Обжиг – это процесс нагревания сульфидной руды до высокой температуры в присутствии воздуха. Это этап обработки определенных руд . Более конкретно, обжиг часто представляет собой металлургический процесс, включающий газо-твердые реакции при повышенных температурах с целью очистки металлических компонентов. Часто перед обжигом руда уже частично очищается, например, пенной флотацией . Концентрат смешивают с другими материалами для облегчения процесса. Эта технология полезна для того, чтобы сделать некоторые руды пригодными для использования, но она также может стать серьезным источником загрязнения воздуха . [1]
Обжиг состоит из термических газо-твердых реакций, которые могут включать окисление, восстановление, хлорирование, сульфатирование и пирогидролиз. При обжиге руда или рудный концентрат обрабатываются очень горячим воздухом. Этот процесс обычно применяется к сульфидным минералам . Во время обжига сульфид превращается в оксид, а сера выделяется в виде диоксида серы , газа. Для руд Cu 2 S ( халькоцит ) и ZnS ( сфалерит ) сбалансированные уравнения обжига имеют вид:
Газообразный продукт обжига сульфидов — диоксид серы (SO 2 ) часто используется для получения серной кислоты . Многие сульфидные минералы содержат другие компоненты, такие как мышьяк, которые выбрасываются в окружающую среду.
Вплоть до начала 20 века обжиг начинался путем сжигания древесины поверх руды. Это повысит температуру руды до такой степени, что содержащаяся в ней сера станет источником топлива, и процесс обжига сможет продолжаться без внешних источников топлива. Ранний обжиг сульфидов практиковался таким образом в обжиговых установках «открытого очага», которые перемешивались вручную (практика, называемая «перемешиванием») с использованием инструментов, похожих на грабли, чтобы подвергать необожженную руду воздействию кислорода по мере протекания реакции.
В результате этого процесса было выделено большое количество кислотных, металлических и других токсичных соединений. Результатом этого являются территории, которые даже через 60–80 лет все еще в значительной степени безжизненны, часто точно соответствующие площади жарившегося слоя, некоторые из которых имеют ширину в сотни метров и длину в несколько километров. Обжиг – экзотермический процесс. [2] [3]
Ниже описаны различные формы обжарки: [4]
Окислительный обжиг, наиболее распространенный процесс обжига, включает нагревание руды в избытке воздуха или кислорода с целью выгорания или замены примесного элемента, обычно серы, частично или полностью кислородом. Для сульфидного обжига общую реакцию можно определить следующим образом:
Обжиг сульфидной руды до почти полного удаления серы из руды приводит к обжигу . [5]
Летучий обжиг предполагает окисление руд при повышенных температурах с целью удаления примесных элементов в виде их летучих оксидов. Примеры таких летучих оксидов включают As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , ZnO и оксиды серы. Необходим тщательный контроль содержания кислорода в жаровне, так как чрезмерное окисление может привести к образованию нелетучих оксидов.
Хлоридизирующий обжиг превращает некоторые соединения металлов в хлориды путем окисления или восстановления. Некоторые металлы, такие как уран , титан , бериллий и некоторые редкоземельные элементы, перерабатываются в хлоридной форме. Отдельные формы хлорирующего обжига могут быть представлены общими реакциями:
Первая реакция представляет собой хлорирование сульфидной руды с экзотермической реакцией. Вторая реакция с участием оксидной руды облегчается добавлением элементарной серы. Карбонатные руды реагируют так же, как и оксидные руды, после разложения до оксидной формы при высоких температурах. [6]
Сульфатный обжиг окисляет некоторые сульфидные руды до сульфатов при подаче воздуха, что позволяет выщелачивать сульфат для дальнейшей переработки. [ нужна цитата ]
Магнитный обжиг включает контролируемый обжиг руды для преобразования ее в магнитную форму, что обеспечивает легкое разделение и обработку на последующих этапах. Например, контролируемое восстановление гематита (немагнитного Fe 2 O 3 ) до магнетита (магнитного Fe 3 O 4 ).
Восстановительный обжиг частично восстанавливает оксидную руду перед фактическим процессом плавки.
Агломерационный обжиг включает нагрев мелких руд при высоких температурах, при котором происходят одновременное окисление и агломерация руд. Например, сульфидные свинцовые руды подвергаются агломерационному обжигу в непрерывном процессе после пенной флотации, чтобы превратить мелкие руды в работоспособные агломераты для дальнейших операций плавки.