обогащения руд, или предварительной подготовки материалов к про ведению процесса восстановления железа, марганца или других ме таллов из жидкого расплава в последующих стадиях до получения чугуна, стали и ферросплавов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Л у р ь е И. Л. Состояние и перспективы развития способов прямого получе ния железа. «Сталь», 1959, № 11.
2. И н о з е м ц е в а Л. В., Ш у р ы г и н А . П. Исследование циклонной плавки железорудных концентратов. В сб.: «Циклонные энерготехнологические процессы и установки». М., 1967.
3. И в а н ц о в Г. П., С м и р н о в В. И., М о л о ч н и к о в Н. В., Ф р а н т о- в а Э. С. и др. Циклонно-конвертерный способ получения чугуна из железорудного ■концентрата. В сб.: «Энерготехнологические циклонные процессы и установки». М.,
1970. |
Г р о м о в |
М. И. и др. Авт. свид. № 672964. «Бюлл. изобр.», 1961, № 6. |
4. |
5. |
Г р о м о в |
М. И., Ж а л е л е в Р. 3., С о р о к и н К. Г. Восстановительный |
обжиг лисаковской руды в впхревых камерах. «Вестник АН КазССР», 1968, № 10. 6. С е м е н е н к о Н. А., С и д е л ь к о в с к и й Л . Н., Ш у р ы г и н А. П. Осно
вы и перспективы применения высокоинтенсивного обжига колчедана при высоких температурах по энерготехнологической схеме. «Химическая промышленность»,
1056, № |
3. |
Н. А. Вторичные энергоресурсы |
и энерготехнологическое |
7. |
С е м е н е н к о |
комбинирование в металлургии. М., 1962. |
Metal Biill.», 1955, 48, |
8. |
Н u n t В. L, |
К w а s п е у Е. Y .— «Canad Mining |
№ 517, |
281. |
В. В., Р ы ж а н к о в Д. И., С и д е л ь к о в с к и й Л. Н. Иссле |
9. |
К о н д а к о в |
дование процесса получения чугуна из пиритных огарков при циклонном обжиге серосодержащего сырья. «Химическая промышленность», 1959, № 8.
10. М я с н и к о в П. А., С т р и ж о в Г. Ф., |
И в а к и н И. А. и др. Комплекс |
ная переработка пиритных концентратов. В сб.: |
«Циклонные энерготехнологические |
процессы». М., 1966.
11. Я с т р е б о в П. В., К о л п а к о в П. С. и др. Получение низкоуглеродисто го феррохрома. «Сталь»-, 1965, № 10.
12. И с а е н к о Н. Ф., Х и т р и к Ю. А. и др. Циклонная плавка ферроспла вов. В сб.: «Циклонные энерготехнологические процессы и установки». М., 1967.
13. С е м е н е н к о |
Н. А. Принципиальные основы и задачи энерготехнологи |
ческого комбинирования |
в промышленной огнетехнике. В сб.: «Циклонные энерго |
технологические процессы и установки». М., 1967.
ПОЛУЧЕНИЕ ОБЕСФТОРЕННЫХ ПЛАВЛЕННЫХ ФОСФАТОВ В ЦИКЛОННЫХ УСТАНОВКАХ
I I а производство фосфорных удобрений и кормовых |
средств за |
трачивается большое количество дорогостоящих |
минеральных |
кислот и электрической энергии. Поэтому в последнее |
время разви |
ваются новые технологические схемы, использующие |
гидротерми |
ческие способы переработки природных фосфатов на удобрения и кор мовые средства.
Обработка природных фосфатов паром приводит к удалению фтора и получению растворимых фосфатов [1—3]. Это обусловило постановку задачи получения новых видов кормовых средств и удоб рений при минимальных затратах в совокупности с получением воз можно большей концентрации в них фосфора [4]. Были разработаны различные технологические схемы гидротермической переработки фосфатов [1, 2, 4—7], основанные на спекании или плавлении ших ты. Первый способ может быть осуществлен во вращающихся печах или печах кипящего слоя. Второй — в шахтной и ванной печах, кон вертере, циклонной камере.
Спекание целесообразно применять главным образом при пере работке природных фосфатов, отличающихся малым содержанием примесей и высокой температурой начала деформации и плавления
[8 ]. При спекании скорость процесса лимитируется диффузией водя
ного пара в твердую фазу. Поэтому оплавление частиц, приводящее к появлению крупных агломератов и затрудняющее диффузию водяно го пара, нежелательно.
Попытки спекания природных фосфатов в промышленных усло виях были предприняты в различное время в США, Германии и дру гих странах. Наиболее подходящими оказались трубчатые вращаю щиеся печи. Однако при их использовании был обнаружен ряд недо статков (неудовлетворительное взаимодействие компонентов шихты с паром, низкая производительность печи и др.) и серьезных трудно стей, главная из которых заключалась в том, что в оптимальном ин тервале температур, необходимом для протекания процесса, материал размягчался, становился пластичным и внутри печи по периметру образовывались настыли. В результате резко снижалось выделение фтора или из-за настыли приходилось останавливать печь. Были попытки изменить конструкцию трубчатой печи, вести процесс обесфторивания природного фосфата в двух последовательно работаю щих трубчатых печах [9, 10], распыливать тонкоизмельченный при родный фосфат в печах [11, 12] и др. Однако эти схемы не нашли практического применения.
