Некоторые технологические аспекты в цветной металлургии

Р_ОПТ = 2(Р_Н + ∆P_Г).

Оптимальная частота вибрирования слоя равна:

f_опт = [(P_опт / 6224)^0,5] / [Н₀ (1 – x)] , Гц,

и оптимальная амплитуда вибрации:

А_опт = 1,56*10⁶ [К_В Н₀² (1 – х)²] / Р_опт, мм,

причем допустимое влагосодержание концентрата определяется из соотношения:

U_{0 доп} = 11,36 [1 – (1 – x)²,⁷⁵] / (A_опт² ∆t), кг/кг,

где х – заданный пыле вынос из слоя при сушке, дол. ед.

На основании проведенных исследований и с распространением данных по интенсивности испарения киновари из слоя с малым диффузионным сопротивлением,¹⁾, на виброкипящий слой при ∆Р_ст > 0 получены уравнения для расчета времени пребывания концентрата в реакторе при оптимальных условиях переработки.

Построены номограммы для определения временя переработки и величины пыле выноса из слоя в зависимости от исходного влагосодержания концентрата, содержания в нем киновари и относительного ускорения вибрации, если Р_опт = 5300 Па (40 мм рт. ст.), f = 24 Гц, Н₀ = 0,04 м и ∆t = 20°С. Номограммы приведены на рисунках 1.27 и 1.28.

_________________________

1) – Зайцев М.Г. Вакуум-термический способ переработки ртутно-сурьмяных концентратов/ Автореф. канд. дисс. – Орджоникидзе, – СКГМИ, – 1979.

1.4 ДТА пироантимоната ртути Hg₂Sb₂O₇

Рис. 1.29 Здесь исследуют свойства солей ртути

Нами в 2010 году был по новой технологии получен пироантимонат ртути, который исследовали – нагрели со снятием Т и ДТ – кривых при медленном линейном подъёме температуры в печи.

Схема   установки  и схема измерений температур во времени  приведены, соответственно,  в частях а) и б)  рисунка 1.30.  Установка была изготовлена  герметичной  и  таким  образом, чтобы иметь возможность проводить нагрев  образца и эталона в заданной газовой среде и конденсировать и  улавливать пары ртути.  На рис. а)  показано, что железный блок 3 с ампулами  для  эталона (прокалённый кварцевый песок) и образца  (пироантимонат) помещён  в  кварцевую  пробирку 10,  герметично    соединённую с  металлическим    корпусом 9,   который   сбоку  снабжён отсасывающим патрубком  8.  На рисунке  размеры  корпуса  9 и  его деталей непропорционально увеличены  относительно размеров печи 1.

Подъём   температуры в печи  осуществляли  плавным  увеличением напряжения от трансформатора, ползунок которого перемещался вращением оси редуктора с задаваемым и  ступенчато  регулируемым числом оборотов. Скорость

нагрева печи поддерживали, как правило, равной 1,5 град./мин.   Система

улавливания и очистки  газов от ртути, как и трансформатор, на рис. а) не

Рис. 1.30 Установка для проведения ДТА

показаны. Температуру в образце и эталоне измеряли  термопарами ХК (диаметры проволок по  0,3 мм).  В термостатирующем блоке 2 контроль

температуры осуществляли термопарой ХА,  имеющей диаметр проволок  по 0,6 мм.  Холодные  концы  термопар (см. схему б) термостатировали.

Температуру холодных концов измеряли ртутным термометром с точностью   +– 0,1 ⁰С. Термопары  включали по схеме, приведенной на рис 30.б).  Разность температур в образце и эталоне  после преобразования её в  ЭДС измеряли  микровольт метром  (тип – КСП– 4М) с ценой деления шкалы  10 мкВ и диапазоном  – 100 + 900 мкВ.  Температуру в образце после преобразования в ЭДС измеряли потенциометром класса 0,05 с ценой деления шкалы 25  мкВ  методом  компенсации (на рис. б) не показан).  Не скомпенсированную  ЭДС  измеряли микровольт метром типа КСП-4М.  Принятая схема измерения  температур обеспечила   чувствительность и точность метода,  соответственно,  не  хуже   0,1⁰С  и   +– 0,15  ⁰С

 Установку ДТА  проверили по известной методике (измерили температуры кипения воды и ртути). Получили удовлетворительное схождение с табличными данными, ⁰С: для воды, соответственно 98,4  и 98,3    для ртути –   353,5 и 353,2 (давление инертного газа – аргона в пробирке 10 уравняли с  атмосферным   – 715 мм рт. ст., которое поддерживали постоянным в течение измерений).

