Исследование процесса обжига цинковых концентратов в кипящем слое методом математического моделирования

Цель – стабилизация процесса обжига цинковых сульфидных концентратов в печах кипящего слоя при использовании обогащенного кислородом дутья. Баланс между заданным (в среднем 20%) избытком воздушного дутья и количеством загрузки шихты устанавливается за счет подбора количества элементов испарительного охлаждения печи кипящего слоя – кессонов. Данные о влиянии избытка кислорода в дутье на качество обжига сульфидных концентратов и влияние количества дутья на физическое состояние кипящего слоя были получены путем изучения научно-технической информации и обзора литературных источников по теме исследования. Статистические данные для исследования получены в результате анализа производственного опыта работы печей кипящего слоя ОАО «Электроцинк». Произведен расчет теплового баланса обжига. При данном расчете были учтены основные технические характеристики печей кипящего слоя, применяемых для обжига цинковых сульфидных концентратов: уровень кипящего слоя, число сопел, диаметр печи, диаметр в зоне слоя, толщина подины и общая масса печи. На основании полученных в результате изучения производственных данных работы печей кипящего слоя предложен способ регулирования подачи кислорода в зависимости от количества загружаемой шихты. Регулирование подачи кислорода производится с целью обеспечения стабильного избытка кислорода в дутье без заметного изменения количества дутья, и, как следствие, максимального удаления серы из шихты. Установлено, что снижение избытка дутья ниже 15% влечет за собой значительное ухудшение качества получаемого огарка и пыли, а увеличение свыше 20% приводит к снижению содержания SO2 в отходящих газах без заметного улучшения качества огарка. Таким образом, предлагаемый способ регулирования подачи кислорода в печь будет способствовать улучшению технико-экономических показателей процесса обжига цинковых сульфидных концентратов в печах кипящего слоя.

1. Fleissner F., Eberhard P. Load balanced parallel simulation of particle-fluid DEM-SPH systems with moving boundaries // Parallel Computing: Architectures, Algorithms and Applications: Proceedings of Conference (Julich, 4–7 September 2007). Julich, 2007. Vol. 38. Р. 37–44.

2. Алкацев М. И., Алкацева В. М. Исследование зависимости показателей обжига сульфидных никелевых концентратов в печах кипящего слоя от различных факторов методом планируемого имитационного эксперимента // Известия вузов. Цветная металлургия. 2009. № 3. С. 60–63.

3. Constantineau J. P., Bouffard S. C., Grace J. R., Richards G. G., Lim C. Jim. Demonstration of the conditions conducive to agglomeration of zinc calcine in fluidized bed roasters // Minerals Engineering. 2011. Vol. 24. Iss. 13. P. 1409–1420. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2011.06.002.

4. Chen T. T., Dutrizac J. E. Mineralogical changes occurring during the fluid-bed roasting if zinc sulfide concentrates // JOM. 2004. Vol. 56. Iss. 12. Р. 46–51. https://doi.org/10.1007/s11837-004-0235-y.

5. Davies R. H., Dinsdale A. T., Gisby J. A., Robinson J. A. J., Martin S. M. MTDATA - thermodynamic and phase equilibrium software from the national physical laboratory // Calphad. 2002. Vol. 26. Iss. 2. P. 229–271. https://doi.org/10.1016/S0364-5916(02)00036-6.

6. Svens K., Kerstiens B., Runkel M. Recent experiences with modern zinc processing technology // Erzmetall. 2003. Iss. 2. Р. 94–103.

7. Рутковский А. Л., Дюнова Д. Н., Бигулов А. В., Яковенко И. С., Билаонов Б. Д., Дзантиев С. Ш. Исследование процесса обжига цинковых концентратов в кипящем слое методом математического моделирования // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2013. №. 3. С. 217–222.

8. Герасименко Н. П., Рутковский А. Л. Исследование процесса обжига цинковых концентратов в кипящем слое с целью оптимизации // Науч.-техн. конф. обучающихся и молодых ученых СКГМИ «НТК-2018»: сб. докл. по итогам науч.-иссл. работ (г. Владикавказ, 17– 25 мая 2018 г.). Владикавказ: Изд-во СевероКавказского горно-металлургического института, 2018. С. 13–17.

9. Ивакина С. А., Мунц В. А. Печь кипящего слоя для обжига цинковых концентратов как объект регулирования // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329. № 9. С. 31–42. https://doi.org/10.18799/24131830/2018/9/2086.

10. Кубашевский О., Олкокк С. Б. Металлургическая термохимия / пер. с англ. М.: Изд-во «Металлургия», 1982. 392 с.

11. Седов Л. И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Изд-во «Наука», 1977. 440 с.

12. Пестунова Н. П., Ремизов Ю. С., Комков Н. М. О механизме обжига цинковых концентратов в печах кипящего слоя // Комплексное использование минерального сырья. 1990. № 8. С. 55–60.

13. Паньшин А. М., Шакирзянов Р. М., Избрехт П. А., Затонский А. В. Основные направления совершенствования производства цинка на ОАО «Челябинский цинковый завод» // Цветные металлы. 2015. № 5. С. 19–21. https://doi.org/10.17580/tsm.2015.05.03.

14. Boateng A. A. Rotary kilns: transport phenomena and transport processes. Amsterdame: Elsevier Science, 2015. 369 p.

15. Orhan G. Leaching and cementation of heavy metals from electric arc furnace dust in alkaline medium // Hydrometallurgy. 2005. Vol. 78. Iss. 3-4. P. 236–245. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2005.03.002.

16. Krasheninin A. G., Khalezov B. D., Bornovolokov A. S., Ordinartsev D. P. Technology for extracting manganese from vanadium converter slag after leaching vanadium // Metallurgist. 2019. Vol. 63. Iss. 5. P. 534–542. https://doi.org/10.1134/S0036029520010073.

17. Паньшин А. М., Видуецкий М. Г., Козлов Д. А., Ивакин Д. А. Использование флотации цинковых кеков в аппаратах колонного типа для повышения эффективности вельц-процесса // Цветные металлы. 2015. № 5. С. 59–64. https://doi.org/10.17580/tsm.2015.05.12.

18. Козлов П. А., Казанбаев Л. А., Затонский В. А., Травкин В. Ф. Экстракционно-электролизные методы переработки цинкового сырья. М.: Изд-во «Руда и металлы», 2008. 269 с.

19. Farkhondehkavaki M., Soleimani M., Latifi M., Berruti F., Briens C., McMillan J. Characterization of moisture distribution in a fluidized bed // Measurement. 2014. Vol. 47. Iss. 1. P. 150–160. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2013.08.063.

20. Молодцова М. Ю., Добрыднев С. В. Условия получения основных карбонатов цинка из аммиачнокарбонатных водных растворов // Успехи в химии и химической технологии. 2013. Т. 27. № 7. С. 102–105.