Агломерациялық күйдірудің теорялық негізі

Агломерациялық  күйдірудің теорялық негізі ( процесс  кинетикасы және механизімі) 

       Жақын ошақта шихтаны жақыннан кейін ары  қарай сульфидтің жану процесі өздігінен  жүреді. Сулфьфидтің жану процесі  оздігінен жүреді. Сульфидтің жану жылдамдығын шихта биіктігі бойынша реттеу мүмкін емес. Бұл- компаненттердің ірілігі әр түрлілігімен, қабат биіктігі бойынша материялдық әр түрлі құрамдағы жане шағын реакциялық шекарада сульфидтің жану жылдамдығының тез болуына байланысты.

       Технологтардың  негізгі мақсаты – құрамында  аз мөлшерде күкірті бар сапалы күйдірілген агломерат алу. Осыған сәйкес, шихтасы бар арба агломашинаның барлық ұзындығы бойынша қозғалған кезде жану шекарасы төменнен жоғары қарай ауысып үлгеруі қажет (үрлеу машинасында) немесе жоғарыдан төменге қарай ( сору машиналарында ) , бұл агломерацияқ күйінуде күймеген шекара қалдырмауға мүмкіндік береді . Машинаның артқы бөлігінде дайын агломерад аздап суу қажет.

       Машинаның ортанғы бөлігіндегі (сору машиналарында) күйінді агломерадтың орналасу шекарасы. Процесс ары қарай журген кезде жану шекарасы төменге қарай қозғалады, бұл дайын агломерадтың шекараларын көбейтеді. Сульфидтердің жану процесі өте жылдам. Жану шекарасындағы температурада тез өзгереді (1-2 минутта), ол 1050-1100 ⁰С-ға дейін көтеріледі дейді де және жылдам ( 10-15 минуттан кейін) жану процесі сөнеді және агломерадтың салқын ауамен сууы журеді.

       Сульфидтердің жану процессінің жылдамдығы таңдалған  режимге байланысты болады. Кинетикалық  режимде процестің жалпы жылдамдығы қорғасын сульфидінің тотығу реакцисының жылдамдығымен сәйкес келеді .

       Қорғасын  сульфидінің тотығуының әр түрлі  тотықты флюстер қосқан кездегі  кинетикасын Д.Г. Денев зерттеді. Табаны темір тотығы және кремнеземдікі  тотығу жылдамдығы жақын. Кальций тотығының жасалған табанындағы тотығу жылдамдығы төмен, бұл материялдың сұйық сульфидтің сіңірілуіне байланысты. Бұл қорғасын консентратының агломерация процесіне әсер етеді. Агломашинадағы паллеттегі қорғасын сульфидінің тотығуының механизімі туралы бір текті шешім жоқ. Д.Ж.Чижиков, Ф.М.Лосуков және т.б қорғасын консентратын агломерациялау процесіндегі сульфидтердің қатты фазалы тотығу механизімін зерттеген. Қорғасын сульфидінің балқу температурасы 1127⁰С, яғни жанып жатқан қабаттағы максималды темперетурадан бірнеше көп. Сонымен қатар темір, мырыш ж\е мыс сульфидтерінің де балқу температурасы да жоғары. Бұл агломерация кезіндегі сульфидтердің жану процесін олардың қатты күйде тотығуы түрінде қарауға болады. Осы көз қарасқа байланысты процес 600-900⁰С температурада интенсивті жүреді. Түзілетін тотықтар төменгі балқу температурасына ие (PbО балқу температурасы 880⁰). Сұйық тотықты фаза кремнеземмен әрекеттесіп силикатты балқыма түзеді, оны реакцияласпаған қатты бөлікпен цементтейді.

