第一章設(shè)計(jì)概述設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)冶金工程專業(yè)《年處理5.6萬(wàn)噸鋅精礦的沸騰焙燒車間設(shè)計(jì)》（涂弢編）下達(dá)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)任務(wù)。設(shè)計(jì)原則和指導(dǎo)思想對(duì)設(shè)計(jì)的總要求是技術(shù)先進(jìn)；工藝上可行；經(jīng)濟(jì)上合理，所以，設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則和指導(dǎo)思想為：遵守國(guó)家法律、法規(guī)，執(zhí)行行業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)定，嚴(yán)格把關(guān)，精心設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)中對(duì)主要工藝流程進(jìn)行多方案比較，以確定最佳方案；設(shè)計(jì)中充分采用各項(xiàng)國(guó)內(nèi)外成熟技術(shù)，因某種原因暫時(shí)不上的新技術(shù)要預(yù)留充分的可能性。所采用的新工藝、新設(shè)備、新材料必須遵循經(jīng)過(guò)工業(yè)性試驗(yàn)或通過(guò)技術(shù)鑒定的原則；要按照國(guó)家有關(guān)勞動(dòng)安全工業(yè)衛(wèi)生及消防標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)；在學(xué)習(xí)、總結(jié)國(guó)內(nèi)外有關(guān)廠家的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，移動(dòng)試用可行的先進(jìn)技術(shù)；設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮節(jié)約能源、節(jié)約用地，實(shí)行資源的綜合利用，改善勞動(dòng)條件以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)任務(wù)鋅冶煉沸騰焙燒爐設(shè)計(jì)。鋅精礦沸騰焙燒工藝流程設(shè)計(jì)。沸騰焙燒爐物料平衡和熱平衡初算。設(shè)備的選型與計(jì)算。環(huán)保與安全。第二章沸騰焙燒專題概述沸騰焙燒爐的應(yīng)用和發(fā)展沸騰焙燒爐是流態(tài)化技術(shù)的熱工設(shè)備，具有氣一固間熱質(zhì)交換速度快、沸騰層內(nèi)溫度均勻、產(chǎn)品質(zhì)量好；沸騰層與冷卻器壁間的傳熱系數(shù)大、生產(chǎn)率高、操作簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化和自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于鋅精礦的氧化焙燒。鋅精礦和銅金礦的氧化焙燒和硫酸化焙燒，含鉆硫鐵精礦的硫酸化焙燒，錫精礦的氧化焙燒，高鈦渣的氯化焙燒，汞礦石焙燒，以及氧化銅離析過(guò)程中的礦石加熱等都已經(jīng)使用沸騰爐，此外鉛精礦、鉛銻精礦的氧化焙燒，含鎳、鉆紅土礦的加熱和還原過(guò)程也利用沸騰爐成功的進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)或小規(guī)模生產(chǎn)。在國(guó)外，沸騰爐還用于輝鉬礦、富鎳冰銅的氧化焙燒。沸騰爐的缺點(diǎn)是煙塵率高、熱利用率低。