Способ снижения уровня отложений на решетке обжиговой печи

1 Настоящее изобретение относится к способу, который позволяет уменьшать и удалять количество отложений, образующихся на решетке печи с псевдоожиженным слоем при обжиге мелкоизмельченного материала, такого как концентрат. Концентрат подают в печь через стенку обжиговой печи, и газ, содержащий кислород, подают через сопла подачи газа, расположенные под решеткой в нижней части печи,для формирования псевдоожиженного слоя концентрата и окисления концентрата в псевдоожиженном слое. В области под точкой подачи концентрата, которая называется решеткой подачи, содержание кислорода в подаваемом газе повышают по сравнению с газом, подаваемым в других местах. Обжиг можно производить в печах нескольких различных типов. Однако в настоящее время обжиг мелкоизмельченного материала обычно производят с использованием способа псевдоожиженного слоя. Материал, предназначенный для обжига, подают в обжиговую печь через блоки подачи, установленные в стенке печи над уровнем псевдоожиженного слоя. В нижней части печи установлена решетка, через которую подают газ, содержащий кислород, для создания псевдоожиженного слоя концентрата. В качестве газа, содержащего кислород, обычно используют воздух. Под решеткой обычно устанавливают порядка 100 сопел подачи газа на квадратный метр. По мере формирования псевдоожиженного слоя концентрата высота слоя сырья повышается приблизительно до половины высоты слоя неподвижного материала. Обжиг сульфидов описан, например, в книге автора Rosenqvist, Т.: Principles of ExtractiveMetallurgy (Основы металлургического извлечения металлов из руд), стр. 245-255, McGraw-Нill,1974, США. В соответствии с книгой автораRosenqvist обжиг представляет собой окисление сульфидов металлов, в результате которого повышается количество окислов металлов и двуокиси серы. Например, сульфид цинка и пирит окисляются следующим образом: 2ZnS+3O22ZnO+2SO2(2) 2FeS2+5O2Fе 2O3+4SO2 Кроме того, могут происходить другие реакции, такие как образование SO3, сульфатирование металлов и образование комплексных окислов, таких как феррит цинка (ZnFe2O4). Типичные материалы для обжига представляют собой сульфиды меди, цинка и свинца. Обжиг обычно происходит при температурах ниже точки плавления сульфидов и окислов, обычно ниже 900-1000 С. С другой стороны, для того чтобы реакции происходили при приемлемой скорости, температура должна поддерживаться на уровне по меньшей мере порядка 500-600 С. В книге приведены балансовые графики, которые представляют условия, требуемые для образования различных продуктов обжига. Например, когда в качестве газа для обжига использу 004778 2 ется воздух, парциальное давление SO2 и O2 составляет приблизительно 0,2 атм. Реакции,проходящие при обжиге, являются строго экзотермическими, и поэтому в слое требуется использовать устройство для охлаждения. Пепел удаляют из печи частично через отверстие перетока, и частично он выносится вместе с газами в бойлер отбросного тепла и оттуда в циклоны и электростатические осадители, из которых получают пепел. Обычно отверстие перетока расположено на противоположной от блоков подачи стороне печи. Удаляемый пепел охлаждают и мелко измельчают для последующего выщелачивания. Для хорошего обжига важно управлять состоянием слоя, то есть слой должен иметь стабильную структуру и должен иметь другие хорошие свойства псевдоожижения и псевдоожижение должно быть контролируемым. Сгорание должно быть как можно более полным, то есть сульфиды должны полностью окисляться в окислы. Пепел также следует удалять из шахты печи, то есть размеры частиц пепла должны иметь определенные пределы. На размер частиц пепла, как известно, влияет химический состав и минералогия концентрата, а также температура газа, подаваемого для обжига. Делались попытки использования различных способов регулирования условий обжига. Американский патент 5803949 относится к способу стабилизации псевдоожиженного слоя при обжиге сульфидов металла путем управления размером подаваемых частиц. В американском патенте 3957484 стабилизация происходит путем подачи концентрата в виде гидросмеси. В обжиговую печь в соответствии с американским патентом 6110440 газ подают через магистральную трубу в среднюю часть решетки и затем равномерно распределяют по всему поперечному сечению печи с помощью нескольких труб ответвления. На трубах ответвления установлены сопла различного размера так, что диаметр сопел, расположенных дальше всего от магистральной трубы, больше, чем диаметр сопел,расположенных вблизи к магистральной трубе. Диаметр сопел изменяется от 1,5 до 20 мм. Газ может подаваться в псевдоожиженный слой через несколько систем труб распределения газа, и при этом, например, одна система труб используется для газа, содержащего кислород, и другая - для газа, содержащего органический материал. Режим обработки чистых или загрязненных концентратов сульфида цинка в печи для обжига цинка выбирают в зависимости от ситуации. В настоящее время практически больше нигде не встречаются концентраты, приближающиеся по составу к чистой цинковой обманке, сфалериту, которые могут содержать существенное количество железа. Железо может быть растворено в решетке сфалерита либо может находиться в форме пирита или пирротита. 3 Кроме того, концентраты часто содержат сульфидный свинец и/или медь. Химический состав и минералогия концентратов существенно изменяются. При этом количество кислорода, требуемое для окисления концентратов, также изменяется, так же, как и количество тепла, получаемого при сгорании. При используемой в настоящее время технологии подача концентрата в обжиговую печь регулируется в соответствии с температурой слоя, с использованием, например, нечеткой логики. При этом существует опасность, что давление кислорода в псевдоожиженном слое упадет до слишком низкого уровня, то есть количество кислорода будет недостаточным для обжига концентрата. Одновременно с этим противодавление слоя также может упасть до слишком низкого уровня. Из вычислений баланса и графиков баланса, приведенных в литературе, известно, что медь и железо вместе и отдельно образуют оксисульфиды, которые плавятся при температурах обжига и даже при более низких температурах. Аналогично, цинк и свинец, так же как железо и свинец, образуют сульфиды, плавящиеся при низких температурах. Такое поведение сульфидов является возможным, и вероятность его растет, если количество кислорода в слое будет меньшим, чем обычно требуется для окисления концентрата. Обычно в ходе обжига в псевдоожиженном слое происходит агломерация продукта, то есть пепел, несомненно, имеет более крупный размер частиц, чем подаваемый концентрат. Вышеуказанное образование расплавленных сульфидов, тем не менее, повышает агломерацию до опасного уровня, когда движение агломератов с сульфидным ядром происходит вокруг решетки. Агломераты образуют наросты на решетке и с течением времени блокируют сопла подачи газа, расположенные под решеткой. В печах для обжига цинка было отмечено, что наросты, содержащие загрязненные компоненты, формируются в печи, в частности в области решетки под блоками подачи концентрата. При проведении лабораторных исследований было отмечено, что некоторые концентраты, например мелкоизмельченные концентраты,богатые пиритом, очень быстро окисляются в условиях обжига. С другой стороны, при расчетах на основе химического и минералогического состава было отмечено, что для концентратов такого типа требуется подавать заметно большее количество кислорода, чем для чистого концентрата сфалерита. Когда в обжиговую печь подают указанный выше концентрат с высокой реакционной способностью со значительным уровнем загрязнений, создается дефицит кислорода в непосредственной близости к блоку подачи, что не дает возможности обеспечить окисление концентратов до оксидов, что является собственно целью обжига. В результате недостатка кислорода, при низких температурах, 004778 4 формируется расплавленный сульфидный материал, который легко образует отложения. Крупные частицы агломерата погружаются до решетки, оставаясь в движении вокруг нее, и комбинируются, формируя слои отложений, которые блокируют сопла подачи газа и, таким образом, дополнительно усиливают недостаток кислорода. Цель разработанного способа состоит в снижении уровня и удалении отложений, формирующихся на решетке псевдоожиженного слоя при обжиге мелкоизмельченного материала, путем повышения подачи газа, содержащего кислород, в частности, в части обжиговой печи,в которой производится подача материала. Настоящее изобретение в особенности пригодно для обжига концентратов цинка. Существенные признаки настоящего изобретения будут очевидны из прилагаемой формулы изобретения. Формирование отложений на решетке в месте установки блока подачи в обжиговой печи снижается в соответствии с настоящим изобретением благодаря изменению обычной конструкции решетки, в результате чего подача газа по всему поперечному сечению решетки происходит равномерно и в каждую часть решетки подают одинаковое количество газа. При использовании разработанного способа подачу газа, содержащего кислород, в части решетки,расположенной ниже блоков подачи, которая называется решеткой подачи, увеличивают по сравнению с подачей газа в остальной части решетки. Повышение подачи газа производят,например, путем увеличения количества сопел подачи газа в решетке подачи или