ОСНОВЫ АГЛОМЕРАЦИИ. ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

Условия агломерации руд, содержащих серу

Сера в железных рудах содержится в виде сульфидов FeS и FeS2, реже CuS и ZnS и сульфидов BaS04 • CaS04. Наиболь­шее значение представляют соединения FeS, FeS2, CuFeS2, CaS04 и BaS04, являющиеся главными носителями серы в же­лезных рудах.

Пирит (FeS2) относительно легко отдает один атом серы при нагреве до 565° в воздушной среде. Другой атом серы прочно связан с железом и для его отщепления требуется более высо­кая температура.

При обжиге пирита происходят следующие реакции: FeS2->FeS + S;

S - f - 02 -*■ S02;

2FeS + 302->2Fe0 + 2S02;

2S02 + 02 + каталитическая среда -*2S03;

2S03 + 2FeO -> 2FeS04;

2FeS04 + 2FeO 2Fe203 + 2S02.

Суммарная реакция будет, иметь следующий вид:

4FeS2 + 1102-> 2Fe203 + 8S02.

Из приведенных уравнений следует, что одним из главнейших условий полного выгорания серы пирита является избыток воз­духа при обжиге. Температура обжига должна постепенно воз* растать от 565 до 1000° и выше, но уже в пределах 600—700° уп­ругость диссоциации серы пирита достигает 500 мм рт. ст., т. е. реакция отщепления и окисления атома серы протекает с боль­шой полнотой.

Другие сульфиды, встречающиеся в железных рудах: халь­копирит (CuFeS2), ковелин (CuS), халькоцит (Cu2S) и цинковая обманка (ZnS), в условиях обжига окисляются по уравнениям: халькопирит:

6CuFeS2 + 1 ТЧаОа -* ЗСиО + 2Fe304 + 2SOa; сернистая медь:

2CuS Cu2S + S,

Cu2S + 202 2CuO + S02;

цинковая обманка:

ZnS + 202 ZnS04l а при температуре выше 850°:

ZnS04 -> ZnO + so2 + v2o2.

Полусернистая медь CuS окисляется при температуре 1200°, окисление ее требует продолжительного времени. В агломера­ционном процессе для окисления сернистых соединений меди не создается благоприятных условий из-за кратковременности воз­действия кислорода воздуха на раскаленный сульфид. Поэтому удаление серы из руд, содержащих халькопирит, значительно труднее, чем обессеривание руд, содержащих серу в виде пири­та или цинковой обманки.

Сульфаты CaS04, MgS04, BaS04, встречающиеся в некото­рых железных рудах, также затрудняют получение чистого, бес- сернистого агломерата. Диссоциация CaS04, протекающая по реакции 2CaS04-i- 2Ca0+2S0z + 02, начинается при 960° и до­стигает наибольшего значения при 1375°.

Диссоциация MgS04 по реакции MgS04-^Mg0 + S02 + V202 начинается при 890° и достигает наибольшего развития при 1150°.

Диссоциация BaS04 протекает интенсивно при температу­ре 1300—1400°. Создать при агломерации температуры, отве­чающие интенсивному прохождению реакций диссоциации упо­мянутых сульфатов, т. е. порядка 1300—1500°, не представляет большого труда, но обеспечить продолжительное воздействие указанных температур на сульфаты весьма затруднительно. Если при этом в руде присутствуют и сульфиды, задача еще бо­лее усложняется, так как они окисляются при умеренных тем­пературах. Для обеспечения условий, благоприятствующих бо - іее полному выгоранию серы, крайне важно поддерживать такой тепловой режим процесса спекания, который исключал бы быст­рое и обильное образование жидких фаз. Для этого нужно учи­тывать то тепло, которое выделяется при окислении серы.

Теплотворная способность серного колчедана (при отсутст­вии в нем угля) может быть определена по эмпирической фор­муле

Q = 32 (S-SJ,

где S —содержание серы в колчедане, %;

S1 —то же, в обожженном продукте, %.

Теоретически в колчедане содержится 53,3% S, практиче­ски 43—45%. Содержание серы в продукте, остающемся от сер­ного колчедана после сгорания серы при агломерации, равно примерно 0,2%. Таким образом, теплотворная способность кол­чедана с содержанием 44% серы будет равна

Q = 32 (44 — 0,2) = 1401,6 ккал/кг.

Теплотворная способность коксика, применяемого на агло­фабриках с содержанием ~ 75% углерода, равна 6000 ккал.

Следовательно, 1 кг серного колчедана по теплотворной спо­собности равен

1401 _ ооп

------ = 0,230 кг коксика.

