3.4.3 Випалення цинкових  концентратів

                Основна реакція випалення сульфіду цинку

                           2ZnS + СO2 → 2ZnO + 2SO2.                (3.38)

                Попутно при каталітичній дії оксидів металів сірчистий газ частково окиснюється до SО3:

                                    2SO2 + O2 ↔ 2SO3.                       (3.39)

                Сірчаний ангідрид зв'язує окисел цинку   і   сульфат:

                                   2ZnO + SO3↔ ZnSO4.                    (3.40)

                При випаленні для дистиляції утворення сульфату небажане: він відновлюється до сульфіду і залишається у раймуванні або шлаку. Для гідрометалургії наявність в недогарку невеликих кількостей сульфатів необхідно: на вилуговування їх не витрачається сірчана кислота, регенерована електролізом, тому втрати її у виробництві заповнюються. Утворенню сульфатів сприяють високі концентрації SО2 і О2 в обпалювальних газах і порівняно низькі температури випалення. Цим в основному і відрізняються умови випалення цинкових концентратів, що переробляються далі гідрометалургійним способом.     

                Окисел цинку здатний взаємодіяти з  Fе2О3 за реакцією

                         ZnO + Fe2O3 → Zn(FeO2)2.                                (3.41)

                Отриманий ферит цинку легко відновлюється вуглецем, при дистиляції він не небезпечний. Разом з цим у розбавленій сірчаній кислоті Zn(FeO2)2 розчиняється повільно і втрачається у нерозчинному залишку, тому для гідрометалургії утворення його небажане.

                Зміна умов випалення мало впливає на вихід феритів; краще за все повніше відділення мінералів заліза при збагаченні.

                Температура запалювання ZnS залежить від природних особливостей мінералу і його розмірів; практично її можна вважати такою, що дорівнює 550-600°С. Швидкість горіння зростає з температурою, можливість підвищення якої обмежена небезпекою оплавлення частинок.

                Домішки інших сульфідів при випаленні окиснюються до Fе2O3, Fе3О4, СuО, СdO, Sb2О3, Аs2О3, свинець утворює РbSО4.

                Окисли миш'яку і сурми частково сублімуються, а частково окиснюються до вищих, менш летких оксидів. Окиснені мінерали пустої  породи мало змінюють свій склад; відбувається лише їх кальцинація – видалення хімічно зв'язаної води і вуглекислоти.

                Кислотні оксиди: SО3, Аs2О5, Sb3О5, Fе2О3, SiO реагують з основними оксидами і карбонатами: з FеО, СuO, РbО, ZnО, а також з СаО і МgО, утворюючи відповідні солі – сульфати, арсенати, антимонати, ферити і силікати. Можливі тут численні реакції звичайно не завершуються через стехіометричну невідповідність між реагуючими речовинами, порушення контакту між ними або малі швидкості взаємодії. Суттєвішими побічними реакціями випалення потрібно вважати утворення феритів цинку, силікатів свинцю і цинку. Останні, взаємодіючи з сірчаною кислотою при вилуговуванні, виділяють колоїдну кременеву кислоту, що утруднює фільтрування і відпаювання пульп.

                Всі цинкові концентрати обпалюють у печах киплячого шару.

 

                Печі для випалення у киплячому шарі бувають круглі або прямокутні; на рис. 3.8 показана кругла піч. Стіни і звід її викладають з вогнетривкої цегли, а під роблять з жаротривкого бетону. Для подачі повітря і рівномірного розподілу його по череню служать сопла.

                Концентрат подають з одного боку печі, і він, утворюючи киплячий шар, безперервно «зливається» з іншого боку у розвантажувальний жолоб, час перебування в шарі 10-12 год. Найтонші  частинки несуться газами і повністю обпалюються  «на льоту»,  залишаючись  у печі всього 5-20 с. Винесення досягає 35% від завантаженого. Дев'ять десятих пилу осідає у циклонах, а інший – у наступних за ними електрофільтрах. Пил добре обпалений і містить більше сульфатів, ніж недогарок: температура у пиловловлювачах і газоходах нижча, ніж у печі. Змінюючи подачу пилу на вилуговування, легко регулювати баланс сірчаної кислоти.

                Тепла, що виділяється при випаленні сульфідами, що горять, цілком достатньо для отримання у киплячому шарі температури від 900 до 950°С. Надлишок тепла відводять водяними холодильниками. Автоматичне регулювання дозволяє підтримувати температуру в межах  ±10 град.

                При випаленні для подальшої дистиляції температура досягає 1100°С. Випалення тут звичайно проводять у дві стадії, закінчуючи його на спікальних машинах отриманням безсірчистого агломерату.

                Концентрати, що надходять на випалення в киплячому шарі, можуть мати високу вологість і навіть подаватися у піч у вигляді пульпи.

                Важлива перевага «киплячого» випалення для гідрометалургії цинку – в дещо меншому утворенні феритів і силікатів: можливість контакту між твердими оксидами цинку, кремнію і заліза тут істотно менша, ніж в багатоподових печах.

                При рівних габаритах печі киплячого шару більше ніж у три рази продуктивніші за багатоподові; піч діаметром 6,5 м обпалює 150 т концентрату за добу. Питома продуктивність, вимірювана відношенням добової продуктивності до площі киплячого шару, досягає 5 т/м2 за добу.

                Завдяки швидкому згорянню сульфідів у киплячому шарі випалення можна проводити з малими надлишками повітря і одержувати високі концентрації SО2 в газах (8-10%) замість 1-7% - у багатоподових печах. Ще багатші гази одержують при підвищенні продуктивності випалення, застосовуючи повітря, збагачене киснем. Це поки що обмежено деякими труднощами.