ОБЖИГ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ

Обжиг - процесс термической обработки материалов без их расплавления (или с частичным образованием жидкой фазы). По характеру основной реакции различают четыре вида обжиговых процессов(рисунок 1):

1 обжиг с термической диссоциацией;

2 окислительный обжиг;

3 восстановительный обжиг;

4 обжиг основанный на хлорировании.

Обжиг с термической диссоциацией проводится для декарбонизации сырья; разложение парамагнитного FeS₂ в сильномагнитные гексагональные и моноклинные пирротипы; для перевода в газовую фазу легколетучих соединений (сульфидов, оксидов) предварительно полученных диссоциаций. При спекательном обжиге происходит образование веществ растворимых в воде, например алюмината натрия.

Окислительный обжиг- взаимодействие сырья с кислородом для пол­ного или частичного удаления серы из обжиговых материалов и перевода сульфидов железа в оксиды, шлакуемых при последующей плавке огарка. Обжиг, при котором сера полностью удаляется из материалов, называют обжигом «намертво». Его применяют в пирометаллургии цинка и свинца, когда из сульфид­ных концентратов получают огарок, состоящий только из оксидов металлов. В пирометаллургии меди и никеля применяют неполный или частичный окисли­тельный обжиг, при котором часть сульфидов остается неизменной, т.е. не подвергается окислению. Это объявляется тем, что плавку обожженных медных и никеле­вых руд и концентратов обычно ведут на штейн, что требует наличия в шихте опре­деленного количества серы, так как позволяет получить более богатые металлами штейны и при этом использовать сернистый газ для производства серной кислоты. Окислительным является и агломерирующий или спекающий обжиг сульфидного сырья, хотя глав­ной его задачей является грануляция измельченных материалов, В качестве примера можно привести агломерацию высокосернистого медно-никелевого концентрата, в процессе которой частично удаляется сера и агломерируется тонкоизмельченный концентрат перед руднотермической плавкой. Окислительным является и обжиг окатышей из тонкоизмельченных железоруд­ных концентратов (обычно магнетитовых). Основная его цель — упрочнение окатышей, дня чего необходимо окисление магнетита до гематита при этом создаются условия для удалении из окатышей вредных примесей — серы, мышьяка, цветных металлов путем их окисления и возгонки. Раньше процессы окислительного обжига представляли обычно самостоятельную стадию в переработке сульфидных материалов. В настоящее время проявляется определенная тенденция к объединению процессов обжига и плавки в одном переде­ле — кислородно-факельная плавка, взвешенная плавка, плавка в жидкой ванне, кислородно-электротермический процесс. Одной из разновидностей окислительного обжига является сульфатизирующий обжиг,

Обжиговые процессы

Основанные на термической диссоциации

Основанные на окислении кислородом сульфидов и оксидов

Основанные на восстановлении

Основанные на хлорировании

Хлорирующий

Восстановительно-хлорирующий

Хлоридовозгоночный

Окислительно-хлоридовозгоночный

Магнетизирующий

Металлизирующий

Возгоночный

Сульфидизирующий

Декарбонизирующий

Пиротинизирующий

Спекательный

Упрочняющий

Агломерирующий

Десульфурирующий

Дистилляционный

Сульфатизирующий

Рисунок 1. Классификация процессов обжига

который применяют в гидрометаллур­гии цветных металлов для перевода извлекаемых металлов в формы растворимых в воде сернокислотных соединений, а железа — в формы нерастворимых оксидов железа. Сульфатизирующему обжигу подвергают сульфидные материалы или окис­ленные руды с добавкой сульфидных руд. Процесс ведут в окислительной атмосфере при температурах ниже температур разложения сернокислых солей извлекаемых ме­таллов. Чтобы обеспечить наилучшую сульфатизацию, в печи поддерживают уме­ренно окислительную атмосферу, т.е. при слабом притоке воздуха, и стремятся увеличить продолжительность контакта печных газов с обжигаемым материалом. Если сырьем являются сульфиды, то сульфатизация протекает от их взаимодей­ствия с кислородом. Оксиды сульфатизируют обычно добавкой серной кислоты и ее солей. Примером первого процесса может быть перевод кобальта в сульфат при переработке сульфидных меднокобальтовых концентратов, примером второго — обжиг ильменита или рутила с серной кислотой для образования сульфатов титана.

Восстановительный обжиг применяют для восстановления свободных и связанных металлических оксидов руды иди концентрата до состояния металла или до состояния низших его оксидов. Примеров служит магнетизирующий обжиг железных руд, проводимый в восстановительной газовой атмосфере или с добавкой угля для превращения Fe₂О₃ в сильномагнитную Fe₃О₄ с целью последую­щего ее магнитного обогащения; восстановление оксидов вольфрама, молибдена и других металлов водородом или углеродом с получением порошкообразных метал­лов. Получаемые таким образом металлы служат сырьем для развития бескоксовой (получение окатышей) и порошковой металлургии. Особенно широко этот процесс применяют для получения железных порошков. Восстановительный обжиг в умеренно восстановительной среде проводят также для возгонки мышьяка в виде As₄О₆, когда необходимо предупредить образование нелетучего As₂О₅. Аналогичный процесс применяют для сульфидизации цветных металлов в окисленных рудах (никель — кобальтовых, медных). Для успешного перевода окислов цветных металлов в их сульфиды необходимо воздействие на оксиды серосодержащих веществ (элементарная сера, пирит, сульфат натрия и др.) в восстановительных условиях, создаваемых газообразными или твердыми восстановителями. К этой группе процессов можно причислить так же процессы восстановления металлов из оксидов, сульфидов, карбонатов, силикатов с последующей отгонкой их в газовую фазу. На этой основе создана технология вельцевания.

Обжиг основанный на хлорировании это процессы взаимодействия Cl₂, HCl и других хлорсодержащих соединений с оксидами, сульфидами, силикатами, ферритами и другими веществами с образованием не летучих или летучих хлоридов. Обжиговые процессы, основанные на хлорировании имеют несколько разновидностей. Хлорирующий обжиг проводится при невысоких температурах с целью получения растворимых соединений металлов, без их возгонки. Восстановительно - хлорирующий обжиг так же проводится в условиях, не способствующих извлечению в газовую фазу хлоридов посредством восстановления их с водородом. Хлоридовозгоночный обжиг в отсутствии кислорода проводится с образованием летучих хлоридов металлов. Окислительно-хлоридовозгоночный метод проводится в присутствии окислителей (кислород, вода), которые принимают косвенное или прямое участие в образовании летучих хлоридов металлов. На рисунке 2 приведена классификация агрегатов, в которых проводится обжиг.

Обжиговые агрегаты

Трубчатая вращающаяся печь

Шахтная печь

Конвейерная обжиговая машина

Агломерационная конвейерная машина

Печь кипящего слоя

Чашевая агломерационная печь

Рисунок 2. Классификация обжиговых процессов по типу агрегата