Iпроблеми навколишнього середовища 541

рекомендовано! 569

л1тератури 569

Пара сорки, що видоляеться, згоряе в окиснювальшй атмосфер! печ: з утворенням 30₂. При цьому водбуваеться також окиснення сульфвди феруму:

4Ре8 + 70₂ = 2Ре₂0₃ + 450₂,

АН = -2445 кДж/моль; (5.4)

ЗРеЗ + 50₂ = Ре₃0₄ + 330₂, АН = -1719 кДж/моль. (5.5)

Теплоти, що видоляеться, з надлишком вистачае для нагровання шихти (температура не мае перевищувати 850 "С, щоб запоб1гти списанию шихти). Вилучення модо в недогарок унаслодок випалювання досягае 99,6 — 99,8 %. Газ, що виходить оз печо, мостить 7—13 % 30₂ о його використовують для виробництва сорчано! кислоти.

Основш техноко-економ1чн1 иоказники випалювання модних концен­тратов у печах з киплячим шаром тако: продуктивность за шихтою — 1000 — 1100 т/добу, десульфуризацоя — 55 — 60 %, видалення пилу — 83-84, вмост 30₂ у газах - 13-15 %.

/» /// )// М м м м /// ш /// /// /// /// /// т

7ГГ77Г

Слод зазначити, що схема з окиснювальним випалюванням у пороме- талургоо модо мае обмежене застосування о ново заводи вже проектують без цехов для о! випалювання.

0,2.2. Виплавка мздного штейну

ИПлавку мщного штейну проводять у вщбивних полуменевих, шахт- I слектродугових печах та 13 використанням автогенних процеав. "Вна мета — отримати два рщких продукта — штейн 1 шлак. Штейн "важно складаеться гз сульфццв купруму та феруму (Си₂8 + Ре5 = -90 %), шлакова фаза — це оксиди феруму, силщш, алюмшш й ЬЦ'по. За технолопею намагаються якнайповшше перевести мщь та елементи, наприклад благородш метали, до складу штейну й про- И шлакування пусто'1 породи.

Плавка у вщбивних й електричних печах. Вщбивш полуменев!

для плавки М1дних концентрат1в на штейн почали застосовувати рикшщ XIX ст. Це пов'язано 13 промисловим використанням бщних д та розвитком способ1в !х попереднього збагачення. Основну частину штейну виплавляють !з сирих концентрата. У цьому 81 шихта, яку завантажують, утворюе вщкоси уздовж б1чних стшок ч1 (у раз1 иерероблення недогарка шихта розтжаеться по поверхш лакового розплаву) (рис. 5.2).

-5,2 г/см , а

1ц1льн1сть вщр!зняеться одна вщ одно! ( штейн мае 4,2- шлак — 2,6 — 3,2 г/см³).

Якщо переробляють концен­трат, який пройшов терм1чне об­роблення, мехашзм плавки дещо змшюеться. Часточки недогарка розтжаються по поверхш шла-

1'Ис. 5.2. Схема плавлення у в1дбившй нолуменевШ печи

/ - завантаження шихти; 2 — тепло- шшромшювання вщ факела; 3 — роз- нланлення 1 стжання шихти; 4 — вщкос 1,1 шихти

Нагр1вання шлаку вщбуваеться завдяки факелу, що утворюеться |д час спалювання вуглецевого палива в робочому простор! печь Пере- лиання теплоти у внутр!шшх шарах шихти та в рознлав1 вщбуваеться ~ИШС завдяки теплопроводность Нагревания завантаженого материалу вуироводжуеться ЙОГО СуШШНЯМ 1 ТерМ1ЧНОЮ ДИСОЩЭЩеЮ вищих суль- ф|;цв та шших нестшких сполук. Поступово у поверхневих шарах ШИХТОВИХ В1ДКОС1В ПОЧИНЭЮТЬ плавитися СуЛьфщШ Й 0КСИДН1 евтекти- Ки (найлегкоплавюнп складовО. Розплав, що утворився, стшае по по­верхш в1дкос1в, розчиняючи в соб1 тугоплавкий сполуки, 1 потрапляе до шлакового розплаву. Краплини оксидно! фази розчиняються у за- Гпльнш мае! шлаку, що завжди наявний у пси, а штейн проходить кр!зь шар шлаку й утворюе у нижнш частит ванни самостшну фазу, тобто Ыдбуваеться розпод1л штейново! та шлаково! фаз, що супроводжуеться розшаровуванням розплаву. Штейн 1 шлак взаемно нерозчинш, а !хня

ково'1 ванни. Завдяки контактуванню вщбуваеться розчинення оксидних шпвок, що вкривають зерна недогарка, а сульфгдш зерна опускаються на дно розплаву, утворюючи штейн.