Для устранения трудностей, возникающих при производстве обесфторенных фосфатов во вращающихся трубчатых печах, было предложено [13] термическое обесфторивание осуществлять при тем пературах, превышающих на 50—150° точки плавления шихты. По казано также, что при температуре выше 1500° улетучивается свыше 90% F и более 80% Р2О5 переводится в цитратно-растворимую форму
при продувке в течение 5—15 мин сухого пара через расплав природ ного фосфата.
Как отмечалось, процесс спекания приемлем лишь для фосфат ных руд, характеризуемых высокой температурой плавления. Фос фориты Каратау — крупнейшего месторождения в СССР — отличают ся сравнительно низкой температурой плавления, что затрудняет их переработку спеканием.
Подшихтовка фосфоритов известняком не только повышает тем пературу размягчения и плавления смеси, но и вследствие взаимо действия СаО, образующегося в результате диссоциации СаСОз с фос фатным и силикатным компонентами фосфорита увеличивает коли чество Р 2 О 5 , находящегося в лимонно-растворимой форме [14].
Переработку фосфоритов Каратау предлагалось также осуществлять совместно с астраханитом на термофосфаты [15, 16]. Указанные схе мы предусматривают введение значительного количества добавок, что приводит к снижению содержания питательных веществ в получае мом продукте.
Положительный опыт применения циклонного метода при плав лении ряда материалов [17—18], полученный МЭИ, положен в основу комплексных исследований получения плавленых обесфторенных
•фосфатов в циклонном энерготехнологическом агрегате [19—21]. Сущность метода заключается в том, что частицы фосфата, по
падая в поток газа, нагреваются до температуры плавления, фтор, содержащийся в фосфоритах, в присутствии образующихся при сжи гании топлива водяных паров переходит в газовую фазу, а расплав ленный фосфорит выводится через летку на грануляцию [14, 19—22]. Благодаря высокой температуре, развиваемой в рабочем пространстве циклона, большим скоростям движения частиц шихты относительно газовой среды, а также наличию пленки расплава на стенках камеры, обеспечивающей тесное соприкосновение всех компонентов, резко сокращается время, необходимое для реакций.
Процессы, протекающие при плавлении природных фосфатов, в основном те же, что и при спекании [23—24]. В первой стадии при взаимодействии паров воды на расплав фосфата в присутствии крем незема происходит изомерное замещение иона фтора ионом гидро ксила. Образовавшийся гидроксилапатит при высоких температурах нестабилен и распадается по реакции
Са,0(ОН)2(РО4)6—+2Са3(Р04)2 + Са4Р20 + Н20.
В последующей стадии разложение гидроксилапатита в присут ствии кремнезема происходит иначе — с образованием силикатов кальция, которые дают твердые растворы с фосфатом кальция по примерной схеме-
2Саіо(ОН)2(Р04)6 + Si02 = 6Са3(Р04)2+ Ca2Si04 + 2Н20.
В зависимости от количества кремнезема в исходном сырье образуют ся ортоили метасиликаты кальция.
Пл а в к а |
ф о с ф а т о в на |
о п ы т н ы х у с |
т а н о в к а х МЭИ |
и НИУИФ. |
Установка МЭИ |
[25] футерована |
хромомагнезитовым |
кирпичом и снабжена теплоизоляцией из пеношамота. Диаметр пла вильного циклона составлял 0,45 м, высота циклона 2,1 м, и общий объем плавильного пространства 0,33 м3. Печь отапливалась кероси ном, а затем газом. Шихту вместе с первичным воздухом вводили в верхнюю часть плавильного циклона через осевую форсунку с за кручивающим лопаточным аппаратом. Вторичный воздух подавали со скоростью 16—20 м/сек в верхнюю часть циклона через два тан генциальных сопла. Опыты показали высокую степень обесфторивания, но при этом наблюдался значительный унос пыли, обусловлен ный слабой закруткой газового потока. В дальнейшем установка была
реконструирована. В верхней части плавильного циклона тангенци ально были размещены две газовые горелки предварительного сме шения, что увеличило скорость ввода газо-воздушной смеси до 50— 60 м/сек, футеровка циклона заменена хромомагнезитовой обмазкой,, нанесенной на ошипованную водоохлаждаемую поверхность; режим работы плавильного циклона улучшен за счет устройства пережима. Газы при температуре 1350—1450° поступали в двухступенчатый радиационно-конвективный воздухоподогреватель, в котором воздух, подаваемый в циклонную установку, нагревался до 600—700°. Как показали опыты, циклонная печь работает надежно без образования настылей при температуре расплава около 1500°. Эта температура обеспечивала высокую скорость обесфторивания, нормальную работу циклонной камеры и хорошую грануляцию расплава. Во всех опытах наблюдалось низкое содержание фтора в получаемом продукте (0 ,1 — 0 ,2 %) и довольно высокий переход Р2О5 в лимонно-растворимую форму
(до 92%). Удельные нагрузки циклонной камеры поддерживались на уровне 1500—2000 кг/м3 ■час. Повышение удельных нагрузок при постоянной температуре процесса приводило к уменьшению степени обесфторивания.
