Обжиг — это процесс нагрева сульфидной руды до высокой температуры в присутствии воздуха. Это этап в обработке некоторых руд . Более конкретно, обжиг часто является металлургическим процессом, включающим реакции газ-твердое вещество при повышенных температурах с целью очистки металлических компонентов. Часто перед обжигом руда уже частично очищена, например, путем пенной флотации . Концентрат смешивается с другими материалами для облегчения процесса. Технология полезна для того, чтобы сделать некоторые руды пригодными для использования, но она также может быть серьезным источником загрязнения воздуха . [1]
Обжиг состоит из термических реакций газ-твердое тело, 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 преобразуется в оксид, а сера выделяется в виде диоксида серы , газа. Для руд Cu2S ( халькоцит ) и ZnS ( сфалерит ) уравнения баланса для обжига следующие:
Газообразный продукт обжига сульфида, диоксид серы (SO2 ) , часто используется для производства серной кислоты . Многие сульфидные минералы содержат другие компоненты, такие как мышьяк, которые выбрасываются в окружающую среду.
Вплоть до начала 20 века обжиг начинался с сжигания древесины поверх руды. Это повышало температуру руды до точки, где ее сернистое содержимое становилось источником топлива, и процесс обжига мог продолжаться без внешних источников топлива. Ранний обжиг сульфидов практиковался таким образом в обжиговых печах с «открытым очагом», которые вручную перемешивались (практика, называемая «трабблинг») с использованием инструментов, похожих на грабли, чтобы подвергнуть необожженную руду воздействию кислорода по мере протекания реакции.
Этот процесс высвобождает большое количество кислотных, металлических и других токсичных соединений. Результатом этого являются области, которые даже спустя 60–80 лет все еще в значительной степени безжизненны, часто точно соответствующие области обжигательного слоя, некоторые из которых имеют сотни метров в ширину и километры в длину. Обжиг — это экзотермический процесс. [2] [3]
Ниже описаны различные формы обжарки: [4]
Окислительный обжиг, наиболее часто применяемый процесс обжига, включает нагревание руды в избытке воздуха или кислорода, чтобы выжечь или заменить примесный элемент, как правило, серу, частично или полностью кислородом. Для обжига сульфида общая реакция может быть представлена следующим образом:
Обжиг сульфидной руды до почти полного удаления серы из руды приводит к мертвому обжигу . [5]
Обжиг с испарением, включает окисление при повышенных температурах руды, чтобы устранить примесные элементы в виде их летучих оксидов. Примерами таких летучих оксидов являются As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , ZnO и оксиды серы. Необходим тщательный контроль содержания кислорода в обжиговой печи, так как чрезмерное окисление может привести к образованию нелетучих оксидов.
Хлорирующий обжиг преобразует некоторые соединения металлов в хлориды путем окисления или восстановления. Некоторые металлы, такие как уран , титан , бериллий и некоторые редкоземельные элементы, обрабатываются в форме хлорида . Некоторые формы хлоридирующего обжига могут быть представлены общими реакциями:
Первая реакция представляет собой хлорирование сульфидной руды, включающее экзотермическую реакцию. Вторая реакция, включающая оксидную руду, облегчается добавлением элементарной серы. Карбонатные руды реагируют аналогично оксидной руде, после разложения до оксидной формы при высоких температурах. [6]
Сульфатирующий обжиг окисляет некоторые сульфидные руды до сульфатов в условиях подачи воздуха, что позволяет выщелачивать сульфат для дальнейшей обработки. [ необходима ссылка ]
Магнитный обжиг подразумевает контролируемый обжиг руды для ее преобразования в магнитную форму, что позволяет легко разделять и обрабатывать 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 непосредственным процессом плавки.
Обжиг агломерата включает нагревание мелкозернистых руд при высоких температурах, при которых происходит одновременное окисление и агломерация руд. Например, свинцовые сульфидные руды подвергаются обжигу агломерата в непрерывном процессе после пенной флотации для преобразования мелкозернистых руд в пригодные для обработки агломераты для дальнейших операций плавки.