Усовершенствование технологии обжига сульфидных цинковых концентратов с повышенным содержанием железа и кремния – часть 1

Химическая промышленность      Постоянная ссылка | Все категории

УДК 669.53.2.243.652 На правах рукописи

КОКАЕВА ГУЛЬНАРА АЙТИКЕНОВНА

Усовершенствование технологии обжига сульфидных цинковых концентратов с повышенным содержанием железа и кремния

Специальность 05.16.02 – Металлургия черных, цветных и редких металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Республика Казахстан

Алматы, 2010

Работа выполнена в РГКП «Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева»

Научные руководители:

доктор технических наук Комков Н. М.

кандидат технических наук Куленова Н. А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Квятковский С. А.

кандидат технических наук Шаяхметова Р. А.

Ведущая организация: Казахский национальный технический университет имени К. И. Сатпаева

Защита состоится «24» сентября 2010 г. в 1000 ч. на заседании диссертационного совета Д 53.17.01 при АО «Центр наук о Земле, металлургии и обогащения» по адресу: 050010, г. Алматы, ул. Шевченко, 29/133, факс 8 (727) 291-46-60, е-mail: ao. cnzmo@rambler. ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АО «Центр наук о Земле, металлургии и обогащения» по адресу: 050010, г. Алматы, ул. Шевченко, 29/133.

Автореферат разослан «___» июля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук Агапова Л. Я.

 

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена усовершенствованию технологии обжига сульфидных цинковых концентратов с повышенным содержанием железа и кремния, обеспечивающая получение высококачественного цинкового огарка.

Исследован процесс грануляции некондиционных сульфидных цинковых концентратов с добавкой известняка в печи кипящего слоя. Предложен возможный механизм реакций взаимодействия компонентов гранулы при высокотемпературном оксидировании, обеспечивающий уменьшение степени феррито – и силикатообразования цинка. Выведено уравнение регрессии и построена номограмма, позволяющая определить оптимальное количество добавки известняка при грануляции сульфидных цинковых концентратов.

На основании комплекса исследований усовершенствованна и апробирована в укрупнено-лабораторных условиях технология обжига сульфидных цинковых концентратов с повышенным содержанием железа и кремния с применением предварительной грануляции в печи КС, обеспечивающая получение высококачественного цинкового огарка и увеличение извлечение цинка в раствор при последующей операции – выщелачивании.

Актуальность проблемы. Производство цинка в последние годы развивается в условиях ухудшения качества перерабатываемого сырья, что требует кардинального усовершенствования используемых технологий.

На отечественных и зарубежных заводах, работающих по классической схеме (обжиг – выщелачиваниеэлектролиз), перерабатывают сульфидные цинковые концентраты с содержанием железа до 6 % (масс.) и диоксида кремния до 4 % (масс.). При более высоких содержаниях вышеуказанных примесей возникают проблемы, связанные с феррито – и силикатообразованием при обжиге в кипящем слое этих концентратов, что приводит к снижению извлечения цинка при выщелачивании обожженного продукта – огарка. Цинковые концентраты с повышенным содержанием железа и диоксида кремния на металлургических заводах практически не перерабатываются.

Многие вопросы, связанные с теорией и практикой переработки сульфидных цинковых концентратов с повышенным содержанием железа и кремния (низкосортных или некондиционных), в производстве цинка мало исследованы.

Производство низкосортных цинковых концентратов в настоящее время непрерывно растет, что делает задачу их переработки особенно актуальной.

Цель работы. Проведение комплекса исследований и создание на этой основе теоретических предпосылок для совершенствования технологии переработки сульфидных цинковых концентратов с повышенным содержанием железа и кремния, обеспечивающей получение высококачественного цинкового огарка.

Научная новизна работы:

- впервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность реализации процесса грануляции некондиционных сульфидных цинковых концентратов с добавкой известняка в печи кипящего слоя;

- предложен возможный механизм реакций взаимодействия компонентов гранулы, объясняющий уменьшение степени феррито – и силикатообразования цинка при обжиге в кипящем слое, за счет восстановления ферритов и силикатов цинка монооксидом углерода;

- установлено, что пористость полученного огарка увеличивается на 8 – 10% (по сравнению с огарком, получаемым в ТОО «Казцинк»), за счет выделения углекислого газа, образующегося при разложении известняка;

- выведено уравнение регрессии и построена номограмма, на основании которых определяется оптимальное количество добавки известняка при грануляции сульфидных цинковых концентратов в зависимости от содержания в них железа и диоксида кремния, а также от содержания оксида кальция в известняке;

- показано, что при выщелачивании обожженных гранул, содержащих 10 – 12 % (масс.) известняка, извлечение цинка в раствор увеличивается приблизительно на 8,4 %. При этом остаточное содержание цинка в кеках составляет 2,1 – 1,7 % (масс.) (для сравнения: содержание цинка в кеке в ТОО «Казцинк» – 19,4 % (масс.)).

