура воспламенения сульфидов зависит от ряда факторов: дисперсности сульфида, состава газовой фазы, скорости нагрева, условий контакта сульфида с газом. С уменьшением зерен сульфида, увеличением концентрации кислорода в газовой фазе, скорости нагрева сульфида и улучшением контакта с окислением температуры воспламенения сульфидов понижается.

Наиболее низкую температуру воспламенения имеют халькоперит и сулфиды железа. Сульфиды цинка и свинца воспламеняются при более высоких температурах.

Сульфидный цинковый концентрат обжигают в печах кипящего слоя при 900–1000º С (преимущественно при 950–970º С). При обжиге в кипящем слое раскаленный толстый (1000–1500 мм) слой обжигаемого материала непрерывно продувается воздухом через большое количество отверстий в подине печи. При этом в слое создаются интенсвные вихревые потоки, обеспечивающие быстрое распределение свежей массы концентрата по всему объему реакционной части печи и высокие скорости окисления сульфидов. Вследствие чего из печей выносится большое количество пыли.

Средний расход воздуха при обжиге около 2000 м³/т концентрата. Линейная скорость дутья, отнесенная к площади пода, равна около 0,1 м/с; давление в воздухопроводе перед печью колеблется в пределах 9800 – 22000 Па.

Материал в кипящем слое текуч, интенсивно перемешивается, что обеспечивает однородность слоя по составу и температуре. Обжиг концентратов в печи кипящего слоя имеет многие преимушества перед ранее применявшимися способами: 1) высокая производительность (удельная производительность по площади пода в 3–4 раза выше, чем в многоподовых печах, и в 1,5–2 раза выше, чем при обжиге во взвешенном состоянии); 2) стабилизация режима обжига и повышение качества огарка; 3) автотермичность с высокой степенью утилизацией технологического тепла; 4) упрощение подготовки шихты и обслуживания печи (возможность полной механизации, автоматизации, увеличение длительности кампании печей «КС»).