Промышленные печи и трубы

Бельский В.И., Сергеев Б.В.

Стройиздат, 1974 г.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПЕЧИ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

ПЕЧИ ДЛЯ ОБЖИГА ЦИНКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ

Для получения цинка электролитическим способом, содержащего химически чистого Zn99%, исходным сырьем, поступающим в электролизные ванны, является сернокислый цинк ZnSO4 в виде растворенных в серной кислоте обожженных в печах цинковых концентратов. В связи с этим целью обжига цинковых концентратов является получение соединений цинка, которые легко растворяются в серной кислоте. Находящийся в концентратах цинк в виде сернистого цинка ZnS процессе обжига окисляется кислородом воздуха по реакции

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO+ 2SO₂.

Окись цинка ZnOхорошо растворяется в серной кислоте. Часть окиси цинка в процессе обжига переходит в сульфат цинка (ZnO+S03=ZnSO₄), являющийся наиболее ценным продуктом обжига, так как он хорошо растворяется в воде, т. е. для перевода его в раствор не надо затрачивать серную кислоту. Эти две реакции, протекающие со значительным выделением тепла, являются основными в процессе обжига цинковых концентратов.

Обжиг цинковых концентратов осуществляют в шахтных печах, которые по принципу действия и устройству мало чем отличаются от печей для обжига медных концентратов, описанных выше, а также в многоподовых пересыпных печах и печах для обжига в кипящем слое.

В последние годы печи для обжига в кипящем слое все больше внедряются для обжига сырья и полупродуктов различных цветных металлов, так как обеспечивают полноту выжигания серы при высокой производительности. Обжиг в кипящем слое назван так потому, что подающийся в печь в виде пыли концентрат подхватывается воздухом, поступающим через отверстия в поде печи, становится подвижным, и состояние его по внешнему виду напоминает кипение.

Схематическая печь для обжига цинковых концентратов в кипящем слое показана на рис. 85. Она состоит из цилиндрической обжиговой камеры, пода, через отверстия в котором подается воздух, устройства для загрузки шихты и удаления готовой продукции и газоотводящей системы.

Обжиговая камера представляет собой металлический кожух из листового металла, футерованный изнутри шамотным кирпичом. Между кожухом и шамотной футеровкой имеется теплоизоляционная прослойка. Купольный свод камеры футерован шамотным кирпичом, или, как и стены обжиговой камеры, может быть выполнен из жаростойкого бетона.

В верхней части камеры имеется газоотвод, через который отходящие газы и мелкие частицы продукта в виде пыли по газопроводам попадают в электрофильтры, расположенные рядом с обжиговой печью.

Концентрат загружается в печь (в зону кипящего слоя) через специальный бункер, а обожженный материал удаляется самотеком по трубам через отверстия, находящиеся на уровне кипящего слоя. Нагрев материала до температуры 850—950°С происходит в основном за счет протекающих в печи экзотермических реакций. Для подачи тепла извне печь имеет форсунки или горелки, работающие на жидком или газообразном топливе.

Под печи, через отверстия в котором подается воздух (или газ), поддерживает материал в состоянии кипящего слоя. Он выполняется из металлических плит или жаростойкого бетона.

Чтобы обжигаемый материал не засорял отверстия в поде, их защищают грибообразными соплами или огнеупорными шарами, укладываемыми в лунки отверстий. Воздух, подаваемый от вентилятора (или нескольких вентиляторов), поступает в специальную воздушную коробку, разделенную на отдельные секции, имеющие самостоятельный подвод воздуха, для обеспечения ровной и устойчивой работы печи.

Площадь пода наиболее распространенных печей для обжига в кипящем слое цинковых концентратов, в зависимости от производительности, составляет 20—30 м². Высота обжиговой камеры 6—10 ж, а диаметр 6—8 м. Высота кипящего слоя 800— 1500 мм.

ЭЛЕКТРОЛИЗНЫЕ ВАННЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ

Исходным продуктом для производства алюминия электролитическим путем является чистый глинозем, полученный из бокситов, содержащих Аl₂0₃  65%.

Наиболее распространенным способом получения глиноземаявляется спекание боксита при высоких температурах с содой и известняком. Получаемый при этом продукт, содержащий алюминат натрия, после выщелачивания водой в виде алюми-натного раствора разлагают углекислотой с выделением алюминия. .Прокаливая последний, получают глинозем, годный для электролиза.

Схема электролизной ванны показана на рис. 86.

Процесс получения алюминия в электролизной ванне сводится к следующему. Постоянный электрический ток, проходя через электролит — расплавленный криолит (3NaF-AlF₃ или Na₃AlF₆) и растворенный в нем глинозем А1₂0₃, поддержизает их в расплавленном состоянии и одновременно электролитически разлагает глинозем. Образующийся при этом алюминий собирается на подине ванны, служащей катодом. Таким образом, в ванне имеются два жидких слоя—слой алюминия и слой электролита, в который частично опущен анод.

В процессе работы на боковых стенках ванны за счет электролита образуется гарнисаж. На открытой поверхности ванны электролит образует твердую корку, на которую из бункеров подается глинозем. По мере необходимости корку разбивают и глинозем поступает в электролит. «Сгорание» (расход) анода происходит за счет выделения на нем кислорода, окисляющего углерод до СО и С0₂.

Алюминий извлекают из ванны с помощью сифона или вакуум-ковша через отверстие, пробиваемое в корке электролита.

Кожух ванны прямоугольной формы из листового металла крепят к фундаменту анкерными болтами. Дно ванны и ее боковые стены футеруют шамотным кирпичом. На шамотную футеровку дна наносят слой углеродистой массы, на которую устанавливают прессованные предварительно обожженные угольные подовые блоки.

Электрический ток подается к углеродистым подовым блокам (катодам) с помощью стальных стержней. Для обеспечения надежного контакта зазоры между блоками и стальными стержнями заливают чугуном. Швы между блоками заполняют нагретой до 70—80° С углеродистой массой. Боковые стены ванны впритык к шамотной кладке футеруются углеродистыми плитами. Глубина ванны от пода до верха футеровки стен составляет 0,4—0,5 м.

Непрерывный самообжигающийся анод представляет собой прямоугольный кожух из алюминиевых листов, куда периодически загружают горячую анодную массу, состоящую из прокаленного при температуре 1300° С без доступа воздуха нефтяного или пекового коксика (сухой остаток после перегонки нефти или каменноугольной смолы) и пека (продукт перегонки каменноугольной смолы с температурой размягчения 45—60°С).

Загружаемая анодная масса в своей верхней части находится в тестообразном состоянии и по мере опускания вниз за счет тепла, выделяемого ванной, превращается в сплошной твердый монолит.

Для предохранения от распора загружаемой анодной массой алюминиевый кожух заключен в металлический каркас, по которому анод движется вниз, как по направляющим. Электрический ток к аноду подводится с помощью алюминиевых шин через гибкие шины и стальные штыри, забиваемые в тело анода.

Штыри забивают в четыре ряда по 16—25 шт. в каждом ряду. По мере опускания анода их переставляют снизу вверх. Для подъема и опускания анода имеется специальное устройство, состоящее из механизма подъема, установленного на неподвижной раме, тросов, к которым прикреплен каркас анода, и ушков, закрепленных на каркасе и служащих для захвата забитых в тело анода штырей (рис. 87). На раме, опирающейся на колонны печи, смонтированы бункера, из которых глинозем поступает в печь, и металлические шторные дверцы, закрывающие ванну со всех сторон.