Изменение во времени  температуры образца, t, ⁰С,  и разности температур эталон-образец,  dt, ⁰С,  при нагреве блока с постоянной скоростью, когда образцом является  Hg₂Sb₂O₇,  приведено на прилагаемых  ниже  кривых, рисунок 1.31.

При  573 ⁰С    на    dt – диаграмме   был зафиксирован  небольшой положительный тепловой эффект,  что    соответствует  переходу кварца из  α – модификации   в  β – модификацию.  Затем,   примерно    при 705  ⁰С,  появляется второй незначительный экзо эффект, который можно связать с перестройкой  кристаллической структуры образца.  При 726  ⁰С  начинает формироваться  эндо эффект, что  показывает на появление и затем развитие процесса разложения пироантимоната:  2 Hg₂Sb₂O₇   =  4Hg_П  + 2Sb₂O₄  +  3O₂ .

Наибольшую скорость  разложения образца зафиксировали при 786 ⁰С.

1.5 Кальцинирующий обжиг известняка в ТВП и шахтной печи. Балансы.

ТВП – трубчатая (или – барабанная) вращающаяся печь.

Обжиг известняка с целью термического разложения большей части карбоната кальция на оксид кальция и углекислый газ в настоящее время при заводах цветной металлургии, нуждающихся в извести, проводят в трубчатых вращающихся печах (ТВП) или шахтных печах (ШП). Основное различие в аппаратурном оформлении является следствием разного вида взаимодействия массы кусков известняка (затем, по мере обжига, извести) с потоком воздуха и технологических газов: в ТВП – в горизонтально пересыпающемся и продуваемом слое, в ШП – в плотном вертикально перемещаемом, также продуваемом слое.

Технологическая схема обжига известняка в шахтной печи (которая, как частный случай, включает в себя и схему обжига в трубчатой вращающейся печи) приведена ниже на рисунке 1.32, где виден порядок основных операций.

С точки зрения экономии энергии это: продувка горячего слоя извести воздухом, направляемым затем в зону горения природного газа и продувка слоя свежих (вначале холодных) порций известняка горячими технологическими газами. Утилизация тепла от обожжённой извести и технологических газов в шахтной печи выгодно отличает её от ТВП, где, хотя и существует схема противоточного движения материала и воздуха (газов), но эффективность тепло – массообменных процессов в пересыпающемся слое значительно ниже, чем в продуваемом плотном слое в ШП.

Для количественного анализа эффективности двух схем обжига известняка провели расчёты обжига известняка при условиях, приведенных ниже в таблице 1.4 сравнительных исходных данных. Исходные данные подобраны практически идентичными, а производительность агрегатов равна 1,9 +– 0,1 кг СаО/с [или – (17+-0,9) т известняка/час или – (432 +– 22) т известняка/сут].

Учтена и специфика процессов. Например, продуваемый слой ШП максимально использован для утилизации тепла от сжигания природного газа.

Результаты расчётов приведены в форме балансов масс и тепла, отнесённых к 1 кг производимого оксида кальция.

Таблица 1.4.Сравнительные исходные данные для обжига известняка в двух типах печей

Как видно из данных в таблицах 1.5 и 1.6, удельный расход природного газа на процесс в шахтной печи почти в два раза меньше, чем в трубчатой печи. Отсюда и соответствующая разница в нагрузках на агрегаты по воздуху.

«Правильное» аппаратурное оформление кальцинации известняка (обжиг в ШП) почти в два раза снижает выброс в атмосферу технологических газов и в два раза уменьшает пыле вынос.

Правда, проведение обжига в ТВП имеет свои преимущества в сравнении с обжигом известняка в ШП: на порядок проще система контроля и автоматизации, значительно больше межремонтный срок эксплуатации ТВП и сопутствующих агрегатов. В трубчатой печи также значительно меньше риск образования настылей.