Охлаждение и транспортирование огарка

ПОДГОТОВКА ОГАРКА, ВОЗГОНОВ И ПЫЛЕЙ К ВЫЩЕЛАЧИВАНИЮ

 

Обожженный цинковый концентрат (огарок) по вы­ходе из печи КС представляет собой порошкообразный довольно абразивный материал с температурой выше 900° С. Этот материал неоднороден но крупности и со­держит около 40% зерен крупнее 0,174 мм. Другой про­дукт обжига - циклонная пыль, которая объединяется в последующем с огарком, имеет более низкую темпера­туру (менее 500° С) и практически однородный грануло­метрический состав, так как содержание основной фрак­ции –0.1мм  достигает 98%. Пыль электрофильтров также перерабатывается вместе с огарком.

Различная величина зерен продуктов обжига требу­ет различной продолжительности выщелачивания для полного извлечения из обожженного концентрата цинка и других полезных компонентов. Тонкие фракции будут выщелачиваться быстрее, крупные - медленнее. При Данной продолжительности выщелачивания, которая оп­ределяется временем, необходимым для растворения пре­обладающей фракции материала, и ограничивается ем­костью оборудования для этой операции цинк может быть полностью извлечен только из этой и из более тон­ких фракций. Из крупных фракций извлечение металла будет неполным.

В крупных фракциях материала содержится больше сульфидного цинка, который должен быть возвращен на обжиг, если в этом есть необходимость, или направлен на вельцевание. Высокая температура огарка так­же осложняет дальнейшую работу с ним обслуживаю­щего персонала.

Кроме того, в процессе гидрометаллургической пере­работки огарок приходится транспортировать в смеси с раствором по желобам и трубам, перекачивать в виде пульпы насосами, перемешивать и перемещать в аппа­ратуре воздухом или механически. Наличие в огарке крупной, так называемой песковой, фракции чрезвы­чайно затрудняет процесс выщелачивания. Пески заби­вают аппаратуру и трубопроводы, оседают в желобах, вызывают поломки перегребающих механизмов. Поэто­му подготовка огарка к выщелачиванию является обяза­тельной и весьма существенной стадией производствен­ного процесса, оказывающей большое влияние на тех­нико-экономические показатели последующего передела выщелачивания.

В комплекс подготовительных операций входят ох­лаждение, классификация и измельчение крупных фрак­ций огарка. Во многих случаях транспортирование огар­ка совмещают с дополнительным охлаждением.

 

Охлаждение и транспортирование огарка

Охлаждение огарка

 

Охлаждение огарка необходимо для удобства после­дующего транспортирования, проведения сухой класси­фикации материала, взвешивания, дозирования и удале­ния из него остатков сернистого газа, затрудняющего окислительные операции при выщелачивании. Для это­го, как правило, используют аэроводохолодильники, со­ставляющие одно целое с печами кипящего слоя, а так­же водоохлаждаемые транспортные средства; шнеки, скребковые и трубчатые транспортеры.

В аэроводохолодильниках раскаленный огарок про­дувают сжатым воздухом, который затем поступает в обжиговую печь, и охлаждают с помощью кессонов во­дой. При этом температура огарка снижается с 950-1000 до 200-250° С. На рис. 23 показана конструкция промышленного аэроводохолодильника, разработанного Гипроцветметом и широко применяемого на отечествен­ных заводах. За время прохождения огарком водоохлаждаемых транспортных механизмов его температура снижается до 100-120° С. На заводах, применяющих гидравлический транспорт и мокрую классификацию, Предварительного охлаждения огарка не требуется.

 

Транспортирование огарка

 

Полученный в печах кипящего слоя обожженный кон­центрат может быть доставлен в цех выщелачивания тремя видами транспорта: механическим, пневматичес­ким и гидравлическим. При использовании первых двух видов транспорта материал может быть предварительно хорошо подготовлен и доставлен в цех выщелачивания в виде, удобном для взвешивания, учета, дозировки и ор­ганизации как периодического, так и непрерывного вы­щелачивания. Пневматический транспорт, однако, пред­почтительнее механического из-за меньшего пылеобразования.

При гидравлическом транспорте в качестве несущей среды используют оборотный кислый раствор, Исполь­зование нейтрального раствора не практикуется ввиду сильного зарастания трубопроводов сульфатами. Систе­ма гидравлического транспорта по существу исключает возможность предварительной подготовки огарка до кон­такта его с кислым раствором и не позволяет осущест­вить точный весовой учет и порционную дозировку ма­териала при периодическом выщелачивании. Эта система более или менее удачно сочетается только с непре­рывным способом выщелачивания. Преимуществом гид­равлического транспорта является возможность исполь­зования физического тепла огарка для создания необхо­димой температуры растворов при выщелачивании.

