На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти готовые бесплатные и платные работы или заказать написание уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов по самым низким ценам. Добавив заявку на написание требуемой для вас работы, вы узнаете реальную стоимость ее выполнения.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Быстрая помощь студентам

 

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Обжиг цинковых концентратов в печах кипящего слоя

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 24.06.2012. Сдан: 2011. Страниц: 6. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Федеральное государственное автономное образовательное  учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт  Управления бизнес процессами и экономики
Кафедра Металлургия Цветных Металлов 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

Обжиг цинковых концентратов в печах кипящего слоя 
 
 
 
 
 
 
 
 

Руководитель    ____________________            Н.В. Олейникова 
                                                             подпись, дата 
 
 

Студент   ПЭ 08-02   ___________________            Е.О. Колпашникова
                                                             подпись, дата
  
 
 
 

Красноярск 2010 

     Введение 

     Источником  получения цинка является рудное сырье, которое обычно находится  в сульфидном состоянии, а цинк представлен преимущественно сфалеритом (ZnS). Руды всегда комплексные, содержат кроме цинка свинец, медь, железо, серебро и др.
     Примерно 50% мирового производства цинка расходуется на покрытие железных изделий с целью защиты их от ржавчины.
     Более 30% всего производства в мире цинка  употребляется на производство сплавов. Сплав цинка с медью и оловом называется бронзой. Различные сорта бронз широко применяют в машиностроении. Сплавы цинка с медью и никелем называют мельхиором и нейзильбером. Благодаря способности давать сплавы с серебром и золотом, цинк используется в металлургии для извлечения благородных металлов.
     Цинковая  пыль применяется для осаждения  золота и серебра из растворов  при их получении гидрометаллургическим  путем, для очистки растворов  от меди и кадмия перед электролизом растворов цинка.
     Оксид цинка широко используют при производстве резины и ее обработке. Он улучшает качество резиновых шин и ряда других резиновых изделий.
     При гидрометаллургическом способе  получения цинка обжиг ведут  с получением огарка порошка при  температуре 800-10000С. Высокая дисперсность огарка способствует быстрому и полному выщелачиванию его в растворе серной кислоты.
     Обжиг - гетерогенный процесс термической  обработки цинкового сырья. Этот процесс был и остается основным способом окисления сульфидного сырья.
     В задачи данного курсового проекта  входит рассмотрение процесса обжига цинковых концентратов, обеспечивающего  высокие технико-экономические показатели и расчет необходимых показателей.
     Главная задача обжига - быстрей, полней и с  наименьшими затратами превратить сульфидный цинк в оксидный, из которого цинк рациональней восстанавливать. При этом огарок надо получить в таком состоянии, чтобы он был наиболее благоприятен для осуществления последующих стадий технологий и в конечном счете обеспечил высокие технико-экономические показатели производства в целом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Технологическая  схема получения  цинка 