Положения, выносимые на защиту:

- оптимальные условия грануляции сульфидных цинковых концентратов с повышенным содержанием железа и кремния в кипящем слое с добавкой известняка;

- механизм реакций взаимодействия компонентов составляющих гранулы при высокотемпературном оксидировании в кипящем слое;

- данные по физико-химическим свойствам, фазовому составу и результатам сернокислотного выщелачивания обожженных гранул;

- новые технические решения по совершенствованию технологии переработки некондиционных сульфидных цинковых концентратов.

Апробация практических результатов. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: IV Международной научно-практической конференции «Наука в информационном пространстве» (Днепропетровск, 2008); Международной научно-практической конференции «Образование и наука без границ – 2008» (Przemysl, Польша, 2008); Международной научно-практической конференции «Проблемы формирования новой экономики XXI века» (Днепропетровск, 2008); Международной научно-практической конференции «Геология, минерагения и перспективы развития минерально-сырьевых ресурсов» (Алматы, 2009); V Международной конференции «Инновационные разработки и совершенствование технологий в горно-металлургическом производстве» (Усть-Каменогорск, 2009); Международном форуме «Наука и инженерное образование без границ» (Алматы, 2009); VI Международной научно-практической конференции «Наука и технологии: шаг в будущее –2010» (Чехия, Прага, 2010).

Практическая ценность работы.

Разработан способ переработки сульфидных цинковых концентратов с повышенным содержанием железа и кремния, основанный на применении грануляции в кипящем слое с добавкой известняка, что позволяет расширить сырьевую базу цинковых производств, благодаря вовлечению в процесс некондиционного сырья. Показано, что при выщелачивании обожженных гранул, извлечение цинка повышается с 89,5 % (ТОО «Казцинк) до 98,3 % за счет уменьшения количества ферритов и силикатов цинка и увеличения поверхности контакта твердого с раствором

Согласно ориентировочному технико-экономическому расчету при условной производительности 200 тыс. тонн цинкового концентрата в год ожидаемый экономический эффект составит ~ 4 млрд. тенге.

Техническая новизна разработок и технологических решений подтверждена двумя положительными решениями на выдачу инновационных патентов Комитетом по правам интеллектуальной собственности МЮ РК: № 2009/0866.1 от 01.07.2009 года и № 2009/0856.1 от 01.07.2009 года.

Результаты исследований используются в учебном процессе при изучении дисциплин «Металлургия свинца, цинка и кадмия», «Технологические процессы и аппараты в цветной металлургии» при подготовке специалистов по направлению 050709 «Металлургия» в Восточно-Казахстанском государственном техническом университете им. Д. Серикбаева.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и необходимость проведения исследований, приведена цель, новизна и практическая ценность работы и положения, выносимые на защиту.

1 Состояние вопроса и постановка задачи

С ухудшением качества сульфидных цинковых концентратов по примесям, особенно железа и кремния, большое значение для технологии производства высококачественного огарка приобретают исследования, направленные на уменьшение процессов феррито – и силикатообразования при обжиге в кипящем слое.

В научно-технической литературе довольно подробно изучено поведение отдельных сульфидов и некоторых оксидов породообразующих минералов при обжиге в печи КС, но отсутствуют данные по взаимодействию и взаимному влиянию различных сульфидов на фазовые составы, термодинамические и кинетические параметры процесса обжига.

Анализ литературных данных показал, что самыми малоизученными вопросами являются процессы феррито – и силикатообразования при обжиге цинковых концентратов, играющие важную роль в формировании качественного огарка как по составу, так и по структуре. Известны способы разложения ферритов и силикатов с добавками оксидов свинца, алюминия, меди и кальция, которые улучшают качество продуктов обжига.

На основании литературного обзора сформулированы цель, основные задачи исследований, пути их решения и направленность технологических испытаний.

