Развитие методов переработки серных флотационных концентратов

Процесс выплавки серы в  автоклавах велся при давлении 3—5 ат. Расход пара составлял около 500 кг на автоклавооборот (загрузка автоклава 3,5 т руды), т. е. около 1,5 г на 1 т получаемой серы при содержании ее в руде 20—30%. Извлечение серы — 47—55% при содержании в руде 28—35%>- Автоклавные заводы работали при следующем режиме: крупность загружаемой руды (для паровой плавки) 15—50 мм (допускалась загрузка до 20% брикетированной рудной мелочи с применением для брикетов в качестве связующего жидкого стекла); подъем давления пара — до 3,5—4,5 ат- общая длительность цикла плавки — 3—3,5 ч.

Еще в начале развития отечественной серной промышленности для интенсифиякации процесса выплавки серы начали вводить добавки реагентов-стабилизаторов процесса — керосин и нефть. Плавку проводили при следующих условиях:

Количество загружаемой  в автоклав руды, т.- 3

Крупность кусков серы, см – 0-10

Добавка керосина на плавку, кг-15

Количество заливаемой в автоклав воды, л-600

Извлечение серы при  содержании в руде от 30 до 40% S, -54,6-68

При добавлении нефти  извлечение было таким же высоким, как  при добавлении керосина, но в этом случае в сере оставались органические соединения (о чем свидетельствовал зеленоватый оттенок), что несколько снижало ее качество.

М. А. Менковским определено, что в отработанной воде автоклавного завода содержится 0,3—0,5% серной кислоты. Повторное использование воды возможно, но при предварительной нейтрализации кислотности каустической содой (или другой щелочью) из расчета 0,3—0,5 г на 1 л отработанной воды.

При изучении воздействия  выпускаемого из автоклавов пара на пластинки  различных металлов наиболее стойким  оказался чугун. Масса пластинок чугуна за два месяца почти не изменилась, а на железной пластинке при таких же условиях наблюдалось заметное образование сернистого железа, причем масса пластинки снизилась с 24 до 23,94 г.

Применение автоклавного метода для выплавки серы из концентратов

Первые промышленные установки для выплавки серы из флотационных серных концентратов были внедрены М. А. Менковским, И. Н. Масляницким и др. в начале 30-х годов на руднике Шор-Су и средневолжских месторождениях серы. В это же время подобные установки были сооружены в США (штат Невада), а позднее в Японии, Чили и других странах.

В настоящее время  плавка серы из флотационных серных концентратов в автоклавах перегретой водой является основным промышленным методом. Схематично метод представляет комбинацию двух ступеней процесса обогащения (доведение содержания серы в концентрате до 70—85%) и обработки концентрата в автоклавах перегретой водой с получением чистой серы (99,5—99,7%).

Принципиальная схема процесса приведена на рис. 2. Руда с самосвалов 1 ссыпается в бункер 2, откуда питателем 3 подается на двух стадийное дробление в щековую 4 и молотковую 5 дробилки. После дробления руда с размером кусков не более 50 мм поступает на буферный склад 6 или в приемный бункер 8, откуда питателем 9 подается на мокрый помол — сначала в стержневую 10, а затем в шаровую 11 мельницу, после чего производится классификация измельченной руды по классу 0,25 мм в классификаторе 12. Более крупные частицы снова возвращаются в шаровую 11 мельницу на доизмельчение, а мелкие подаются на флотацию.

В флотационных машинах 13 основной флотации получают черновой концентрат с содержанием серы 40—50% и отвальные хвосты флотации (1,5—3,0% Б). Черновой концентрат подвергается дальнейшему обогащению во флотационной машине 14 перечисткой флотации. Здесь получают флотоконцентрат с содержанием серы 70—80%, а хвосты перечистки возвращаются на основную флотацию в аппарат 13. Пустая порода в основном остается в жидкой фазе и в виде пульпы сбрасывается в отвал.

Флотоконцентрат смешивается с водой и направляется в сгустители 18 непрерывного действия. Сгущенный концентрат в виде пульпы, доведенной в сгустителях до соотношения Т:Ж=1:1 — 1: 1,22, загружается в автоклав 21.

 

1-автомашина; 2,8-бункера; 3,9-питатели; 4- щековая дробилка; 5-молотковая дробилка; 6- склад руды; 7-грейферный кран; 10-стержневая мельница; 11-шаровая мельница; 12-классификатор; 13-флотомашииа основной флотации;14-флотомашина перечистной флотации; 15- чан для концентрата; 16-насос; 17-зумпф слива мельниц и классификатора; 18-сгуститель флотоконцентрата; 19-сгуститель «хвостовых» отходов плавок; 20-зумпф сгущенного концентрата; 21- автоклав; 22 -мешалка.

Рисунок 2. Общая технологическая схема переработки серной руды комбинированным способом:

Загруженная в автоклав пульпа в количестве 39 м³ нагревается острым паром (перегретым или насыщенным) до 130-135°С. Продолжительность ввода пара в среднем составляет 45-60 мин. При достижении избыточного давления 2,8-3,0 ат подача пара полностью прекращается. После 5-10 мин отстоя через клапаны, установленные в нижнем цилиндре, выпускают серу. Выход серы с одной плавки составляет 10-12 т.

Сера в жидком виде по обогреваемому  паром серопроводу направляется в отстойники для более полного отделения зольных

примесей, откуда через переливное устройство сливается на открытые площадки, где охлаждается, застывая в виде штабелей, и при помощи экскаваторов грузится в железнодорожные вагоны.

Оставшуюся часть пульпы в автоклаве (хвосты плавки) перемешивают паром и при помощи клапана 9 по закрытому трубопроводу сбрасывают под избыточным давлением 2,0-2,5 ат в хвостовые мешалки 22.

1.4.ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА, СТОЧНЫЕ ВОДЫ И ВЫБРОСЫ В  АТМОСФЕРУ

Хвосты автоклавных плавок, содержащие в твердом 40-50% серы, перекачиваются в сгустители для охлаждения и сгущения, после чего при наличии 50-56% твердого направляются на обогатительную фабрику (на перефлотацию) в количестве примерно 1 г твердого на 1 т выплавленной серы. При перефлотации хвостов плавок, например на Роздольском горнохимическом комбинате, извлекается в концентрат 90-95% серы. Температура хвостов непосредственно после выпуска из автоклавов составляет 100°С, после сгущения и охлаждения перед флотацией - не более 45° С.

«Головка» плавок представляет собой загрязненную зольными минеральными примесями некондиционную серу, которая образуется в начале и конце спуска серы из автоклавов. Из серных лотков «головка» собирается в специальные контейнеры и используется в дальнейшем в технологическом процессе (загружается совместно с концентратом в автоклав для извлечения серы). Содержание серы в «головке» 80—90%, количество образующейся «головки» составляет в среднем 3 кг на 1 т серы.

Зольный (минеральный) остаток  серных баков-отстойников представляет собой гранулы, состоящие из золы (кальцита) и серы. Содержание серы в зольном остатке 40-50%. Зольный остаток из автоклава поступает в бак-отстойник, откуда с водой перекачивается на обогатительную фабрику для доизвлечения серы. Количество зольного остатка составляет примерно 30 кг на I т серы.

На открытом складе потери готовой продукции — серы со сточными водами составляют примерно 1 кг на 1 т серы. Эта сера совместно с дренажными водами направляется в хранилище хвостов и не используется.

При периодической очистке  железнодорожных путей и отдельных площадок склада часть серы загрязняется и ее автосамосвалами доставляют в серо плавильный цех для переработки в автоклавах совместно с концентратом. Количество таких отходов (загрязненная сера) составляет примерно 0,7 кг на 1 т готовой продукции.

Слив из сгустителей, образующийся при охлаждении и сгущении хвостов плавок, содержит до 0,2% твердого (содержание серы в твердом 50—70%). Его направляют по шламопроводу в хранилище хвостов, где он смешивается с другими технологическими отходами. Вода из хранилища после отстаивания в прудах-отстойниках используется как оборотная.

Отходящие газы от хвостов  плавок и из автоклавов, а также  выбросы вытяжной вентиляции представляют собой смесь водяных паров  с воздухом, парами керосина, серы, сероводорода, загрязненную твердыми частицами концентрата. Эти газы направляются на очистку от вредных примесей.

1.5 ПУТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ  И РАЦИОНАЛИЗАЦИИ АВТОКЛАВНОГО ПРОЦЕССА

Технология переработки  серных руд по комбинированной схеме флотация -автоклавная плавка является основным промышленным методом, однако она не лишена ряда недостатков. В частности, в технологической цепи автоклавной плавки серного концентрата наиболее слабыми местами являются: периодичность процесса; высокий расход пара;

применение дорогостоящих  реагентов в больших количествах (сода кальцинированная, триполифосфат натрия, керосин); загрязненность серы органическими примесями; недостаточная стабильность процесса; сравнительно низкое извлечение (70-75%).

Несмотря на отмеченные недостатки автоклавная выплавка серы имеет и свои преимущества, например простота аппаратурного офомления процесса при достаточно высокой производительности. Автоклавы- пустотелые емкости, изготовленные из обыкновенной конструкционной стали.

Уже установленные мощности автоклавов позволяют перерабатывать огромные количества флотационных концентратов и обеспечить выпуск серы более 1 млн. т/год. Учитывая это, вопрос интенсификации и рационализации автоклавного процесса выплавки серы заслуживает самого серьезного внимания.

Накопленный опыт эксплуатации автоклавов, а также результаты исследовательских работ по совершенствованию автоклавной выплавки у нас и за рубежом позволяют наметить пути интенсификации автоклавной плавки за счет утилизации тепла, перемешивания пульпы в автоклаве и др.

 

Утилизация тепла.

Существующая схема  переработки серных концентратов не предусматривает использования (полного  или частичного) тепла. В то же время, как известно, при автоклавной плавке пульпа серного концентрата с содержанием 42-45% твердой фазы нагревается острым паром до 130-140° С. После выпуска 10-12 т серы остаток (хвосты плавки) при 130-140° С и 2,5-3 ат сбрасывается в емкости с мешалками, работающими при атмосферном давлении. При этом выделяется значительное количество пара (вторичного), который конденсируется в скрубберах водой, в то время как приближенные расчеты показывают, что при соответствующей организации аппаратурной схемы процесса (рис. 4) можно использовать до 40% тепла.

Принципиальная схема  утилизации тепла в автоклавном  процессе заключается в следующем. После выпуска серы хвосты

Рис. 4. Принципиальная схема  утилизации тепла в автоклаве:

1-автоклав; 2 -испаритель, 3 - конденсатор; 4-мешалка; 5, 7 - насосы для перекачивания пульпы; 6 -буферная емкость с мешалкой; 8 -вентилятор для отсоса газов.

автоклавной плавки под давлением 2,5-3,0 ат при 130—140° С сбрасываются из автоклава 1 в испаритель 2. Испаритель представляет собой пустотелую или с перегородками емкость, в которой происходит выделение пара за счет тепла пульпы. Испаритель работает под небольшим разрежением, что обеспечивает более глубокий отбор тепла. Выделившийся вторичный пар направляется в конденсатор 3, который представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат полочного типа. На верхнюю полку конденсатора подается пульпа сгущенного концентрата, приготовленного для плавки. Пар, поднимаясь навстречу потоку пульпы, конденсируется и нагревает ее до 50—70° С. Подогретая пульпа концентрата загружается в автоклавы для выплавки серы.

Данная схема позволяет  значительно сократить расход тепла, ликвидировать гидравлические удары в автоклавах, возникающие ^в первоначальный период нагрева холодной пульпы, сократить цикл плавки за счет уменьшения времени разогрева пульпы до 130° С.

Перемешивание пульпы в  автоклаве. В автоклавах, как указывалось выше, достигается сравнительно низкое извлечение серы из концентрата. Повышение извлечения при плавке является одной из основных задач исследователей и производственников. По имеющимся литературным и патентным материалам, извлечение серы возможно повысить за счет интенсивного перемешивания пульпы, нагретой до температуры плавления серы (120°С), с последующим постепенным снижением интенсивности перемешивания до полного прекращения. Интенсивное перемешивание нагретой в автоклаве пульпы позволяет стабилизировать процесс и повысить извлечение.

Перемешивание нагретой до 120-125°С пульпы в автоклаве оказывает положительное влияние на процесс благодаря интенсификации агрегирования частичек серы в более крупные, которые быстро оседают в низ аппарата, в то время как пустая порода удерживается во взвешенном состоянии в слое воды, располагающемся над слоем серы. Можно отметить и тот положительный фактор, что при интенсивном перемешивании пульпы представляется возможным интенсифицировать процесс разогрева пульпы единовременной подачей большого количества пара. При этом не должно быть шума и вибрации.

Применение перемешивания  пульпы в автоклаве позволяет  перерабатывать тонкодисперсные руды благодаря принудительному агрегированию тончайших капель серы, находящихся во взвешенном состоянии, в более крупные, после чего они быстро оседают на дно, образуя слой товарного продукта.

Перемешивание пульпы может  осуществляться различными способами (паром, мешалками, ультразвуком и т. д.). В автоклаве на границе между расплавленной серой и водой образуется промежуточным слой, богатый серой. Для его разрушения и увеличения выхода серы с плавки также предложены различные методы. Например, возможно применение барботажа перегретой воды, подаваемой под промежуточный богатый серой или в товарный слой. Капли воды, всплывая в сере, вымывают глинистые минералы, препятствующие агрегированию ее капелек. По данным японского патента 33-5813, извлечение в этом случае повышается до 80-85%.

Другие пути интенсификации. Процесс автоклавной плавки может быть значительно интенсифицирован и стабилизирован за счет переработки флотационных концентратов, содержащих 80-90% серы. Кроме того, появляется возможность увеличения удельной нагрузки на автоклав. Повышение содержания серы во флотационных концентратах является насущной задачей исследователей и производственников. Реализация этой задачи возможна за счет применения более активных реагентов, а также более совершенных схем флотации.