Опыты показали, что для успешной работы циклонной камеры без настылеобразования при подаче шихты в пристенную область сле дует применять горелочные устройства с практически полным внут ренним смешением газа с воздухом, что обеспечивает короткофакельное и полное сжигание газа с минимальным избытком воздуха [2 0 ].
Гарниссажная футеровка обеспечивает длительную работу пла вильной камеры, так как первоначальная хромомагнезитовая обмазка замещается расплавом, пропитывающим ее на некоторую глубину и образующим прочный монолитный гарниссаж. Толщина гарниссажа в зависимости от развиваемых температур в камере и температу ры плавления перерабатываемого материала, изменяется в пределах
25—35 мм.
С целью проверки полученных результатов в условиях непре рывной и длительной работы, а также для изучения надежности от дельных узлов установки эксперименты по плавке фосфатов прово дились также на циклонной установке опытного завода НИУИФ [14, 26]. Здесь был размещен вертикальный циклон диаметром 0,55 мм и высотой 1,37 м, отапливаемый керосином. Для поглощения фтористых соединений отходящие газы орошались в скруббере содо вым раствором.
Опыты продолжительностью около 12 суток подтвердили основ ные результаты, полученные на циклонных установках МЭИ. Степень обесфторивания достигала 94—98%, а переход Р 2 О 5 в лимонно-раст
воримую форму — 19—21 %.
Ц и к л о н н а я п л а в к а ф о с ф а т о в на о п ы т н о й п е ч и ДСЗ. Опытная циклонная печь, спроектированная Казгипрохиммашем, смонтирована в 1962 г. на Джамбулском суперфосфатном заводе. Установка снабжена циклонной камерой диаметром 0,6 м и высотой 0,9 м. Расплав вместе с газом через пережим направляется в сборник, откуда через летку непрерывно стекает на грануляцию в желоб с хо лодной водой. Благодаря резкому охлаждению происходит сохранение образовавшейся усвояемой a-модификации Саз(Р0 4)2.
Опытные плавки7 проводились при различной производительно
сти по фосфористой муке — от 200 до 500 кг/час. Содержание фтора в готовом продукте изменялось в пределах 0,04—0,07%. Количество Р20 5, растворимой в 0,4% НС1 составляло в среднем 28, а в ли
монно-растворимой форме — 27,0%.
Был проведен ряд плавок фосфорита с астраханитом и отходами, содержащими бор и марганец, а также плавки некондиционных фос фатных руд с 17,3% Р2О5. В целом, исследования подтвердили воз
можность эффективной переработки фосфоритов Каратау на удобре ния и кормовые средства циклонным методом.
Ц и к л о н н а я п л а в к а ф о с ф а т о в |
в о п ы т н о-п р о мыш- |
л е н н о м э н е р г о т е х н о л о г и ч е с к о м |
а г р е г а т е ДСЗ. По |
исходным данным, разработанным МЭИ, НИУИФ, ИХН АН КазССР и техническому проекту ЦКТИ, Белгородский котлостроительный за вод разработал опытно-промышленный энерготехнологический агре гат ЭТА-ЦФ-7 производительностью 7 т/час кормовых фосфатов [38]. Производительность котельного агрегата связана с технологи ческим режимом обработки фосфоритов в циклонной камере и дости гает 30 т/час пара при давлении 40 атм и температуре 450°. Вертикаль ный циклон, имеющий нижний вывод газов, установлен перед радиа ционной камерой охлаждения и соединен с ней горизонтальным газоходом, в конце которого расположен шлакоулавливающий пучок, образованный разведенными трубами фронтового экрана. Летка для удаления фосфатного расплава находится в переходной камере. Ра диационная камера снабжена холодной воронкой для удаления выпа дающих из газового потока твердых частиц.
Агрегат отапливается малосернистым мазутом. Расчетная тем пература газов за шлакоудаляющим пучком 1600°, температура
отходящих |
газов 220°. Внутренний |
диаметр циклона 1,6 м, высо |
та 2,7 м, |
диаметр |
пережима |
0,65 |
м. Трубы, образующие техно |
логический циклон |
и переходную |
камеру, расположены с малым |
шагом и включены |
в контур естественной циркуляции котельного |
агрегата. Внутренняя поверхность циклона покрыта слоем хромомаг |
7 |
Исследования проводили |
сотрудники Джамбулского суперфосфатного заво |
да, МЭИ, ИХН АН КазПСР, НИУИФ и Казгипрохиммаша.