6000

Приведенный расчет хорошо подтверждается опытными дан­ными. Были проведены опыты спекания криворожской руды с добавками различного количества железного колчедана, содер­жащего 43,4% серы, и параллельно опыты с добавкой эквива­лентного количества коксика с 76,3% углерода. Полученный агломерат сравнивали по выходу и прочности. Результаты сравнения подтвердили приведенный выше теоретический рас­чет.

Изучение влияния на выгорание серы таких факторов, как расход топлива, величина вакуума, влажность шихты, высота слоя и крупность спекаемой руды, показало, что наибольшее влияние на степень десульфурации сульфидов оказывает рас­ход топлива, количество просасываемого воздуха и крупность спекаемой руды. Даже самый незначительный избыток топли­ва резко ухудшает условия обессеривания руды, содержащей серу в виде сульфидов, вследствие образования легкоплавкой эвтектики FeS с FeO, затрудняющей доступ воздуха в зону окисления.

При агломерации магнетитовых руд, содержащих серу, благоприятное влияние оказывает добавка в шихту окислен­ной гематитовой руды вследствие улучшения условий окисле­ния серы за счет кислорода — продукта диссоциации Fe2C>3. До­бавка в шихту NaCl и в особенности СаС12 в количестве до 2%.

благоприятствует десульфурации, при этом некоторое количест­во железа улетучивается с газами в виде хлоридов.

Реакции окисления сульфидов протекают с выделением элементарной серы, наличие которой в отсасываемых газах мо­жет осложнить работу пылеулавливающих устройств. Как из­вестно, сера образует несколько аллотропических видоизме­нений.

При температуре нагрева 119° сера плавится, превращаясь в желтую жидкость. При температуре 160° жидкая желтая се­ра темнеет, густеет и в интервале температур 200—250° стано­вится настолько густой, что совершенно теряет подвижность. Выше 260° сера снова разжижается и при 330° становится сов­сем жидкой. При 445° сера закипает, выделяя пары оранжево­го цвета. При быстром охлаждении пары серы превращаются в порошок — серный цвет, который в определенных условиях может давать в смеси с воздухом взрывоопасную смесь. На­гретая до 330° сера, охлажденная в воде, образует пластиче­скую, тягучую массу, которая быстро становится твердой и не­прозрачной. Перечисленные превращения серы способствуют засорению газопровода и мультициклонов, что может привести к необходимости внеплановой остановки агломерационных ма­шин. Тепловой режим в газопроводах и мультициклонах сле­дует устанавливать исходя из приведенных свойств серы.

Практика работы некоторых уральских агломерационных фабрик, перерабатывающих сернистые руды, подтверждает не­обходимость почти ежемесячной чистки мультициклонов от се­ры при несоблюдении заданного температурного режима в циклонах.

Степень десульфурации на Высокогорской фабрике, по на­блюдениям инж. И. М. Архипова, превышает 90%, что видно из следующих данных:

Содержание серы в шихте, % . . 0,38 0,75 1,25 1,77

Содержание серы в агломерате, % 0,035 0,058 0,(62 0,085

Степень десульфурации, % . . . 9J.8 92,4 95,1 95,2

Крупность руды на Высокогорской фабрике в период наблю­дений была 12—0 мм с содержанием до 10% класса +12 мм. Благодаря пластинчатой форме кусочки руды лишь в продоль­ном направлении имели размеры 12 мм и более, в поперечном же было значительно меньше, что и обусловливало удовлетво­рительную десульф} рацию шихты. С увеличением крупных фракций руды (+ 12 мм) от 9 до 18% степень десульфурации снижалась с 96,1 до 94,4%. При этом лучшее выгорание серы во всех случаях наблюдалось при спекании шихт с минималь­но потребным количеством топлива, т. е. излишек топлива

снижает степень десульфурации. Для высокогорских руд со­держание углерода в шихте было 3,2—3,5%.

Этими же наблюдениями было установлено, что с увеличе­нием содержания серы в руде от 0,12 до 2,0% скорость спека ния уменьшается от 17,5 до 15,5 мм в минуту и особенно резко при содержании серы свыше 1,25%.

Данные по выгоранию серы при агломерации сульфидных руд на Магнитогорской фабрике приводятся ниже:

Содержание серы в шихте, % . . 1,128 0,983 0,739 1,019 0,935 Содержание серы в агломерате, % 0,035 0,035 0,029 0,028 0,017 Степень десульфурации, % ... 96,9 96,5 96,0 97,2 98,3,

При этом крупность руд составляла 8—0 мм, а содержание фракций 1—0 мм — свыше 50%.

При получении высокоосновных агломератов выгорание серы ухудшается, что объясняется, по-видимому, образованием сернистого кальция.