Шд час перероблення сирих 1 прожарених концентрапв Х1М13М план лення р1зний, зокрема — це терм1чна дисощащя вищих сульфдав, окиснеп ня арки, що утворилася у процес1 Тх розкладання, та взаемоддя сульфщш феруму з магнетитом, який потрапляе в шч з оборотним конвертерним шлаком:

Ре5 + ЗРе₃0₄ + 55Ю₂ = 5(2РеО • 5Ю₂) + 30₂,

АН = 7329,9 кДж/моль. (5.6)

Сумарна десульфуращя зазвичай становить 45 — 55 %.

Плавления недогарка супроводжуеться переважно взаемод1ею сульфуцв купруму й феруму та шлакоутворювальними реакщями:

Си₂0 + Ре8 = Си₂5 + РеО, АН = -82,0 кДж/моль; (5.7) 6СиО + Ре8 = РеО + ЗСи₂0 + 80₂, ДЯ = -42,1 кДж/моль; (5.8) 2Ре8 + 6Ре₂О_э + 75Ю₂ = 7(2РеО • 5Ю₂) + 250₂,

АН = 10300 кДж/моль; (5.9)

10Ре₂0₃+Ре8 = 7Ре₃0₄ +50₂, АН = 152,2 кДж/моль. (5.10)

У реакци (5.10) ступшь видалення сдрки становить 20 — 25 %.

Благородш метали (золото, ср1бло) погано розчинюються в шлаку 1 майже повшстю переходить до штейну.

Сучасна вщбивна полуменева п1ч для плавления м1дних концент- рат1в (рис. 5.3) — це плавильний агрегат з горизонтальним робочим простором (завдовжки 30 — 40 м, завширшки 6 — 10 та заввишки 3,5 — 4,5 м) 1 площею поду вщ 200 до 350 м².

Конструктивно п1ч складаеться з фундаменту, стш, подини, склепхння, пристрош для завантаження шихти та зв1льнення печ1 В1Д продукт1в плавки, пальник1в (форсунок). Шч опалюють природним газом, мазутом або кам'яновупльним пилом. Пов1тря для окиснення шд1гр1вають до 200 — 400 °С та збагачують киснем до 28 — 30 %. Газопод1бш иродукти зх'оряння просуваються до задньоТ станки печ1 1 через газох1д видаля- ються у боров. Температура газ1в у плавильнш зон1 (саме тут прово­дять 1 завантаження шихти) досягае 1550—1600 °С, у м1ру в1ддалення поступово знижуеться 1 в К1НЦ1 печ1 не перевищуе 1250—1300 °С.

Подину печ 1 роблять 13 динасовоТ цегли або иаварюють кварцовим шском. И товщина становить 0,6—1,5 м. Ст1ни викладають з хромо- магнезитово!, магнезитовоТ або магнезитохром1товоТ цегли. Склепшня печ! зазвичай виконують 13 динасовоУ цегли.

Штейн, що утворюеться, час вщ часу вндаляють з дна ванни кркп, чавунш водоохолодш льотки. Для випускання шлаку використовують шлаков! вжна, розмщеш в юнщ печь Висота шлакового вжна визна чае загальну висоту розплаву в печ1, яка зазвичай становить 0,8 —1,2 м, зокрема шар штейну досягае 0,4 — 0,6 м.

Шихту в шч завантажують кр1зь отвори в склепшш, яю розм1щеш уздовж 61ЧНИХ И СТШОК.

