锌精矿富氧流态化焙烧工艺研究.pdf

中国有色冶金
A生产实践篇?重金属
锌精矿富氧流态化焙烧工艺研究
许良,陈向强
(中国恩菲工程技术有限公同,北京100038
摘要」本文个绍了钟精矿富氣流态化焙烧エ艺,对富氧焙娆的反应机理、生产实践进行了详述。通
过将空气培浇和富氧焙进行对比,分析了富氧焙可行性及存在的问题,并对富氧焙娆技术在锌精矿
焙燒上的应用进行了探讨和展望。
关键词]富氧;流态化焙烧炉;锌精矿;操作气流速度
中图分类号]TF813
[文献标志码]B
[文章编号]1672-6103(2014)06-0028-04
当今世界炼锌技术主要以湿法炼锌为主,湿法流体动力学条件。这一转变是在一种完全固定的流
炼锌技术主要有硫化锌精矿焙烧加湿法处理流程以体速度ω临界,即所谓的流态化临界速度下实现的。
及常压富氧和氧压浸出全湿法处理流程。由于全湿使流体速度不断增大并越过此临界速度,沸腾层的
法流程的设备要求高、建设费用大以及生产成本高,体积增大,细粒物料粒子的运动更激烈。在某一个
目前只有少数几家企业采用。碗化锌精矿焙烧加湿速度带出,即所谓极限速度或带出速度下,流态化
法处理流程是目前最成熟最可靠的生产流程,而硫层进入悬浮状态,并随流体被带出流态化室。在
化锌精矿焙烧是其中一个重要的生产环节。目前国の和@排m的范围内,流态化层处于稳定状态。因
内流态化焙烧炉主要以中国恩菲设计的109m流态此在实际操作中,流态化焙烧操作气流速度の作
化焙烧炉为主,另有2家企业采用其他院设计的
于
临界
和
119m2流态化焙烧炉。由于种种原因,在生产实践
R
中,109m焙烧炉生产能力略高于119m2,两种炉型
临界
单系列生产锌锭的规模都在10万t左右。
式中:Re临界为临界雷诺准数;ν为气体实际温度下
随着工艺技术的不断提高,寓氧技术在有色冶
炉子,采用富氧则会提高治金炉的处理能力。月前气体性质:d为物料颗粒平均粒度,m。
的运动粘度,m2/
金中的应用越来越广泛。由于富氧的应用,在处理
相同物料时,产生的烟气量相应减小;而对于同一个
由上式可知の临界与固体粒子直径、固体性质
国内在铜、镍、铅、锡等金属的治炼过程中都有采用
の操作是炉子流态化的先决条件,若操作气流速
富氧空气进行嫆炼的实例,而在锌精矿焙烧上目前度过小,不能形成流态化;过大,则形成气动状态,
尚无大型焙烧炉采用富氧进行焙烧的实例。本文就者均影响炉子的正常稳定工作。另外操作气流速度
对锌精矿富氡流态化焙烧工艺技术进行分析研究。
与烟尘率有关,操作气流速度大,烟尘率亦大。故应
在保持良好稳定的流化状态和一定的烟尘率的情况
1流态化焙烧工艺
下,选择合理的操作气流速度。
1.1流态化机理
1.2婷烧反应机理
具有一定粒度组成的细粒物料层,由静置状态
硫化锌精矿主要以闪锌矿ZnS的形态存在,焙
进人活动状态,取决于料层空道中的气流或液流的过程主要是金属硫化物和氧气之间的反应,主要
反应如下:
作者简介]许良(1982一),湖南长沙人,硕士,从事有色治金设计
ZnS+-O2=Zn0+S02+443508k
工作。
「收稿日期]2014-02-20
ZnS+202=ZnS04+774767kJ
2014年12月第6期
许良等:锌精矿富氧流态化焙烧工艺研究
29?