На большинстве отечественных и зарубежных заво­дов полученный огарок доставляют в цех выщелачива­ния в сухом виде. В качестве транспортных механизмов применяют водоохлаждаемые шнеки, скребковые, труб­чатые, а также ленточные транспортеры. На отдельных зарубежных заводах с непрерывной схемой выщелачи­вания охлажденный и классифицированный огарок смешивают в обжиговом цехе с кислым оборотным раствором и в виде пульпы откачивают в цех выщелачивания.

На ряде отечественных цинковых заводов («Электроцинк», Челябинский, первый Усть-Каменогорский) для передачи огарка в цех выщелачивания используют гидравлический транспорт.

Рис. 23. Аэроводохолодильник:

1 – воздухораспределительная подина с соплами; 2 – стеновые кессоны; 3 – погруженные охлаждающие элементы; 4 – фланец примыкания холодильника к печи; 5 – воздушная камера; 6 – сливные воронки; 7 – разгрузочный бункер; 8 – рабочий люк; 9 – съемные секции для регулирования уровня кипящего слоя; 10 – люк донной загрузки

 

При этом горячий материал непосредственно из печей разгружают в желоб с циркулирующим оборотным раствором, в котором часть цинка и других компонентов быстро растворяется в серной кислоте. Таким образом, огарок предварительно не подготавливают, а классификации подвергают пульпу, со­держащую в значительной мере уже выщелоченный ма­териал.

Построенные в последние два десятилетия второй Усть-Каменогорский, Лениногорский и Алмалыкский цинковые заводы, а также заводы «Укрцинк» оснаще­ны механическим и пневматическим транспортом для транспортирования сухого огарка. В частности, на вто­ром Усть-Каменогорском заводе хорошо зарекомендова­ли себя в работе трубчатые транспортеры. Эти механиз­мы или, как их называют, шнек - трубы, просты по конструкции, имеют продолжительный срок службы, обе­спечивают дополнительное охлаждение огарка и нор­мальные санитарно-гигиенические условия для обслужи­вающего персонала. Этим способом огарок перемещают внутри цеха. Далее его передают в цех выщелачивания ленточными транспортерами. На Лениногорском цинко­вом заводе успешно эксплуатируют пневматический транспорт огарка.

 

Классификация огарка

 

Необходимость классификации и выделения перед выщелачиванием тонких фракций огарка вызывается тем, что последние обладают большей реакционной способностью.

Рис. 24. Влияние крупности огарка на скорость нейтрализации кислоты в пульпе: 1 – неклассифицированный огарок; 2 – фракция -0,83+0,32 мм; 3 – фракция -0,32+0,21 мм; 4 – фракция -0,21+0,15 мм; 5 – фракция -0,15+0,104 мм; 6 – фракция -0,104+0,074 мм; 7 – фракция -0,074 мм

 

Так, с уменьшением размера частиц ускоряется растворение огарка в серной кислоте, быстрее и при меньшем избытке его (4-6% вместо обычных 15-20%) протекают процессы нейтрализации и гидролитической очистки растворов от примесей. На рис. 24 показан влияние крупности огарка на продолжительность растворения и скорость нейтрализации пульпы. Кроме то го, как указывалось выше, при выщелачивании крупных фракций образуется большое количество «песков», за­трудняющих эксплуатацию оборудования и магистралей. В связи с этим в мировой практике наметилась вполне определенная тенденция к снижению крупности огарка направляемого на выщелачивание.

Для условий Усть-Каменогорского свинцово-цинкового комбината установлена оптимальная крупность огарка 0,15 мм. При этой крупности в остатке от выще­лачивания огарка содержится наименьшее количество «песков», а максимальный размер их частиц ниже, чем при выщелачивании более крупных фракций. Это на­глядно видно из приведенных ниже данных:

 

Крупность огарка до выщелачива -ния, мм	-5+1	-1+0,25	-0,25+0,15	-0,15
Содержание песков в остатке, %	59,3	49,6	69,2	40,0
Максимальный размер  частиц песков, мм	5	1	0,25	0,15

 

В гидрометаллургии цинка применяют два способа классификации огарка - сухой и гидравлический. При сухой классификации огарок просеивают на вибрацион­ных грохотах через металлические сита или подвергают разделению в аэросепараторах. При гидравлическом способе осуществляют классификацию пульпы (смесь огарка с кислым раствором) в различных классифика­торах. Первый способ имеет несомненные преимущества, так как сухая классификация, особенно в аэросепарато­рах, позволяет выделить более тонкие фракции обож­женного материала и направить в те стадии выщелачи­вания, где их ценные свойства лучше всего используются (например, для нейтрализации и доводки пульпы до определенного рН).

