高硅锌精矿焙烧过程中硅的控制及热平衡计算.pdf
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1、第 卷第期 年月有色金属工程 ,犱 狅 犻:犼 犻 狊 狊 狀 收稿日期:作者简介:张恒星(),男,硕士,工程师,研究方向为有色金属冶炼、新能源新材料及有限元仿真。引用格式:张恒星,陈杭,陈芬,等高硅锌精矿焙烧过程中硅的控制及热平衡计算有色金属工程,():,():高硅锌精矿焙烧过程中硅的控制及热平衡计算张恒星,陈杭,陈芬,陈期生,应宗波,吴星琳,王俊娥(福建紫金贵金属材料有限公司,福建 上杭 ;紫金铜业有限公司,福建 上杭 ;厦门紫金矿冶技术有限公司,福建 厦门 )摘要:针对高硅锌精矿焙烧过程中焙砂可溶硅高、沸腾炉易结块、浸出固液分离困难等问题,以现场生产焙烧工艺参数为基础,研究了低温和高温焙
2、烧对焙砂中可溶硅含量的影响,并基于 软件对沸腾炉焙烧工艺进行热平衡计算。结果表明:在焙烧条件基本相同的情况下,随着硫化锌精矿焙烧温度的增加,焙砂中的可溶硅也增加。当焙砂中可溶硅高于 会出现浓密机上清液跑混、低浸浓密底流矿浆过滤困难、净液中除杂钴偏高等问题。经 模拟计算后,理论消耗空气 ,低温焙烧的平均风量 ,高温焙烧平均风量 ,实际的焙烧中平均风量偏低,需要增加沸腾炉的风料比。关键词:硫化锌精矿;沸腾炉;焙烧;热平衡中图分类号:文献标志码:文章编号:()犛 犻 犾 犻 犮 狅 狀犆 狅 狀 狋 狉 狅 犾 犪 狀 犱犎 犲 犪 狋犅 犪 犾 犪 狀 犮 犲犆 犪 犾 犮 狌 犾 犪 狋 犻 狅
3、 狀犻 狀犚 狅 犪 狊 狋 犻 狀 犵犘 狉 狅 犮 犲 狊 狊狅 犳犎 犻 犵 犺犛 犻 犾 犻 犮 狅 狀犣 犻 狀 犮犛 狌 犾 犳 犻 犱 犲犆 狅 狀 犮 犲 狀 狋 狉 犪 狋 犲 ,(,;,;,)犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋:,犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊:;有 色 金 属 工 程第 卷硫化锌精矿沸腾炉焙烧是常规湿法炼锌的首要工序。目前国内外锌冶炼中 的冶炼厂采用焙烧浸出净液电解熔铸工艺。硫化锌精矿沸腾炉是固体流态化技术在炼锌工业中的具体应用,具有热容量大且热场分布均匀、炉内各处温差小、反应速度快、焙烧强度高、操作简单、固气之间传热传质效率高等特点。大多数的锌冶炼厂尽可能提高
4、焙烧温度来强化生产过程,加速硫化锌氧化反应速度。但是对于高硅硫化锌精矿来说,提高焙烧温度会使焙砂中可溶硅增加。另外,高温沸腾焙烧时产生低熔点的硅酸盐,在酸性条件下易被浸出,生成硅溶胶或凝胶,导致浸出矿浆液固分离困难,上清液产率低、易跑混等问题 。在高硅硫化锌精矿中,硅主要以游离二氧化硅、硅酸盐、异极矿等形式存在,其中异极矿加热到 以上也会形成硅酸盐 。焙砂浸出工艺中单纯的二氧化硅是不会形成硅胶,只有与沸腾炉焙烧过程中形成的硅酸盐溶入酸性溶液中。因此,在沸腾炉焙烧过程中,如何控制高硅硫化锌精矿二氧化硅转化为可溶硅显得尤为重要。本文将实验室数据与现场的实际生产数据相结合,研究了在不同焙烧温度下实际
5、生产过程中焙砂可溶硅的含量,并基于 软件,对沸腾炉焙烧工艺进行热平衡计算,不仅用于指导生产操作,而且对沸腾炉焙烧温度控制具有重要意义。硫化锌精矿焙烧的原理硫化锌精矿焙烧的理论依据是固体流态化,在沸腾炉内形成流化床,使固体颗粒呈悬浮状态,与气体实现充分接触。其主要目的是使锌精矿中的 绝大部分转变为 ,少量则为 ,同时尽可能完全地除去砷、锑等杂质。其主要化学反应有如下四种。硫化物氧化生成硫酸盐:()硫化物氧化生成氧化物:()金属硫化物直接氧化生成金属:()硫酸盐离解:()()对于高硅硫化锌精矿,、等会与 发生反应,生成硅酸盐物质,其主要反应如下:狓 狔 狓 狔 ()焙砂在浸出过程中,形成的狓 狔