     Гидрометаллургический способ переработки обожженных цинковых концентратов заключается в растворении  окиси цинка водным раствором  серной кислоты и в последующем  осаждении цинка электролизом. Поэтому  гидрометаллургический способ называют иногда электролитическим. При производстве цинка электролизом цинковый концентрат предварительно подвергают окислительному обжигу. Полученный огарок выщелачивают отработанным электролитом, содержащим серную кислоту. Получаемый раствор  сернокислого цинка очищают от вредных  примесей и направляют на электролиз. При этом цинк осаждается на катоде, а в растворе регенерируется серная кислота, возвращаемая вновь на выщелачивание.
     Выщелачивание огарка осуществляется отработанным электролитом, содержащим серную кислоту и получаемым при электролизе раствора цинка. В процессе передела неизбежны потери серной кислоты (как механические, происходящие вследствие потери раствора, так и  химические, вызванные тем, что серная кислота непроизводительно затрачивается  на растворение примесей). Эти потери пополняют тем, что получают в  огарке некоторое количество сульфата цинка, легко растворяющегося в  воде. Для этой цели достаточно бывает иметь в обожженном концентрате  около 2-4% сульфатной серы.
     Этим  способом получают около 70% всего мирового производства цинка. Объясняется это  тем, что электролитическим способом при хорошей механизации трудоемких процессов и высоком проценте извлечения получают цинк более чистый, чем дистилляционным. Кроме того, облегчается возможность комплексного использования ценных составляющих концентрата.
     Сырьем  является цинковый концентрат. В качестве исходного материала используют не только минеральное и вторичное, но также и цинкосодержащие продукты других производств: шлаки и пыли металлургических производств свинца, меди, олова, чугуна. Эти продукты гораздо бедней по цинку, чем цинковые концентраты и все же их включают в цинковое сырье.
     Технологическая схема получения цинка включает в себя следующие стадии (рис.1):
     Обжиг, который проводят для получения  огарка для последующего выщелачивания. Кроме огарка получают также и газ, который отправляют на переработку для получения серной кислоты, которая в свою очередь участвует в процессе выщелачивания. Полученный огарок-порошок отправляют на выщелачивание. Он должен удовлетворять следующим требованиям:
    иметь достаточно низкое содержание сульфидной серы (<0.1-0.3%).
    умеренное содержание растворимых сульфатов (<=2-4%).
    высокое содержание мелкой фракции (-0,15мм).
    умеренное содержание ферритного и силикатного цинка.
     Эти требования вытекают из технологических  задач гидрометаллургической переработки  огарка. Чтобы достичь указанных  целей, необходимо подобрать подходящий состав исходной шихты, температуру  и состав газовой фазы для обжига. Большое значение имеет аппаратурное оформление.
     Высокая дисперсность огарка способствует быстрому и полному выщелачивании его в растворе серной кислоты. Целью процесса является- максимально возможное растворение цинка из исходного материала и отделение его от сопутствующих компонентов.
     Из  очищенного раствора ZnSO4 металлический цинк получают путем электролиза.  Этот передел является завершающий технологию, так как после переплавки электролитически восстановленного цинка получают товарный металл. Электролиз наиболее дорогой передел в производстве цинка (51-56% общих затрат на технологические процессы). Поэтому восстановление окисленного цинка из раствора ZnSO4 c получением качественного металла при возможно низких затратах - основная цель электролиза. 

               Цинковый концентрат
               Окислительный обжиг
    Огарок       Запыленные газы
      Классификация        Очистка от пыли
Крупная фракция          Мелкая фракция          Пыль         Газы
Измельчение       На производство
                                                                                       H2SO
                                           Выщелачивание
                     Сульфатный раствор                  Цинковый кек
          Очистка от примесей               На переработку
            Раствор    Промпродукты
           Электролиз                     На переработку
Отработанный      Катодный
электролит            цинк
   Переплавка
  Дроссы         Товарный цинк
         На переработку 

     Рис.1. Технологическая схема гидрометаллургического способа переработки цинковых концентратов 

     Основными показателями процесса являются удельный расход электроэнергии, кВт/ч катодного цинка; выход цинка по току, т.е. к.п.д. использования тока, %; качество катодного цинка.
     Полученный  металл проверяют на качество, маркируют  и отправляют на реализацию или на другие цели. 
 
 
 