2 Термодинамический анализ процессов оксидирования сульфидных цинковых концентратов

С использованием программы HSC-05 компании «Outokumpu Research Oy»:

– построены изотермические и изобарические диаграммы систем (Zn, Fe) – S – O и (Zn, Fe) – SO2 – O;

– выполнен расчет изменения энергии Гиббса реакций взаимодействия составляющих цинковых концентратов и известняка при температурах 373 – 1673 К, соответствующих условиям обжига в печи КС.

Из результатов термодинамического, рентгенофазового и петрографического анализов и диаграмм состояний следует, что при обжиге сульфидных цинковых концентратов возможно протекание ряда химических реакций, приводящих к образованию оксидов, сульфатов, оксисульфатов, ферритов и силикатов металлов (цинка, железа, меди, свинца и т. д.).

Образование ферритов и силикатов металлов при обжиге возможно за счет взаимодействия оксидов, сульфидов металлов с оксидами железа и кремния, например:

ZnS + Fe2O3 + 1,5О2 = ZnFe2O4 + SO2,

(1)

ZnO + Fe2O3 = ZnFe2O4,

(2)

ZnS + 2FeS2 + 7O2 = ZnFe2O4 + 5SO2,

(3)

2Zn(г) + 2Fe2O3 + O2 = 2ZnFe2O4,

(4)

2ZnO + SiO2 = Zn2SiO4,

(5)

2ZnS + SiO2 + 3O2 = Zn2SiO4 + 2SO2,

(6)

2Zn(г) + SiO2 + O2 = Zn2SiO4.

(7)

Образующиеся в процессе оксидирования сульфидных цинковых концентратов ферриты и силикаты цинка, ухудшают качество продуктов обжига, причем при увеличении содержания железа и диоксида кремния это будет проявляться в большей степени.

3 Результаты технологических исследований переработки сульфидных цинковых концентратов месторождений Восточного Казахстана по классической гидрометаллургической схеме

В разделе представлена характеристика сульфидных цинковых концентратов месторождений Восточного Казахстана (химический состав концентратов представлен в таблице 1).

Для изучения вещественного и фазового состава исследуемых концентратов применялись современные физико-химических методы анализа: рентгенофазовый, петрографический и термогравиметрический, с использованием следующих приборов: рентгенофлуоресцентный спектрометр СРВ-1М, масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой ICP-MS Agilent 7500 cx, дифрактометр X’Pert PRO, микроскоп Axioskop 40.

Таблица 1 – Химический состав цинковых сульфидных концентратов месторождений Восточного Казахстана

Наименование

концентратов

Содержание, % (масс.)

Zn

Fe

Cu

Pb

SiO2

SS

Прочие

Зыряновский

54,1

5,2

0,38

0,57

2,5

32,6

4,65

Березовский

41,1

7,2

5,9

4,9

8,3

30,1

2,5

Предгорненский

43,8

8,9

5,0

4,3

7,1

29,6

1,3

Глубоковский

41,3

11,3

3,2

3,7

6,3

31,6

2,6

Результаты проведенных экспериментальных исследований переработки цинковых сульфидных концентратов месторождений Восточного Казахстана, по традиционной технологии (обжиг в кипящем слое – выщелачивание) показали, что содержание цинка в кеках после выщелачивания огарков, полученных при переработке Зыряновского концентрата составило 19,4 % (масс.), Березовского – 24,1 % (масс.), Предгорненского – 27,8 % (масс.), Глубоковского – 31,3 % (масс.).

Фазовые и петрографические анализы огарков, приведенные в диссертационной работе, свидетельствуют об образовании большого количества ферритов и силикатов цинка в процессе обжига Берёзовского, Предгорненского и Глубоковского концентратов, негативно влияющих на последующий процесс выщелачивания.

Объектом дальнейшего исследования будет являться Глубоковский концентрат с повышенным содержанием железа и диоксида кремния, имеющий наименьшее извлечение цинка в раствор – 55,5 %.

4 Усовершенствование технологической схемы переработки сульфидных цинковых концентратов с повышенным содержанием железа и кремния

Для получения высококачественного огарка и повышения извлечения цинка в раствор необходимо предотвратить образование ферритов и силикатов цинка, образующихся в процессе обжига и разработать технологию с целью вовлечения в производство некондиционных концентратов, что позволит расширить сырьевую базу цинковой отрасли.

Высококачественный цинковый огарок из концентрата, с повышенным содержанием железа и диоксида кремния, может быть получен при оптимизации состава шихты, загружаемой на обжиг с использованием предварительной операции – грануляции.

Химическая промышленность      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника