Обжиг колчедана
Обжиг кускового колчедана в настоящее время проводится в механических многополочных печах типа ВХЗ (Воскресенского химического завода). Печь ВХЗ, имеющая общую высоту около 8 м и диаметр б м, представляет собой стальной цилиндр 5, выложенный изнутри (футерованный) огнеупорным кирпичом. Внутри печи имеются восемь сводов, или подов, из огнеупорного кирпича. Руда поступает сначала в бункер, расположенный над верхним сводом, а из него при помощи специального механизма, укрепленного на гребке и называемого питателем 7, подается равномерными порциями на сушильный свод, где колчедан подогревается и подсушивается. Воздух, необходимый для сжигания колчедана, поступает в самую нижнюю камеру печи через специальные отверстия, расположенные по периферии. Следовательно, колчедан и воздух движутся противотоком. Через печь проходит вал 1 с гребками 2, на которые насажены лопатки 3, называемые зубьями. Вал приводится в движение от мотора и совершает 0,6— 0,75 об/мин. Вал и гребки делаются полыми и охлаждаются изнутри воздухом, что предупреждает их перегрев и окисление во время работы печи. Плоскости зубьев расположены под некоторым углом к оси гребка, т. е. к направлению их вращения, что приводит к перемещению руды на нечетных сводах от центра к периферии, а на четных — от периферии к центру. В соответствующих местах свода сделаны отверстия, через которые обжигаемая руда пересыпается с верхних сводов на нижние. У нечетных сводов отверстия расположены на периферии, а у четных — в непосредственной близости от вала (в виде кольцевого отверстия). Через эти же отверстия проходит газ — снизу вверх, навстречу движению колчедана. В печах другой конструкции (печи Г) газ проходит отдельно от колчедана, через специальные отверстия в сводах.
На самом верхнем своде колчедан нагревается до 350—400э и высушивается; затем он через второй питатель 8 поступает на первый рабочий свод. Этот питатель осуществляет не только равномерную подачу колчедана, но, самое главное, предупреждает выход обжигового газа в верхнюю камеру. На рабочих сводах происходит выгорание серы и окисление железа:
Выделяющееся тепло создает в камерах довольно высокую температуру, доходящую до 900°. Наряду с указанной реакцией наблюдается также термическая диссоциация колчедана:
Продукты этой диссоциации в конечном итоге также окисляются до окиси железа и сернистого газа. В связи с этим по мере продвижения колчедана в печи меняется характер горения. На верхних сводах, куда поступают горячие газы, горение идет с выделением пламени, окрашенного в синеватый цвет за счет сгорающей серы. На средних сводах руда содержит сравнительно небольшое количество пирита и значительное количество сернистого железа, которое сгорает без выделения пламени.
На нижних сводах горение почти прекращается, так как руда содержит очень небольшое количество сернистого железа и состоит в основном из окислов железа. Температура на нижнем своде — около 650°. Наиболее высокая температура имеется на третьем-четвертом сводах, где она доходит до 850—900°. Дальнейшее повышение температуры за счет
повышения интенсивности горения совершенно недопустимо, так как при этом наблюдается спекание колчедана, что может привести к поломке зубьев гребков.
Современные обжиговые печи перерабатывают до 30 т колчедана в сутки. За последние десятилетия производительность печей была примерно удвоена и в настоящее время доходит до 225—250 кг на 1 м2 площади сводов печей.
Обожженная руда, называемая огарком, ссыпается через отверстие в нижнем своде в вагонетку. Огарок должен содержать не более 2% серы. Он состоит главным образом из окиси железа, содержащего небольшие количества сернистого железа и различных других примесей, например силикатов, окислов меди и т. д.
Газ, получаемый при обжиге колчедана, называется обжиговым или печным. На выходе из обжиговой печи он имеет температуру 500—700° и содержит 7—9% SOa, около
10—11% 02 и остальное — Na. Газ направляют на очистку, а затем на производство серной кислоты.
Печи ВХЗ служат также для обжига и флотационного колчедана.
Флотационный колчедан и отсев от рядового удобно обжигать в специальных печах во взвешенном состоянии (см. рис. 10). Печь представляет собой стальной цилиндр /, футерованный изнутри кирпичом 2. Пылевидный колчедан в смеси со сжатым воздухом поступает сверху печи и сгорает в течение нескольких секунд. Через фурмы, расположенные в нижней части печи, подается дополнительное количество воздуха, что облегчает сгорание и предупреждает быстрое оседание частиц колчедана. Огарок в виде пыли падает на конусовидное дно печи 6, откуда автоматически удаляется. Имеются также печи с нижней подачей колчедана.
В последние годы стал применяться обжиг колчедана в так называемом «кипящем слое». Схема такой печи приведена на рисунке 11. В нижней части печи имеется решетка, на которую подается мелкораздробленный колчедан, а снизу вдувается воздух. Струйки воздуха поддерживают колчедан во взвешенном состоянии, и на решетке образуется подвижный слой, который по внешнему виду напоминает кипящую жидкость; поэтому его называют псевдоожиженным слоем. Вследствие интенсивного перемешивания процессы горения в псевдоожиженном слое протекают весьма интенсивно. Печи с кипящим слоем позволяют перерабатывать до 200 г колчедана в сутки.
Для обжига колчедана применяют также вращающиеся печи, имеющие небольшой наклон. Они представляют собой полые стальные цилиндры (до 30 ж в длину), футерованные внутри огнеупорным кирпичом. Воздух поступает в нижнюю часть печи и идет навстречу движению колчедана. Полный оборот печи происходит примерно за 5 мин. При вращении печи происходит перемешивание колчедана и перемещение его к выходному отверстию печи.
Дальнейшее использование огарка, полученного в обжиговых печах, определяется его составом. При наличии в огарке меди его перерабатывают на медистый чугун или обрабатывают разбавленной серной кислотой с целью получения раствора медного купороса.
Применение для обжига воздуха, обогащенного кислородом, увеличивает производительность печей и позволяет получать обжиговый газ, содержащий меньшее количество азота и больше сернистого газа.