На гидравлическую классификацию поступает пуль­па, в которой наиболее топкие фракции огарка уже вы­щелочены во время контакта горячего материала с кис­лым раствором и, естественно, использованы уже быть не могут.

Рис. 25. Схема сухой классификации огарка

Гидравлическая классификация сложилась исторически на старых отечественных заводах, где она была связана с гидравлическим транспортированием огарка и непрерывным способом выщелачивания.

Сухая классификация удобна еще и тем, что дает на­дежную гарантию качества готового огарка по крупности зерна и не связана с определенным способом выщелачивания - периодиче­ским или непрерывным, Она обеспечивает возмож­ность точного весового учета огарка.

 

Сухая классификация.

  С переходом на обжиг в кипящем слое разрыв в содержании сульфидного цинка в различных фрак­циях огарка значительно уменьшился. Поэтому вы­деляемую в процессе су­хой классификации круп­ную фракцию на повторный обжиг не направляют, а доизмельчают в шаровых мельницах и передают вместе с основным продуктом на выщелачивание. За рубежом распространен способ су­хой классификации на виброситах, а также в аэросепа­раторах. Вибросита применяли до 1960 г. и на втором Усть-Каменогорском заводе. Однако ввиду быстрого из­носа топких сеток с малым размером ячейки и большо­го пылеобразования этот метод был заменен аэросепа­рацией.

Схема сухой классификации огарка на аэросепара­торах приведена на рис. 25. В качестве основного агре­гата используют аэросепаратор с наружным диаметром 2,5 м (рис. 26), который состоит из внешнего и внутрен­него концентрически расположенных конусов. По оси бонуса проходит пустотелый вал с приемным диском и закрепленным в верхней части лопастным вентиляторным ротором. При вращении ротора со скоростью 280-320 об/мин создается восходящий воздушный поток, цир­кулирующий в пространстве между наружным и внут­ренним конусами.

Рис. 26. Аэросепаратор:

1 – полый вал; 2 – регулировочные задвижки; 3 - диск

 

Материал, подлежащий классификации, попадает по пустотелому валу на приемный диск и рассеивается центробежной силой в зоне воздушного потока. Мелкая фракция выносится воздушным потоком во внешний ко­нус сепаратора, откуда ее выгружают через шлюзовой затвор и направляют в цех выщелачивания. Крупная фракция остается во внутреннем конусе и поступает из него в шаровую мельницу сухого помола. После измель­чения в мельнице огарок вновь направляют на аэросепарацию вместе с исходным материалом. Таким образом, мельница работает в замкнутом цикле с классификато­ром.

В зависимости от характера классифицируемого ма­териала аэросепараторы регулируют на разделение по граничному зерну крупностью 0,15-0,25 мм. Метод аэ­росепарации позволяет получать в готовом продукте 90-95% фракций огарка требуемой крупности, т.е. -0,15 или -0,25 мм. Он также практически исключает пылеобразование и улучшает условия труда рабочих классификационного отделения, так как выделяющаяся при этом пыль отсасывается и улавливается в рукавных фильтрах. Весь выходящий из печи огарок в обязатель­ном порядке подвергают аэросепарации. Циклонную пыль в некоторых случаях (при отсутствии комков) на­правляют непосредственно на выщелачивание.

 

Гидравлическая классификация.

  Как следует из схе­мы, приведенной на рис. 27, гидравлическая классифи­кация продуктов обжига сочетается с их частичным вы­щелачиванием. Горячий огарок из печи КС без предва­рительного охлаждения выгружают в желоб с циркули­рующим кислым раствором. Образующаяся при этом пульпа подается на деревянные или из кислотостойкой стали сита с шириной щели 3-5 мм. На ситах прово­дится первая грубая классификация пульпы с целью выделения комков огарка величиной 3-5 мм. Для раз­рушения комков последние обрабатывают одним из двух способов: измельчением (Челябинский завод) или вы­щелачиванием в отработанном электролите с кислотно­стью 120-150 г/л (первый Усть-Каменогорский завод). В обоих случаях измельченные комки возвращают на сита.