       Қатты фазалы тотығу теориясы бойынша қорғасын тотығы агломератта бөлшекті түрде бос пішінде және селикатты түрде болады. Тотықтың бір бөлігі Fe₂О₃ әрекеттесіп қорғасын ферритін түзеді. Қарастырылып жатқан схемадағы сұйық фазаның мөлшері күйдіру шекарасындағы температураға және қорғасын мөлшеріне байланысты: құрамында 40-42 % Pb бар бай агломерадта сұйық фазаның мөлшері 50 %, құрамында 29-33 % кедей агломерадта орташа 30-40 %. Сульфидтің сұйық фазасының түзілу десульфуризация дәрежесін төмендетеді. 

Агломерациялық  күйдірудің теориялық  негізі (термодинамикасы). 

       Қорғасын  концентратын агломерациялық күйдірудің термодинамикасын талдау ушін агломерациялық күйдіру шихтасының құрамындағы негізгі элементтердің мінездеме берілуі.

       Шихтаның  негізгі элементі – қорғасын. Шихтадағы  оның концентрациясы флюспен және қайтарма агломерадпен араластырғаннан кейін 20-55% аралығында болады. Агломерация шихтасының құрамындағы қорғасын келесідей қосылыстар түрінде болады: қорғасын сульфиді PbS₂ қорғасын   концентратының құрамында болады: қорғасын селикаты қайтарма агломератпен түседі. Қорғасын сулфаты PbSO₄ қорғасынды мырыш кекінде болады. Қорғасын тотығы PbO шаңмен бірге түсіуі мүмкін. Сонымен қатар қорғасын аз мөлшерде шихтаға церуссит PbCO₃: буланжерит 3PbS * Sb₂S_3, дженсонит 2PbS*Sb₂S₂ түрінде түседі. Агломерациялық күйдіру шихтасының құрамындағы мырыш сфалерит ZnS және шаршарит n ZnS*mFeS минералдары түрінде, көктегі феррит ZnO-Fe₂O₃ түрінде, мырыш тотығы ZnO түрінде болады. Шихта құрамында аз мөлшерде бұл металдық сульфаты, селикаты ж\е басқа қосылыстары болады.

       Шихта құрамында темір сульфид түрінде болады. Пирит(FeS₂), пирротин Fe_1-хS, халькопирит CuFeS₂ және мармарит nFeS*mZnS, бұлар концентратпен бірге туседі. Мырыш ферриті түренде ж\е темірдің негізгі күкірт қышқылды тұзы түрінде болады, қайтарма агломераттан түсетін 3 валентті тотығы түрінде болады. Егер шихтаға құрамында темірі бар флус енгізсе, онда темір гематит Fe₂O₃ түрінде болады.

       Мыс шихтада сульфид түрінде болады - Cu₂S халькозин, халкоперид CuFeS₂ және ковеллин CuS. Қайтарма кекте мыс негізінен күкірт қышқылды тұз және гидрат түрінде болады. Бірақ кекпен келетін мыс мөлшері аз.

   Қорғасын консентратының құрамындағы  кадмий сульфиді CdS түрінде болады. Қайтарма шаңдарда кадми тотық  н\е сульфид түрінде болады.

         Термодинамикалық талдау:

• сульфадқа бай өнім күкіртті газ консентрациясы жоғары болғанда ж\е төмен температурада (600-700⁰С) түзіледі.
• Қорғасын тотығы Pso₂ аз қысымында х\е 800⁰с жоғары температурада берік;
• Агломерациялағанда PbS-PbO жұйесіндегі тұрақты тепе-теңдік жоқ, себебі 900⁰С-дан жоғары температурада оксид пен сульфид арасындағы тұрақтылық бөлінген.

          Қорғасын консентратын агломерациялауды келесідей қортындылауға болады.

1. процестің температурасы 1100⁰С-дан төмен болмауы қажет;
2. реакция шекарасынан күкіртті газдарды жылдам шығарып отыру қажет.
3. Реакциялық шекарада оттегі жетіспеуі салдарынан металдық қорғасын түзіледі, сондықтан процесте оттегіні артығымен қолдану қажет.
4. Агломерация шихтасының құрамына қорғасынды кекпен бірге қорғасын сульфатын енгізсе, төменгі температурада күкірттін толық жанбауына әкеледі.