     2. Теоретические основы  процесса обжига 

     При обжиге, главным образом, происходит процесс окисления сульфидов. Механизм окисления включает следующие стадии:
     1.   адсорбция молекулярного кислорода на поверхности сульфидов и диссоциации его на атомарный кислород;
     2. диффузия кислорода внутрь решетки сульфида и встречной диффузии серы на поверхность раздела фаз;
     3. образование первичных соединений  сульфида с атомарным кислородом;
     4. химическое взаимодействие образовавшегося  промежуточного продукта с оставшимся  в центре зерна сульфидом и  сжигании сульфидов материала  выделением оксида и диоксида  серы;
     5. химические взаимодействия оксидов  поверхностей пленки с сернистыми  газами и образование вторичного  сульфата.
     Обжиг ведется в одну стадию. Концентрат непрерывно загружают в рабочую  зону печи КС, а продукт самотеком  удаляется из печи. Кипящий слой характеризуется постоянством температуры  во всех его точках (940-9800С) и интенсивным теплообменом. Основное тепло (около 70%) выделяется от сгорания сульфидных материалов. Это тепло отводят с помощью специальных аппаратов.
     Материал  в КС текуч, интенсивно перемешивается, что обеспечивает однородность слоя по составу и температуре.
     Химизмом  процессов является совокупность химических превращений происходящих в определенной последовательности взаимодействия исходных веществ. Химизм процесса характеризуется первичными, промежуточными и конечными продуктами превращений. Соответственно последовательные реакции делят на первичные, вторичные, а их продукты называют первичными, вторичными. Закономерность изменчивости химизма окисления при повышении температуры вызывает смену первичного продукта окисления MeS, происходит в такой последовательности: при низких температурах MeSO4, при более высоких MeO, а далее -Meo.
     От  температуры начала заметного окисления  сфалерита и до 9000С первичным твердым продуктом является ZnS. Следовательно, при температуре < 900-10000С окисление идет по реакции:
     ZnS+1.5O2=ZnO+SO2   (1.1)
     Причем, чем интенсивней окисление ZnS за счет повышения t и Pо2, тем больше дебаланс между убылью количества ZnS и прибылью количества ZnO в обжигаемых образцах. Обусловлено протеканием реакции:
     ZnSтв+O2=Znпар+SO2   (1.2)
     Далее пары цинка окисляются.
     Изоморфное  железо при окислении сразу образует ZnFe2О4, полностью связывается с цинком в феррит. Феррит, полученный при t0<10000С, фактически немагнитен и плохо растворим в растворах H2SO4. Но при t0>10000С становится ферромагнитным с той же растворимостью.
     В окалинах на зернах сфалерита сульфатная сера обнаруживается во внешней части, это свидетельствует об образовании  сульфата цинка. При этом образуются или ZnSO4 (на воздухе в изотермических условиях устойчив до 6700C) или ZnO*2ZnSO4 (7600С). При наличии в газовой фазе SO3 эти сульфаты не диссоциируют и при более высоких температурах. Таким образом, вторичные сульфаты в зависимости от t и Рso3 образуются по реакциям: 

    ZnO+SO3 = ZnSO4, ZnFe2O4+SO3 = ZnSO4+Fe2O(1.3)   3ZnO+2SO3=ZnO*2ZnSO4     (1.4)
     3ZnFe2O4+2SO3=ZnO*ZnSO4+Fe2O3   (1.5) 