2FeS+202=FeO,+2S02+122674k(3)剂(氧)的浓度。
当过程在扩散区域中进行时,
反应式(2)是可逆的放热反应,低温有利于反
9=QC atl/x
应向右进行。湿法是要求尽量将ZnS氧化変成式中:a为比例系数。
ZnO,因此湿法炼锌厂一般都采用较高的焙烧反应
由上述公式可见,提高气相中的氧浓度(CO2),
温度进行氧化焙烧,温度控制在900℃左右。
其放热速度(g)相应提高,从而过程的反应速度(V)
1.3流态化焙烧炉床能率
随即增加,这便是富氧能强化氧化反应过程的基本
焙烧炉床能率是衡量炉子生产能力的一个重要原理。
参数,标志着炉子处理精矿能力的大小。根据流态
金属硫化物的氧化过程,先在硫化物颗粒表面
化机理可知焙烧炉的操作气流速度决定了流惷化吸附氧,氧进而向颗粒内部扩散。由此可见,采用空
的效果以及烟尘率大小。而从焙烧反应机理可知,气氧化时,气相中惰性气体氮的存在,无疑将有碍于
硫化锌精矿的焙烧反应主要是金属碗化物和氧气之这种吸附和扩散,这也是富氧能强化氧化过程的原
间的反应,若精矿中的金属碗化物含量增加,则单位因之一。
质量的精矿完全反应需要的鼓风量则增加。同时,2.2富氧焙烧实践
焙烧炉流化层内的温度也影响焙烧的反应程度。由
硫化锌精矿的富氧焙烧国外做过许多试验。
以上分析可知,焙烧炉床能率是由综合因素决定,其1937年,加拿大特雷尔厂,把直径7.5m的多膛焙
大小取决于流态化层的操作气流速度、鼓风量和流烧炉改成流态化焙烧炉,首先在工业上实现了锌精
化层内的温度,即
矿富氧焙烧。1969年,澳大利亚电锌公司里斯顿进
86400a
行了锌精矿流态化焙烧硏究,鼓风含氧浓度增加到
V+(1+B比g
24.5%,精矿处理量由原来的363t/d提高到450t
式中:a为床能率,t(m?d);W为焙烧每吨精矿所
。1961年,鸟斯季卡明诺戈尔斯克铅锌厂进行了
需要的空气量,m'/t;为流化层内温度,℃;B为
锌精矿富氧流态化焙烧工业试验。试验结果证明,
1/273。
使用含氧27%~29.5%的富氧空气,床能率增加到
根据已知的锌精矿成分计算出焙烧需要的空气8.4~8.8tm2?d,烟气中SO2浓度提高到13%
量V的值,将a设为一个定值后,则焙烧炉的の作15%,焙砂中酸溶锌増加了1.5%~2.2%。通过试
决定了焙烧炉床能率的大小,即决定了焙烧炉的年验还得出,锌精矿的富氧焙烧含氧浓度不宜超过
处理能力。因锌精矿粒度大小及分布区别不大,工29%~30%。因为含氧浓度继续增加,焙烧炉床能
业生产中一般采用の操作为0.4~0.7m/s(工况条件
率的增加受到限制,氧的利用率下降。另外,氧浓超
过30%时,沸腾层的过剩热难以排出,沸腾层温度
2富氧焙烧工艺
没法控制。
芬兰 KOK KOLA锌厂,在1999年到2000年之
2.1富氧焙烧机理
间进行了70'流态化焙烧炉的富氧焙烧试验。由
在硫化物的氧化焙烧及烧结过程中,气流中氧
于受限于炉子的冷却盘管冷却能力,富氧浓度最高
的浓度直接影响反应温度及反应速度。众所周知
取到23.5%。通过富氧焙烧,焙烧炉锌精矿处理能
硫化物的氧化速度与反应放热速度成正比:
力最大提高约15%,并且焙砂含硫有所降低。在试
V=q/Q
验结束后, KOKKOLA锌厂针对试验结果进行了一
式中:V为氧化速度;Q为氧化反应的热效应,即每些列的改进,包括在原有焙烧系统上增加供氧系统。
摩尔分子硫化物氧化的反应热;q为硫化物氧化时,
国内长沙矿业研究院对锌精矿富氧流态化焙烧
在单位时间内放出的热量即放热速度。
进行过二次实验室扩大试验。二次试验分别与
当过程在动力学区域中进行时,
976年12月和19