           Термодинамикалық талдау көрсеткендей процесті келесідей параметрлерде жүзеге асырылады: 1100⁰С температурада, газдық фазада оттегі артық болуы қажет,SO₂ газын реакция шекарасынан жылдам ж\е толық бөлу қажет.

      Мышяк және сурма сульфидтері тотығу процесі кезінде As₂o₃ ж\е Sb₂O₂ түзеді. Бұлар ұшқыш. Сонымен қатар келесідей реакцияда түзілетін CdS+O₂=Cd+SO₂ мысалдық кадмида ұшқыш. Арсенопириттің диссоциациясы кезінде тузілетін металдық мишякта осы температурада өте ұшқыш. Осыған сәйкес, термодинамикалық талдау көрсеткендей, агломератты кадмидан,мышьяктан ж\е суырмадан кедейлендіру қажет, ал шаңда бұл элементтердің концентрациясы жоғары болу қажет. Асыл металдар агломератта қалад 

     Агломашина конструкциясы

     Ауаны сору арқылы жұмыс істейтін  агломашинаның схемасы төменде көрсетілген. Машина релспен қозғалатын бір паллетадан екіншісіне шектелетін лентадан тұрады. Паллетаның конструкциясында төменде көрсетілген. Барлық конструкциялар рамаға тіреледі. Раманың жоғарғы бөлігі көлденең орналасқан, төменгісі бастапқы жақа иілген түрінде орналасқан. Машинаның бастапқы жағына дияметірі 6м болатын тісті дөңгелектер орналасқан, артқы бөлігіндегі тісті дөнгелектін дияметірі 2,1м. Дөңгелектің тістері поллет роликтерінің саңылауларына кіргін. Дөңгелек айналған кезде арбаны итереді, нәтижесінде барлық лента қозғалысқа түседі.

           Арбаларды шойын немесе болаттан  дайындайды.

     Арбаның түбі коллоник түрінде  болады. Олар арқылы ауа үрленеді  н\е сорылады. Паллеттің қысқа  жақтары болатты борттармен шектелген. Арбаның ұзындығы  1-3,6м болады. Газдардың цехқа шығарылуын азайту үшін паллеттер тығыздағыш құрылғылармен қамтылған. Олар арбаның артқы бөлігінде орналасқан қалың резиналық бет түрінде болады. Сонымен қатар тығыздағыш ретінде темірлі пластиналар қолданылады. Барлық завоттарда машинаның бастапқы ж\е шеткі бөліктері металдық кожухтармен тығыз бекітілген, бұл цехқа зйянды газдардың түсіуін болдырмайды.

    Агломашинаның жұмысшы ауданы  барлық заводтарда 6-96м² аралығында болады. Соңғы уақыттарда агломашинаның ауданын көбейтіп келе жатыр, себебі бұл капиталдық және эксплуатациялық  шығындарды азайтады.

   Агломашинаның артқы бөлігінде  дайын агломаратты қабылдайтын  бункер орналасқан шихтаның жұқа  қабатына  (200 – 400мм) арқылы (ауаны)  сору арқылы шихтаны жағады, және  жанғаннан  кейін барып шахтаның негізгі  массасын  тиейді. Шахтаны  тиеу  схемасы әртүрлі. Төмендегі  суретте  ауаны  үрлеу  арқылы  жұмыс  істейтін машинаның  схемасы  көрсетілген. Қайтарма агломератты арнайы  құрылғы 1 арқылы  жүргізеді. Бункер 5 арқылы  (тиелген) жұқа қабатпен тиелген шахтаны жаққыш 5 көмегімен ошақта жағады , жанып жатқан  қабатқа  бункер 6 арқылы  шахтаның  негізгі  массасын себеді.