Продуктившсть залежить вщ характеру пщготовки шихтових мате р1ал1в до плавки 1 теплового режиму печь Вихщ шлаку за масою в 1,1 — 1,5 раза перевищуе вихщ штейну, 1 саме цим визначаються втрат и М1Д1 31 шлаком та витрати иалива й флюав. Для ще! технологи харак терш таю техшко-економ1чш показники:

Сира шихта

Недогарок (шихта шсля випалювання)

3-5 18-22 95-98

5-8

14-16 93-94

Питома продуктившсть печ1, т/(м² • добу) Витрата умовного палива, % твердо!' шихти Вилучення М1Д1 у штейн, %

Вщбивна плавка для виробництва мщ1, незважаючи на и широке ио- ширення у свт, е далеко недосконалим процесом 1 мае багато недол1юв: найнижча питома продуктившсть серед ус1х плавилыгах процеав; висок1 витрати вуглецевого иалива для плавлення сульфщних мате- р!ал1в, яю й сам1 можуть бути паливом; низький тепловий ККД;

вщсутня можлив1сть регулювати склад штейну, що виробляеться; ускладнення з використанням б1дних арковмюних газ1в, 1, як на- сл1док, забруднення навколишнього середовища;

низький ступ1нь комплексного використання вих1Дно! сировини; висою витрати на придбання вогнетрив1в.

Плавка в електричних руднотермгчних печах. Близьким аналогом до В1дбивно! плавки сульфщних матер1ал1в е плавка в електричних печах (рудно-терм1чна плавка). Ф1зико-х1м1ЧН1 процеси в обох випадках майже однаков1. Основна принципова В1дм1ншсть — це спос1б нагр1ван- ня. В електропечах шихта плавиться завдяки теплотг, що видоляеться у ра,31 пропускания електричного струму кр1зь шлаковий розплав. Для плавлення мщно! сировини використовують шестиелектродш печ1, як1 мають дещо бшыиу питому продуктиви1сть пор!вняно з в1дбивними печами. Шд час рудно-терм1Чно! плавки утворюеться приблизно у п'ять раз1в менше газгв (в1дсутш топков1 гази), а отже, зменшуються витрати теплоти та винесення пилу. Це зумовлюе зростання теплового ККД до 70 %. Полегшуеться очищения газу та з'являеться змога використову- вати його для виробництва арчано! кислоти. Можливкть перегр1вати розплав дае змогу переробляти тугоплавку шихту. Зменшуються втрати М1Д1 31 шлаком. Витрати електроенерп! залежно вщ складу та вологост1 концентратхв стаиовлять 380 — 600 кВт • год/т шихти. Як недолш у

В. 5.4. Схема шахтнсм псчк

► колошник; 2 — шахта печ1; 3 — внутрппне |)1и>; 4 — фурма; 5 — випускний жолоб; 6 — ШНшне (передне) гор но для в1дстоювання дких фаз

удно-терм1чному процес!, так само як й1дбивному, не використовуеться теп­лотворна ЗДаТШСТЬ сульф1ДН01 сиро­вини 1 тому потр1бне шше джерело ТРПЛ0В01 енергп.

Плавка у шахтних печах. Шахтна ||1ч - це плавильний апарат з верти- КИльним робочим простором (рис. 5.4). Перетин шахтно! печ! кольорово! ме- талургп мае прямокутну форму. Шах­та заповнена газопроникним матергалом I несь процес вщбуваеться за умови ГЮстшного зустр1чного руху твердо! ШИХТИ згори ВНИЗ 1 Га31В знизу вгору.

Шихтов1 матерхали (руда, флюс 1 кокс залежно вщ виду процесу) задають окремими лорщями (колоша­ми) 1 завантажують зверху у М1ру !х проплавлення. В нижнш частит НСЧ1 кр^зь фурми вдувають пов1тря, де вщбуваеться згоряння СуЛьф1Д1В шихти та палива (коксу) 1 температура досягае 1300—1500 °С (цю зону називають фокусом печО.

Завдяки теплоту що вщцляеться, у фокуа печ1 плавляться вихщш ШИХТОВ1 матер1али, завершуеться утворення продукпв плавки, як1 на- дал! ст1каюгь у горно, де й вщбуваеться 1'х розподДл на шлак 1 штейн. Газопроникшсть шихти забезпечуеться використанням лише кускових матер1ал!в розм1ром 20 — 100 мм, а подр16неш концентрати 1 руди зазда- легщь брикетують або агломерують.

Шдомо чотири види шахтноГ плавки — вщновна, шритна (окисна), пашвшритна та мщно-арчана.

Вщновна плавка дае змогу переробляти окиснену сировину, потр^бну теплоту отримують шсля спалювання коксу (витрати не менше шж 15% маси твердо! шихти). Цей споаб й пониш використовують як 1'ОЛОВНИЙ ДЛЯ вироблення чорново! М1Д] 13 вторинноУ сировини.

