УДК 669.053.2

Комков Н.М., Капаева С.Д., Кокаева Г.А.

Оксидирование сульфидных цинксодержащих полиметаллических

концентратов

Цветная металлургия является ведущей отраслью промышленности суверенного Казахстана и от её состояния в значительной степени зависит развитие всей экономики республики. Среди многих цветных металлов значительное место занимает цинк, широко используемый в машиностроении, приборостроении, строительстве и ряде других производств.

Казахстан по запасам цинка (30 млн. т) находится на четвертом месте в мире. В настоящее время вырабатываются месторождения богатых и легкообогатимых руд. К числу крупных месторождений полиметаллических (свинцово-медно-цинковых) сульфидных руд Восточного Казахстана относятся: Лениногорское, Зыряновское, Малеевское, Белоусовское, Тишинское и Березовское. Вещественный состав полиметаллических руд чрезвычайно разнообразен. Основным источником получения цинка являются сульфидные цинковые концентраты. Примерный состав цинковых концентратов, получаемых в результате обогащения сульфидных цинковых руд Зыряновского месторождения, следующий, % : Zn 53,3; Fe 6,2; Cu 0,28; Pb 0,61; S 32,6; SiO₂ 2,6; K 0,04; Na < 0,02; Cd 0,2; As 0,06; Sb 0,008.

Несмотря на различие технологических схем получения цинка из данного вида сырья, во всех применяемых металлургических схемах первой операцией является обжиг. От качества обжига зависят степень извлечения ценных компонентов из концентратов, дальнейшие технологические операции и технико-экономические показатели схемы.

Таким образом, в технической литературе довольно подробно изучено поведение отдельных сульфидов и некоторых оксидов породообразующих минералов при термической обработке и окислении, но отсутствуют данные по взаимодействию и взаимному влиянию различных сульфидов на фазовые составы термодинамические и кинетические параметры окислительного обжига. Кроме того истощение богатых и легкодоступных месторождений вынуждает переходить к разработке месторождений с менее кондиционными рудами. Основные запасы сосредоточены в месторождениях имеющих метаколлоидный характер, с большим количеством примесей. При обогащении данных руд невозможно получить концентрат высокого качества. Обычно получают коллективные концентраты или концентраты низкого качества с повышенным содержанием сульфидов сопутствующих металлов.

Примерные составы низкосортных цинковых сульфидных концентратов, полученных в результате обогащения сульфидных цинковых руд некоторых месторождений показаны в таблице.

Таблица 1 – Состав концентратов, %

Концентраты	Zn	Fe	Cu	Pb	S	SiO2	K	Na
Глубоковский	48	10,5	3,2	4,7	30,6	6,5	0,15	0,06
Берёзовский	44,7	7,2	2,9	4,9	24,1	8,3	0,12	0,02
Предгорненский	43,2	7,1	4,1	2,9	29,6	4,4	0,28	0,05

В настоящее время все больше вовлекаются в переработку низкосортные концентраты, и перед прикладной наукой встает задача найти режимы переработки данных концентратов. Поэтому процессы оксидирования сульфидов в твердой фазе имеют очень большое значение для металлургии.

По химическим составам и физическому состоянию это сложные многофазные продукты со сложными взаимоисключающими физико-химическими свойствами, что делает их непригодными к переработке традиционными технологическими схемами.

Таким образом, процесс обжига низкосортных концентратов является сложным и недостаточно изученным процессом, что приводит к необходимости изучения влияния примесей, как сульфидов меди, железа,
свинца и кремнезема, находящихся в низкосортных цинковых сульфидных концентратах, на термодинамические и кинетические параметры процесса обжига и создания технологии переработки и принципов расчета технологического оборудования.

Влияние параметров газораспределителя на различные стороны процесса в псевдоожиженном слое практически не изучено. По этому вопросу в литературе приводятся лишь единичные формулы, полученные, как правило, эмпирическим путем для каждого технологического процесса, и имеющие ограниченное применение, так как не учитывают механизма процесса газораспределения.

Оптимальность заложенных решений предлагается оценивать экспериментально по технологическим показателям процесса. Таким образом, данная методика расчета является полуэмпирической и так же не учитывает механизма процесса газораспределения. Способ расчета по ней требует дополнительных затрат трудовых и материальных ресурсов и может обеспечить однородность газораспределения только в определенных экспериментальных пределах.

Основным параметром газораспределительной решетки, от которого зависит стабильная работа аппарата кипящего слоя, является живое сечение (доля свободного сечения решетки).

Используем для расчета живого сечения аппарата кипящего слоя формулу, выведенную аналитическим путем на основе законов гидродинамики.

S_K ≤ 71,3376D^–2 М {[g ρ_M (1– ε )H_K]^1,42 · P₁^–0,42 -

–[g ρ_M (1– ε )H_K]^1,71 · P₁^–0,71}^–0,5 (1)

В этом уравнении учтены: высота и диаметр кипящего слоя; плотность материала; масса псевдоожижающего агента и его физические характеристики, входящие в числовой коэффициент формулы; порозность кипящего слоя, которая зависит от гранулометрических характеристик кипящего слоя и технологических параметров. При расчете живого сечения по данной формуле учитываются все параметры конкретного процесса, для которого создается аппарат кипящего слоя.

Учитывая, что при псевдоожижении в воздушной среде порозность слоя не превышает 0,6 формула примет вид:

S_K ≤ 28,535D^-2M{[gρ_MH_K]^1,42P^-0,42- [gρ_MH_K]^1,71P^-0,71}^-0,5 (2)

При технологических рассчетах процессов псевдоожижения используется не масса псевдоожижающего агента а его объем. При сопротивлении кипящего слоя составляющем величину не превышающую одной трети атмосферы можно принять воздух несжимающейся средой и заменить массу на объем, тогда формула примет вид:

S_K ≤ 36,81 D^-2 V{[gρ_MH_K]^1,42P^-0,42- [gρ_MH_K]^1,71P^-0,71}^-0,5 (3)

В полученном для расчета живого сечения решетки уравнении (3) учтены: высота и диаметр кипящего слоя, плотность материала, масса псевдоожижающего агента и его физические характеристики, входящие в числовой коэффициент формулы, порозность кипящего слоя, которая зависит от гранулометрических характеристик кипящего слоя и технологических параметров. При расчете живого сечения учитываются все параметры конкретного процесса, для которого создается аппарат кипящего слоя.

Используя полученную зависимость, можно исследовать влияние технологических и конструктивных параметров и физико-химических свойств материала слоя и псевдоожижающего агента на живое сечение аппарата кипящего слоя.

ЛИТЕРАТУРА

1 Комков Н.М., Луганов В.А. Особенности фазовых превращений при обжиге низкосортных цинковых сульфидных концентратов.-Усть-каменогорск, ВКГТУ, 2008.- 302 с.: ил.