     При повышении температуры степень  сульфатиризации ZnO и ZnFe2O4 изменяется, проходя через максимум. Температура максимума сульфатиризации зависит от концентрации SO3 в газовой форме, а значит от концентрации SO2 и O2, при чем с повышением кислорода в дутье до 28%, такие показатели работы печи, как производительность - увеличиваются, содержание SO2 в отходящих газах - увеличивается, содержание цинка в огарке - увеличивается, с дальнейшим же ростом кислорода в дутье происходит обратное.
     Для гидрометаллургической обработки  имеет значение влияние условий  обжига на растворимость феррита  цинка. Чем мельче, пористей феррит, тем легче он растворяется. Укрупнению феррита способствует обжиг с  t>10000С, быстрое охлаждение огарка дает обратный эффект, но более слабый.
     В условиях КС - образование результат  сростков ZnS с породообразующими минералами, спекание соударяющихся зерен. Усилению образования способствует обжиг t>10000С, когда частичная отгонка цинка в результате реакции (1.1) с последующей конденсации окислившегося цинка на силикатных фазах. Аналогичным образом усиливается и ферритизация цинка.
     Реакции 1.1 и 1.2 с повышением температуры сильно экзотермичны (?Н>0), они вызывают значительную убыль энергии Гиббса (?G<0) и имеют большие численные значения константы равновесия (Кр>1). Последнее свидетельствует о необратимом протекании этих реакций вправо во всем интервале температур.
     Вторичные реакции окисления SO2 и сульфатизации оксидов металлов имеют умеренные значения Кр, поэтому эти реакции обратимы и протекают не до конца, а в ограниченной степени определяемой условиями обжига (Т, Ро2). Однако реакции окисления низших оксидов до высших имеют большие Кр и протекают до конца.
     Такой анализ целесообразно применять  для определения последовательности образования первичных и вторичных  продуктов окисления сульфидов  в зависимости от температуры  и состава газовой фазы. В условиях обжига единственным продуктом окисления  ZnS при 600-10000С является ZnO, хотя вероятность образования первичного сульфата возрастает с понижением температуры, а первичного цинка - с повышением температуры. Но для образования первичного ZnSO4 необходимы очень высокие Po2, а для образования первичного цинка - чрезвычайно низкие Po2 и Po3, которые могут реализоваться при более высоких температурах около поверхности сульфида.
     При обжиге цинковых концентратов технологическое  значение имеет сульфаризация цинка, которая приводит к образованию ZnSO4 или ZnO*2ZnSO4.
     Термодинамическая стойкость этих сульфатов характеризуется  Кр реакции разложения сульфата МеSO4=МеO+SO3, для которой Кр=Рso3.
     Особенности исследования кинетики реакций, в том  числе реакций взаимодействия конденсированных фаз сульфидов с газообразным кислородом, заключаются в необходимости  расчленения процесса на отдельные  стадии, кинетика которых и определяет суммарную скорость реакции. Одним  из направлений интенсификации процесса является работа на воздухе, обогащенном  кислородом, что возможно вследствие зависимости кинетики окисления  сульфидов от его концентрации в  газовом потоке. Аналогично на скорость окисления влияет повышение концентрации кислорода в газовой среде. В  ряде случаев при описании кинетики конкретных сульфидных систем необходимо учитывать структуру оболочек твердых  продуктов реакции. В целом соотношение  скоростей химической реакции диффузионных процессов являются определяющими  при рассмотрении кинетики реальных процессов.
     Как гетерогенный, этот процесс имеет  две непременные последовательные стадии: диффузия О2 к поверхности сульфида и реакцию окисления на поверхности сульфида. Если диффузия значительно медленней реакции, то процесс протекает в диффузионной области, а в противном случае - в кинетической. При соизмеримых скоростях этих стадий процесс протекает в переходной области.
     Кинетическая  область характеризуется малыми скоростями окисления сульфидов (тление), а диффузионная область - большими скоростями (горения). Переход из одной области  в другую при подъеме температуры  сопровождается воспламенением (переходная область). Характеристикой граничного условия перехода из кинетической области  в диффузионную служит температура воспламенения сульфидов.
     Поскольку окисление сульфидов протекает  в далеких от равновесия условиях и поэтому необратимо, то скорость процесса равна скорости прямой реакции  в кинетической области или скорости диффузии О2 в диффузионной области.
     В кинетическом уравнении закона действующих  масс скорость процесса должна быть представлена произведением функции от каждого из влияющих факторов в отдельности:
      ,     (1.6)
     где т - масса сульфида; г - время; k- температурный; А- геометрический и f(cO2 ) - концентрационный факторы.
     В кинетической области уравнение (1.6) примет вид
      .     (1.7)
     В уравнении (1.7) k = К0е-E/RT, где k - константа скорости гетерогенной реакции; Е - энергия активации; k0 и Е - практически постоянные; А = S - межфазная поверхность взаимодействующих веществ; f(сO2) = cnO2. Указанное выражение концентрационного фактора обусловлено тем, что cO2 влияет только на скорость обратной реакции, которая пренебрежимо мала. Кинетический порядок по кислороду равен 1? n? 2.
     В диффузионной области правая часть уравнения (1.6) тождественна уравнению первого закона Фика:
      ,       (1.8)
     где D - коэффициент диффузии O2; и - концентрации О2 соответственно у поверхности сульфида и в газовой среде; S - толщина слоя, в котором диффузия самая медленная. Поскольку скорость процесса лимитируется подводом O2 к сульфиду, то ?0. С учетом этого уравнения (1.8) принимает вид
      .        (1.9)
     Если  самой медленной стадией является диффузии О2 в слое газовой среды, прилегающей к внешней поверхности сульфидного зерна, то процесс протекает во внешнедиффузионной области. Самой медленной стадией может быть диффузии О2 через слой окалины на зерне, тогда процесс протекает во внутридиффузионной области.
     Степень вторичного образования в процессе обжига имеет максимум при изменении  температуры. Чем выше термическая  стойкость сульфатов и выше концентрация оксидов серы в газовой фазе, тем  больше температура максимума сульфатизации при обжиге и выше степень сульфатизации. Кинетически термическую стойкость сульфатов можно характеризовать температурой начального заметного разложения, которая зависит от ряда условий.
     В зависимости от условий обжига цинковых концентратов и содержания в газовой  фазе SO2 и О2 температура, соответствующая максимуму сульфатизации цинка, лежит в пределах 750-850 0С. 

     3. Обжиг цинковых концентратов в печах КС 

     Первой  стадией технологической схемы  получения Zn является обжиг Zn концентратов в печах КС, основной целью которого является перевод нерастворимого ZnS в воднорастворимый ZnO. Обжиг позволяет применить к переработке цинковых концентратов гидрометаллургическую технологию. При обжиге стремятся получить огарок, соответствующий требованиям последующих гидрометаллургических процессов. Очень важно, чтобы продукт обжига был порошкообразным.
     В настоящее время в промышленности проводят обжиг в весьма производительных, экономичных и автоматизируемых печах кипящего слоя. При ней, как правило, находится аппарат для пылеулавливания, называемый циклоном. Они  предназначены для грубой очистки газов от пыли, способны за одну стадию снизить запыленность отходящих газов с 140-160 до 3-6 г/м2. После циклонов дымососами разных типов отходящие газы отправляют через коллектор грязного газа на тонкую отчистку от пыли, позволяющих уменьшить запыленность до 0,1-0,2 г/ м2. Применяют электрофильтры. Очищенный газ идет на производство серной кислоты.
     Достоинством  окислительного обжига является следствием сжигания концентрата, приведенного в  особое состояние псевдоожижения. Концентрат непрерывно загружают в рабочую зону печи, а продукт обжига самотеком удаляется из печи. Кипящий слой характеризуется постоянством температуры во всех его точках и интенсивным теплообменом (t=940-9800С). Необходимо также отметить, что кипящий слой характеризуется высокими значениями теплопроводности самого слоя, которая достигает 2500 Вт/м2 0С и более. Следовательно, выравнивание температуры по слою происходит с высокими скоростями. При продувании снизу через слой сыпучего материала газа этот слой при определенных параметрах дутья (поток воздуха перед печью разделяется на два, один поступает в форкамеру, другой в основную часть печи) будет разрыхляться до такого состояния, что приобретет свойства жидкости. Псевдоожиженное состояние наступает при скорости газового потока, когда его подъемная сила будет уравновешиваться массой сыпучего материала. При минимальной критической скорости слой сыпучего материала переходит в псевдожидкое состояние, а при максимальной во взвешенное состояние со свободным витанием частиц. В рабочем пространстве печи выше уровня кипящего слоя происходит обжиг части более мелких зерен во взвешенном состоянии. Для активации обжига этой составляющей шихты в зону взвешенного состояния подают вторичное дутье. 