благодаря использованию сопел подачи газа большего размера (с большим поперечным сечением), чем в остальной части решетки. Количество сопел газа в области решетки подачи по меньшей мере на 5%, предпочтительно на 10-15% больше, чем количество сопел газа в остальной части решетки. При повышении количества кислорода в газе, подаваемом для обжига, в области решетки подачи путем увеличения площади поперечного сечения сопел подачи газа площадь поперечного сечения сопел в области решетки подачи выбирают по меньшей мере на 5%, предпочтительно на 10-15% больше, чем площадь поперечного сечения сопел в остальной части решетки. Через некоторые сопла может подаваться большее количество газа, обогащенного кислородом, чем в остальной части решетки. Область решетки подачи составляет по меньшей мере 5% от общей площади решетки обжиговой печи, предпочтительно 10-15%. При повышении уровня подачи газа, содержащего кислород, в области решетки подачи обжиговой печи формирование отложений предотвращается благодаря действию двух факторов, то есть вначале устраняется локальный дефицит кислорода и затем, при повышении подачи газа, в этой области повышается скорость псевдоожижения. Устранение недостатка кислорода предотвращает формирование агломерата, и повышение скорости псевдоожижения позволяет удерживать более крупные частицы в слое, так что они не погружаются до уровня решетки. Когда дефицит кислорода устраняют путем локального повышения содержания кислорода в газе, это необязательно может быть связано с увеличением количества подаваемого газа, что не приводит к повышению скорости псевдоожижения, а, скорее, только улучшает окисление частиц, предотвращая, таким образом, формирование расплавленного материала. Настоящее изобретение описано ниже на следующем примере. Пример 1. Концентрат с составом сфалерита сравнивали с концентратом цинка, содержащим пирит. Вычисления потребности по кислороду для концентратов показали, что при обжиге концентрата сфалерита требуется 338 нм 3/т кислорода,а для концентрата, содержащего пирит, требуется 378 нм 3/т, другими словами, потребность по кислороду концентрата, содержащего пирит, на 10% превышает потребность по кислороду концентрата сфалерита. Минеральный состав концентратов представлен в таблице. Концентрат Концентрат, содерМинерал сфалерита, мас.% жащий пирит, мас.%CaSО 4 0,83 0,1 СаСО 3 1,05 0,5 Другие 1,3 1,36 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ снижения уровня и удаления отложений, образующихся на решетке печи с псевдоожиженным слоем, при обжиге мелкоизмельченного материала, такого как концентрат,при котором материал подают в обжиговую печь через стенку печи и газ, содержащий ки 6 слород, подают через сопла подачи газа, расположенные под решеткой в нижней части печи для формирования псевдоожиженного слоя и окисления материала в слое, отличающийся тем,что в точке подачи мелкоизмельченного материала содержание кислорода в подаваемом газе повышают по сравнению с содержанием кислорода в газе, подаваемом в остальной части решетки, при этом увеличение содержания кислорода осуществляют либо увеличением количества сопел подачи газа в области решетки подачи по меньшей мере на 5% в сравнении с количеством сопел подачи газа в остальной части решетки, либо увеличением площади поперечного сечения сопел подачи газа в области решетки подачи по меньшей мере на 5% в сравнении с площадью поперечного сечения сопел подачи газа в остальной части решетки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что область подачи концентрата, то есть область решетки подачи, составляет по меньшей мере 5% общего поперечного сечения решетки. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что область подачи концентрата, то есть область решетки подачи, составляет 10-15% от площади всего поперечного сечения решетки. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество сопел подачи газа в области решетки подачи на 10-20% больше, чем количество сопел подачи газа в остальной части решетки. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения сопел подачи газа в области решетки подачи на 10-20% больше,чем площадь поперечного сечения сопел подачи газа в остальной части решетки. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что псевдоожижающий газ подают в печь в области решетки подачи с большим содержанием кислорода, чем содержание кислорода в псевдоожижающем газе в остальной части решетки. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что материал, подвергаемый обжигу, представляет собой цинковый концентрат. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что материал, подвергаемый обжигу, представляет собой концентрат сульфида, содержащий железо.