目前，沸騰爐正向大型化、富氧鼓風(fēng)、擴(kuò)大爐膛空間、制粒焙燒、余熱利用和自控控制話方面發(fā)展。沸騰爐爐型概述床型：沸騰床有柱形床和錐形床兩種。對(duì)于浮選精礦一般采用柱形床，對(duì)于寬篩分物料，以及在反應(yīng)過(guò)程中氣體體積增大很多或顆粒逐漸變細(xì)的物料，可采用上大下小的錐形床。沸騰床斷面形狀可分為圓形或矩形（或橢圓形） ，圓形斷面的爐子，爐體結(jié)構(gòu)強(qiáng)大較大，材料較省，散熱較小，空氣分布較均勻，因此得到廣泛采用。當(dāng)爐床面積較小，而又要求物料進(jìn)出口有較大距離的時(shí)候，可采用矩形或橢圓形斷面。爐膛形狀：爐膛形狀有擴(kuò)大型和直筒型兩種。為提高操作氣流速度、減少煙塵率和延長(zhǎng)煙塵在爐膛內(nèi)停留時(shí)間以保證煙塵質(zhì)量，目前多采用擴(kuò)大型爐膛。另外還有單層床和多層床之分，對(duì)吸熱過(guò)程或需要較長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間的過(guò)程，為提高熱和流化介質(zhì)中有用成分的利用率，宜采用多層沸騰爐。鋅精礦硫化焙燒工藝及主要設(shè)備的選擇鋅精礦硫化沸騰焙燒原理金屬鋅的生產(chǎn)，無(wú)論是用火法還是濕法， 90%以上都是以硫化鋅精礦為原料。硫化鋅不能被廉價(jià)的、最容易獲得的碳質(zhì)還原劑還原，也不容易被廉價(jià)的，并且浸出一電積濕法煉鋅生產(chǎn)流程中可以再生的硫酸稀溶液（廢電解液）所浸出，因此對(duì)硫化鋅精礦氧化焙燒使之轉(zhuǎn)變成氧化鋅是很有必要的。焙燒就是通常采用的完全化合物形態(tài)轉(zhuǎn)變的化學(xué)過(guò)程，是冶煉前對(duì)礦石或精礦進(jìn)行預(yù)處理的一種高溫作業(yè)。硫化物的焙燒過(guò)程是一個(gè)發(fā)生氣固反應(yīng)的過(guò)程，將大量的空氣通入硫化礦物料層，在高溫下發(fā)生反應(yīng)，氧與硫化物中的硫花和產(chǎn)生氣體 SO2,有價(jià)金屬則轉(zhuǎn)變成為氧化物或硫酸鹽。同時(shí)去掉砷、銻等雜質(zhì)，硫生成二氧化硫進(jìn)入煙氣，作為制硫酸的原料。焙燒過(guò)程得到的固體產(chǎn)物就被成為焙砂或焙燒礦。焙燒過(guò)程是復(fù)雜的，生成的產(chǎn)物不盡一致，可能有多種化合物并存。一般來(lái)說(shuō)，硫化物的氧化反應(yīng)主要有：硫化物氧化生成硫酸鹽：MeS+202=MeSO4硫化物氧化生成氧化物：MeS+1.502=MeO+S02金屬硫化物直接氧化生成金屬：MeS+O2=Me+S024）硫酸鹽離解MeS04=MeO+S03SO3=SO2+0.502此外，在硫化鋅精礦中，通常還有多種化合價(jià)的金屬硫化物，其高價(jià)硫化物的離解壓一般都比較高，故極不穩(wěn)定，焙燒時(shí)高價(jià)態(tài)硫化物離解成低價(jià)態(tài)硫化物，然后再繼續(xù)進(jìn)行其焙燒氧化反應(yīng)過(guò)程。在焙燒過(guò)程中，精礦中某種金屬硫化物和它的硫酸鹽在焙燒條件下都是不穩(wěn)定的化合物時(shí)，也可能互相反應(yīng)，如：FeS+3FeSO=4FeO+4SC2由上述各種反應(yīng)可知，鋅精礦中各種金屬硫化物焙燒的主要產(chǎn)物是MeO、MeSO4以及SO2、SO3、O2。此外還可能有MeO?Fe2O3,MeO?SiO2等。2.3.2鋅精礦硫酸化沸騰焙燒爐爐型選擇沸騰焙燒工藝流程要根據(jù)具體條件和要求而定，焙燒性質(zhì)、原料、地理位置等因素不同其選擇的工藝流程也不盡相同。一般可分為爐料準(zhǔn)備及加料系統(tǒng)、爐本體系統(tǒng)、煙氣及收塵系統(tǒng)和排料系統(tǒng)四個(gè)部分。爐料準(zhǔn)備及加料系統(tǒng)主要為沸騰焙燒爐提供合格的爐料，以保證焙燒爐的穩(wěn)定性和連續(xù)性。加料方式分為干式和濕式兩種。由于濕式加料缺點(diǎn)較多，國(guó)內(nèi)沒(méi)有工廠采用。固本設(shè)計(jì)采用干式加料。干式加料常采用圓筒干燥窯。圓筒干燥窯是一種最簡(jiǎn)單的機(jī)械干燥設(shè)備，窯身由鋼板做成，窯內(nèi)為耐火磚。焙燒爐是焙燒的主體設(shè)備，按床面積形狀可分為圓形（或橢圓形）和矩形。矩形很少采用，圓形斷面的爐子，爐體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較大，材料較省，散熱較小，空氣分布較均勻因此得到廣泛采用。工業(yè)生產(chǎn)常采用的鋅精礦沸騰焙燒爐有道爾式和魯奇式沸騰爐兩類。魯奇式沸騰爐上部結(jié)構(gòu)采用擴(kuò)大段，造成煙氣流速減慢和煙塵率降低，延長(zhǎng)了煙氣停留時(shí)間，煙氣中的煙塵得到充分的焙燒，從而使煙塵中的含硫量達(dá)到要求，煙塵質(zhì)量得到保證，焙砂質(zhì)量較高、生產(chǎn)率高、熱能回收好。低的煙塵率相應(yīng)提高了焙砂部分的產(chǎn)出率，減小了收塵系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，本設(shè)計(jì)采用魯奇式沸騰焙燒爐。其工藝流程如圖 2—1所示。煙氣從焙燒爐排出是，溫度一般在1123?1353K之間，須冷卻到適當(dāng)溫度以便收塵。常見(jiàn)的煙氣冷卻方式分直接冷卻和間接冷卻兩種。直接冷卻主要采用向煙氣直接噴水冷卻，由于廢熱得不到有效利用，所以很少采用。間接冷卻由表而冷卻器、水套冷卻器、汽化冷卻器和余熱鍋爐。目前，國(guó)內(nèi)最常用的是余熱鍋爐。本設(shè)計(jì)采用余熱鍋爐。焙燒爐生產(chǎn)的焙砂從流態(tài)化層溢流口自動(dòng)排出，可采用濕法和干法兩種運(yùn)輸方式。兩種方法各具特點(diǎn)，企業(yè)可根據(jù)具體情況，懸著適宜的排料方法。本設(shè)計(jì)采用干法輸送。沸騰焙燒爐爐體（圖2—2）為鋼殼內(nèi)襯保溫磚再襯耐火磚構(gòu)成。為防止冷凝酸腐蝕，鋼殼外表有保溫層。爐子的最下部是風(fēng)室，設(shè)有空氣進(jìn)口管，其上是空氣分布板。空氣分布板上是耐火混凝土爐床，埋設(shè)有許多側(cè)面小孔風(fēng)帽。爐膛中部分為向上擴(kuò)大的圓錐體，上部焙燒空間的截面積比沸騰層的截面積大，以減少固體粒子吹出。沸騰層中裝有冷卻管，爐體還設(shè)有加料口、礦渣溢流口、爐氣出口、二次空氣進(jìn)口、點(diǎn)火口等接管，爐頂有防爆孔。沸騰焙燒爐非為直筒型爐和上部擴(kuò)大型爐兩種：①直筒型爐。多用于有色金屬精礦的焙燒，焙燒強(qiáng)度較低，爐膛上部不擴(kuò)大或略微擴(kuò)大，外觀基本上呈圓筒型。②上部擴(kuò)大型爐。早期用于破碎礦塊（作為硫酸生產(chǎn)原料開(kāi)采的硫鐵礦，多成塊狀，習(xí)慣稱塊礦）的焙燒。后來(lái)發(fā)展到用于各種浮選礦（包括有色金屬浮選精礦、選礦時(shí)副產(chǎn)的含硫鐵礦的尾砂，

圖2—1魯奇式沸騰爐焙燒爐工藝流程圖圖2—1魯奇式沸騰爐焙燒爐工藝流程圖圖2-2沸騰焙燒爐以及為了提高硫鐵礦品位而通過(guò)浮選得到的硫精礦，這些礦粒度都很?。┑谋簾?，焙燒強(qiáng)度較高。操作指標(biāo)和條件主要有焙燒強(qiáng)度、沸騰層高度、沸騰層溫度、爐氣成分等。第三章鋅精礦焙燒工藝過(guò)程計(jì)算設(shè)鋅精礦的物相組成如圖所示。3.1鋅精礦的物相組成計(jì)算設(shè)鋅精礦的物相組成如圖所示。鋅精礦化學(xué)成分ZnS、CdS、PbS、CuFeS2、Fe7s8、FeS2、CaC03、MgC03、SiO2以100kg鋅精礦干量進(jìn)行計(jì)算：ZnSZnS中的含硫量：325041=：24.67kg65.4ZnS量：50.41+24.67=75.08kgCdS028CdS中的含S量：32——=0.08kg112.4CdS量：0.280.08=0.36kgPbS124PbS中含硫量：32 0.19kg207.2PbS量：.240.19=1.43kgCuFeSCuFeS2中含硫量：32o坐0.44kg2 63.5CuFeS2中含F(xiàn)e量：56=0.39kgCuFeS2量：0.44+0.44+0.39=1.27kgFe7S8和Fe?除去CuFeS中的Fe量，余下的Fe量為：9.11-0.39=8.27kg。除去ZnS、CdS、PbSCuFeS中的含S量，余下的S量為：31.16—（24.67+0.08+0.19+0.44）=5.78kg。這些乘U余的Fe量和S量分布于FeS2和FezS8中。設(shè)FeQ中的Fe為xkg,S為ykg,貝U：FeS2和Fe7S8有X-2 7855.8564FeS2和Fe?S8有&72-x=八±155.877 328解方程組得:x=0.14kgy=0.16kg即FeS2中Fe=0.14kg,S=0.16kg,FeS_0.30kgFe7s8中Fe=8.72-0.14=8.58kg,S=5.78-0.16=5.62kgFe7S8=14.20kgCaCO3103CaC103CaCO3中含CO2量：%0.81kgCaCO3量：1.030.81=1.84kgMgCO3中含CO2MgCO3中含CO2量：44四=0.05kg40.3MgCO3量：0.05+0.05=0.10kg3.12-0.81-0.05=2.26kg(8)其他以上結(jié)果列表于下:鋅精礦物相組成表組成ZnCdPbCuFeSCaOMgOCO2SiO2AIO3其他共計(jì)ZnS50.4124.6775.08CdS0.280.080.36PbS1.240.191.43CuFeS20.440.390.441.27FeS20.140.160.30Fe7s38.585.6214.20CaCO31.030.811.84MgCO30.050.050.10SiO23.023.02Al2O30.140.14其他2.262.26共計(jì)50.410.281.240.449.1131.161.030.050.863.020.142.26100.003.2煙塵產(chǎn)出率及物相組成計(jì)算焙燒有關(guān)指標(biāo)焙燒鋅金屬直接回收率脫鉛率 50%脫鉻率 60%99.5%空氣過(guò)剩系數(shù)1.25煙塵產(chǎn)出率及煙塵物相組成計(jì)算以100kg鋅精礦計(jì)算。按工廠生產(chǎn)實(shí)踐，同類型沸騰爐硫酸化焙燒鋅精礦時(shí)，煙塵中殘硫以硫酸鹽形態(tài)的鹽為2.14%,硫化形態(tài)的硫?yàn)?.5%,鎘60%進(jìn)入煙塵,砷和銻為65%,鉛為50%，元素鋅及其他元素為45%，為方便起見(jiàn)，設(shè)設(shè)所有流化態(tài)的硫均與鋅結(jié)合，PbO與SI02結(jié)合成PbO-Si02,Fe2O3有三分之一與ZnO結(jié)合生成ZnO?Fe2O3,其他金屬為氧化物形態(tài)存在設(shè)煙塵產(chǎn)出量為xkg各組分進(jìn)入煙塵的數(shù)量為：ZnCdPbCuFeCaOMgOAl2O3SiO250.410.45=22.68kg0.280.60=0.168kg1.240.5=0.62kg0.440.45=0.198kg9.110.45=4.10kg1.030.45=0.464kg0.050.45=0.023kg0.140.45=0.063kg3.020.45=1.359kgSsc硫酸鹽形態(tài)的硫Ss硫化物形態(tài)的硫其他0.0214xkg0.005x2.260.45=1.017kg各組分化合物進(jìn)入煙塵