     3.1 Технологические показатели процесса 

     В процессе обжига температура играет существенную роль. Температура может  изменяться от 850 до 980 0C. При малой температуре процесс обжига проходит медленно и не полно, при высокой температуре материал оплавляется и обжиг проходит не качественно. Для регулирования температуры используют (охлаждая) водяные холодильники, получая пар, а также определенную температуру поддерживают скоростью загрузки. Чтобы концентрат при обжиге не укрупнялся, необходимо поддерживать температуру не более 970 0C. Умеренное содержание растворимой сульфатной серы достигается при температуре 950-970 0C. При повышении температуры одновременно возникает необходимость решения вопроса по отводу и утилизации избыточного тепла из зоны КС. При низких температурах обжиг сульфидных материалов способствует образованию сульфатов и вследствие того, что давление диссоциации при этих температурах ниже, и давление Рso3  в печных газах выше.
     На  обжиг поступает сульфидный цинковый концентрат, часто после обогащения крупностью < 0,076мм и поэтому измельчению  не подлежит. Необходимо усреднять  шихту перед обжигом. На цинковых заводах усреднение осуществляют послойной  шихтовкой разных концентратов и  оборотных материалов на бетонированных площадках и последующим перемешиванием их с помощью грейферных кранов. В ряде случаев в схему подготовки цинковых концентратов включают магнитную  сепарацию для удаления из них  металлических предметов.
     Концентрат  в печь подают в виде пульпы или в сухом виде. В виде пульпы шихту подают в том случае, когда завод находится рядом с обогатительной фабрикой, когда в шихту идут сильно различающиеся по составу концентраты, так как такую шихту легче перемешивать. Однако такую шихту труднее распределить по кипящему слою печи. Шихта увлажняет отходящие газы из-за чего их труднее перерабатывать, усиливается износ оборудования и газоотводящих систем. При большой влажности концентратов их подсушивают во вращающихся барабанных печах с форсуночным или топочным отоплением до остаточной влажности 6-8%. Для разрушения комков используют дисковые дробилки.
     Содержание  кислорода в дутье не должно превышать 29-30%, так как растворимость цинка  и удельная производительность при  дальнейшем увеличении его концентрации растет не значительно. Кроме того, при содержании в дутье свыше 30% О2 трудно устранить возрастающий избыток тепла в слое. Обогащение дутья кислородом до 30% позволяет повысить производительность обжига до 9т/м3, а содержание SO2 в газах достигает 14-16%; однако быстрее изнашивается футеровка печи и требуется интенсивный отвод тепла из-за возможности оплавления огарка, все это ограничивает добавление кислорода.
     Пылевынос при обжиге составляет 30-50% и зависит от дисперсности шихты и гидродинамического режима обжига. До 90-95% выносимой газовым потоком пыли улавливается в циклонах и 3-6% в системе тонкого пылеулавливания. При переработке в кипящем слое гранулированного материала вынос пыли снижается до 5-25%. В большинстве случаев состав пылей и огарков одинаков.
     В зарубежной практике при высокой  скорости дутья воздуха выпуск огарка через сливной порог невысок (18-40%), большая часть материала уносится в пыль.
     Уменьшению  пылевыноса способствует увеличение надслоевого объема, а также возврат циклонной пыли в КС (циклон возврата), что ведет к укрупнению пыли и повышает долю материала, выгружаемого из печи через сливной порог.
     Скорость  дутья также влияет на процесс. При  повышении скорости дутья (до 600-675м32ч) усиливается пылевынос из печи КС. В зарубежной практике при форсированном дутье воздуха выпуск огарка через порог невысок. Это увеличивает долю обжига шихты во взвешенном состоянии и снижает производительность по обожженному материалу, пригодному для выщелачивания, а также несет другие нежелательные последствия. В производстве нормальное состояние кипящего слоя создается при давлении 15-16 кПа, из них 4-6 кПа приходится на преодоление гидравлического сопротивления подины печи.
     Конструкция печи влияет на показатели процесса. Чтобы избежать значительного пылевыноса и повысить степень десульфуризации, печи КС делают с большим объемом надслоевого пространства: высокие (12-17м) и расширяющиеся в верхней части (в 1,3-1,5 раза). Из-за этого скорость газа при выходе из КС значительно уменьшается и пыль оседает обратно или дольше витает в надслоевом пространстве и полней окисляется. Такая конструкция позволяет повысить концентрацию SO2 в отходящих газах (до 10%) и интенсифицирует обжиг. Обычно печи состоят из одной или нескольких рабочих камер. Последние получили наибольшее распространение в промышленности.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.