   Шахтаны сору  арқылы жұмыс  істейтін машиналарда  паллетке  себілген шахтаны  тік  орналасқан  болатты  плитамен тегістейді, және  арбаның  қозғалысы  нәтижесінде  жаққыш ошақ  шекараларына  түседі. Ошақ  форсункалармен жабдықталған, ол күмбезде орналасқан. Отын ретінде  мазут  немесе табиғи газ  қолданылады. Жағу  шекарасындағы температура 1000 – 1200⁰С бұл  шахта  және коксик  құрамындағы  барлық  сульфидтердің жануына  әкеледі. Процесті  реттеуді және  бақылауды аглолентаның қозғалыс  жылдамдығын реттеу арқылы жүргізеді.

  Өндірістік  жағдайда шығатын газдардың температурасы  140 – 170⁰С – ді  

1 – төсек қондырғысы; 2 – төсек қабаты; 3 – жаққыш ошақ; 4 –шихтаны жағуға арналған ошақ ; 5 – жаққыш ошақ; 6 – негізгі шихт тиеуші; 7 –шикі шихта қабаты; 8 – күйген шихта қабаты; 9 – жапқыш қолпақ; 10 —газ шығарушы; 11 — үрлегіш камералар; 12 — вакуумдық камера; 13 - аглолентаның жұлдызшасы

 Сурет – Агломерациялық машинның схемасы

1-дірілдік құрылғы ;  2 – жаққыш ошақ; 3 – паллетасы бар агломерциялық лента; 4 - су; 5 – сулы-ауалы камера;

6 – транспортер; 7 - агломерат бункері; 8 - ұсақтағыш; 9 – себуге рнлғн бункер 10 - эксгаустер

Сурет – Ауа сору арқылы жұмыс жасайтын агломерациялық машиның схемасы (завод «Трейл», Канада) 
 
 

/ — колосник жиыны; 2 - рама; 3 -колосник; 4 - тығыздалу; 5 – камера қабырғасы

Сурет – Агломашинаның паллетасы 

    Жұмысшы операциялар

  Дайын   шихтаны  транспортармен  аглолентаның  үстіндегі бункерге әкеледі. Шихтаны  бункерден әр түрлі  құрылғылармен аглолентаның  паллеттеріне себеді. Практикада маятникті, дірілдік және т.б қолданады.

  Көптеген  заводтарда  шихтаны  паллетке  тиеудің  алдында  оның үстіне  қалыңдығы  200 – 400 мм болатын   қайтарма  агломерат төсейді. Бұл қорғасынның паллет колоснигіне күйіп жабысуынан  сақтайды. Ауаны сорып жұмыс істейтін машиналарда агломерат қабатының биіктігі 100 – 400 мм болады.

  Үрлеу  арқылы  жұмыс  істейтін  машиналарда   палетке шихтаны  тиеу  схемасы  басқаша 
 
 
 
 
 
 
 
 

Қорғасынды  концентраттардан автогендік балқыту әдісімен тікелей алу (термодинамикасы) 

   Сульфидтік концентраттардан қорғсын  бір  сатылы  автогендік  балқыту   арқылы алуға болады. Бірақ бұл   процесс өндірістік көлемде   қолдану  біршама  тоқтатылды. Бұл келесі  себептерге  байланысты. Олардың ең  маңыздысы  қорғасынның және  оның қосылыстарының жоғары  ұшқыштығы; қорғасынды  концентраттарының аз жылу  түзгіштігі;  полиметалдың концентраттардың құрамының күрделілігі. Бірақ автогендік балқыту  процесінің болашағы өте зор.

  Процесс  термодинамикасы, фаза шекараларының  беріктігін және сыртқы жағдайлардың  өзгеруі кезінде  өнімнің шығуы,  оптималды технологиялық параметрлерді   анықтауға  мүмкіндік береді.