Прошедшую через сито пульпу передают далее на первичную стадию классификации в гидроциклонах для выделения тонких фракций огарка крупностью не более 0,2-0,3 мм. Для этой цели используют гидроциклоны (рис. 28) марки ГЦ-500 с внутренним диаметром 500 и высотой 1700 мм, футерованные каменным литьем. В зависимости от отношения ж: т пульпы диаметр песковой насадки находится в пределах 22-34 мм.

 

Рис. 27. Схема гидравлической классификации огарка

 

Рис. 28. Гидроциклон для классификации огарка

Гидроциклон работает следующим образом. В его верхнюю часть через входное отверстие тангенциально к окружности насосом подают пульпу. За счет вращения пульпы внутри аппарата под действием центробежных сил крупные частицы твердой ча­сти пульпы прижимаются к по­верхности, теряют скорость и сползают к нижнему выпускному отверстию. Тонкие частицы выно­сятся потоком пульпы через верх­нее сливное отверстие. Произво­дительность гидроциклонов со­ставляет 45-60 м³/ч.

Таким образом, в гидроцикло­нах осуществляют основную клас­сификацию обожженного продук­та с направлением верхнего сли­ва, содержащего тонкие фракции огарка, в цех выщелачивания и выделением песковой части (нижний слив) для дальнейшей обработки кислыми растворами.

В первых установках гидрав­лической классификации гидроциклоны не применяли; пески после первой стадии классификации в нейтральных ко­нусах перед выщелачиванием предварительно измельча­ли в галечных мельницах. Однако вскоре было обнару­жено, что при этом зерна песков переизмельчались, а внутреннее ядро, состоящие в основном из необожжен­ных сульфидов, разрушалось. Частицы сульфидного цин­ка при последующей классификации переходили в слив, снижая извлечение металла в основном цикле выщела­чивания.

При обработке песков серной кислотой без предва­рительного их измельчения в мельницах растворение зе­рен огарка начинается с поверхности, внутреннее суль­фидное ядро остается почти без изменений. Подбирая концентрацию кислоты и продолжительность перемеши­вания, можно так отрегулировать процесс, что в раствор будет переходить цинк в основном из обожженной наружной части зерен, а уменьшенные в размерах пески будут выведены из процесса при последующей класса фикации. Как показал многолетний опыт работы пред­приятий, такой способ обработки песков вполне себя оправдал.

Рис. 29. Конусный классификатор

 

Выщелачивание песковой фракции проводят в чанах с пневматическим перемешиванием (пачуках) отрабо­танным электролитом при кислотности 10-25 г/л, пос­ле чего пульпу классифицируют. Классификатор (рис. 29) представляет собой конус, изготовленный из дерева и покрытый изнутри листовым свинцом или из нержаве­ющей стали. Вокруг бортов конуса имеется кольцевой желоб. Внутри конуса у разгрузочного отверстия уста­новлена диафрагма для предупреждая образования воронки при выпуске песков. Разгрузочное отверстие снабжено дисковым затвором. Изменяя высоту слоя песков в конусе, можно в известных пределах получать же­лаемую степень классификации огарка.

Верхний слив конусов возвращают на смыв огарка у печей КС, а нижний (пески) вновь направляют на вы­щелачивание в пачуках, но при более высокой кислотно­сти -25-30 г/л. Обработанные серной кислотой пески подвергают повторной классификации в конусах, из ко­торых верхний слив также поступает на смыв огарка, а пески обезвоживают в дренажном ящике или спиральном классификаторе и направляют на вельцевание. Со­держание общего цинка в конечных песках не должно превышать 14, а цинка, растворимого в слабой серной кислоте, 7%.

Сопоставляя практику и показатели работы сухой и гидравлической классификации, можно отметить, что первый способ дает возможность, применяя аэросепара­цию, выделить для выщелачивания более тонкие фрак­ции огарка крупностью не более 0,15 мм и фактически не иметь оборотного продукта. Кроме того, способ бо­лее прост в обслуживании. Гидравлическая классифика­ция требует тщательного наблюдения за циркуляцией растворов, работой гидроциклонов и конусов и связана с получением оборотного продукта - песков, которые необходимо направлять на вельцевание.

На некоторых зарубежных предприятиях при хорошо налаженном процессе обжига и получении обожженного продукта с низким содержанием сульфидной серы пред­почитают не проводить классификацию огарка, а весь материал, выходящий из печи, измельчают в шаровой мельнице сухого помола до нужной крупности и направ­ляют непосредственно на выщелачивание.