6、会溶解,硅酸锌的生成不会影响锌的浸出率。但它的溶解形成硅胶,溶液中硅胶的存在会影响矿浆的澄清过滤。不同焙烧温度对可溶硅的影响 沸腾炉低温与高温现场焙烧条件沸腾炉的温度主要与锌精矿含硫量和含水量、投料量、风料比、冷却等条件相关,对沸腾炉焙烧温度分析时需要明确以上的条件。因此,根据实际生产分别选取低温焙烧()数据(月日月 日)和高温焙烧()数据(月 日月 日)运行时间段数据进行比较。图分别选取了低温焙烧和高温焙砂的 组数据含硫量和含水量的变化。从图可知,含硫量在低温焙烧变化比较稳定,最大值 ,最小值 ,相差 个百分点;高温焙烧含硫量波动相对于低温焙烧较大,最大值 ,最小值 ,二者相差 个百分点;低
7、温焙烧含硫平均值 ,高温焙烧含硫平均值 ,平均值相差 个百分点,相差不大,说明入炉的锌精矿硫含量整体来说相对稳定。另外从图还可以看出,低温焙烧和高温焙烧入炉锌精矿水分波动并不大,但二者平均值分别为 和 ,相差 个百分点。图入炉锌精矿硫含量和水含量比较犉 犻 犵 犆 狅 犿 狆 犪 狉 犻 狊 狅 狀狅 犳 狊 狌 犾 犳 狌 狉犮 狅 狀 狋 犲 狀 狋 犪 狀 犱狑 犪 狋 犲 狉犮 狅 狀 狋 犲 狀 狋狅 犳 犻 狀 犮 狅 犿 犻 狀 犵狕 犻 狀 犮犮 狅 狀 犮 犲 狀 狋 狉 犪 狋 犲从表和表可以看出,低温焙烧日 日锌焙砂冷料投入相比高温时间段多,低温焙烧锌精矿平均投料量 ,平
8、均 ,焙砂平均投料 量 ;高 温 焙 烧 锌 精 矿 平 均 投 料 量 ,平均 ,焙砂平均投料量 ,第期张恒星等:高硅锌精矿焙烧过程中硅的控制及热平衡计算高温焙烧 与低温 焙 烧锌 精矿 二 者 每 天 平 均 相 差 ,高温焙烧投入的锌精矿略高;低温焙烧的平均风 量 ,高 温 焙 烧 平 均 风 量 ,二者平均风量相差 ;低温焙烧的风料比平均值 ,高温焙烧的风料比 ,二者相差 。表低温焙烧锌精矿投料参数犜 犪 犫 犾 犲犉 犲 犲 犱 犻 狀 犵狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉 狊狅 犳 狋 犺 犲 犾 狅 狑狋 犲 犿 狆 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲 狉 狅 犪 狊 狋 犲 犱狕 犻
9、狀 犮犮 狅 狀 犮 犲 狀 狋 狉 犪 狋 犲 ()()()()表高温焙烧锌精矿投料参数犜 犪 犫 犾 犲犉 犲 犲 犱 犻 狀 犵狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉 狊狅 犳 狋 犺 犲犺 犻 犵 犺狋 犲 犿 狆 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲 狉 狅 犪 狊 狋 犲 犱狕 犻 狀 犮犮 狅 狀 犮 犲 狀 狋 狉 犪 狋 犲 ()()()()从图可知,月日月 日低温焙烧温度变化浮动比较大,最大值 ,最小值 ,温度差 ;月 日月 日高温焙烧温度变化相对稳定,最大值 ,最小值 ,温度差 ;低温焙烧的温度平均值为 ,高温焙烧的温度平均值 ,高温焙烧与低温焙烧温度相差 。图低温焙烧与高温焙烧温度变
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