Шритна плавка теоретично може вщбуватися лише завдяки теплой шд окиснення (спалювання) само! сульфщно! шихти (теплотворна здат- (псть сульфщ1в становить 5000 — 6000 кДж/кг). Цей споаб придатний лише для руд, що м1стять не менше шж 75 % шриту (близько 42 % арки).

Сучасна металурпя мщ1 використовуе лише два типи процессе — нагпвшритний та мщно-арчаний, де теплоту отримують як вщ згоряння сульфщ1в шихти, так 1 вщ спалювання коксу.

1

ПРВ:

1 — шихта; 2 — гази; I

дуття; 5 — шлак; 6 — штгйм, 7 — фурми; 8 — вогнетршищ футер1вка; 9 — сифон ;ми шлаку; 10 — мщш лит! кгш

^ ни; 11 — сифон для штейну

⁶П

А

3 завантажувальна лшкл; /

—I

А —А Р^ис- 5.5. Схема будови нсч|

Автогенш процеси. Технолопчш процеси, що вщбуваються повшстю унаслщок внутр1шшх енергетичних ресурсов без витрати стороншх джерел теплово!" енергп — палива або електричного струму — назина ють автогенными. Щодо сульфщно! сировини, яка мае достатньо висо ку теплотворну здатшсть, то автогеншсть шрометалургшного процесу досягають завдяки теплот! екзотерм1чних реакцш окиснення (горшня) сульфшв шихти. Як окисник використовують пов1тря, дуття збагаченс киснем, або технолопчний кисень. Змшюючи сшввщношення М1Ж шихте> вими матер1алами та окисником, можна у широких межах регулювати ступшь десульфурацп, вар1ювати склад штейшв, навдть отримувати чор нову мщь.

Плавка у рщкш ванш (ПРВ), яку розробив проф. А. В. Ванюков, полягае у тому, що вихщну сировину безперервно завантажують на по верхню розплаву, який постшно барботуеться окисиим газом (рис. 5.5).

Ф1зико~Х1М1ЧШ перетворення вщбуваються 13 дуже великою швид К1стю 1 генерують теплоту для пщтримания потр1бно1 температури. Роз- плави (шлак, штейн або чорновий метал), що утворилися внаслщок плавки, розшаровуються у пщфурменш зот й окремо (безперервно) крдзь сифони видаляються з печь

Процес ПРВ проводять у шахтнш печ1, середня частина якоУ зроблена з мщних водоохолоджувальних плит (кесошв), а подина 1 склепшня — з в0гнетрив1в. Дуття подаеться кр1зь фурми, розмщеш в бдчних стшках уздовж уаеГ печь на висот! 1,5 — 2 м вщ подиии. Р1веиь розплаву на 400 — 500 мм перевищуе рдвень фурм. Шихту завантажують зверху через лшку у склепшш, причому п подають дозовано без попереднього зм1шу- вання. Слщ зазначити, що яшеть шихтових матер1ал1В та розм1р фракцп не мають особливого значения.

Для забезпечення автогенное^ процесу дуття збагачують киснем вщ 40 — 45 до 55 — 65 % залежно вщ вологосп шихти. Загальна довжи- на печ! становить 10 — 30 м, ширина 2,5 — 3 1 висота 6 — 6,5 м. У печ1, яка

илоту перетину бшя фурм 20 м², можна переробляти близько 1600 т Ти за добу, що вщповщае питомому проплаву до 80 т/(м² • добу) ЛЫпе, шж у 10 раз1в перевищуе проплав у вщбивних печах. Процес Ц нридатний для плавлення на штейн також мщно-шкелевих, шке- их та шших сульфщних руд.

Плавка у завислому сташ грунтуеться на згорянш подр1бненоУ суль- »1101 шихти, яка рухаеться в потощ кисневмюного дуття. Пл/игрпзання Ття дае змогу вносити у илавильну шч додаткову ф!зичну теплоту, а Го збагачення або застосування технолопчного кисню скорочуе витра- тоилоти завдяки зменшенню об'ему горючих газ1в. Способ ф1рми «Оутокумпу» (Фшлящия) передбачае дуття, збага- Нг киснем до 31 % 1 шдшрке до 200 °С. В шахтнш печ1 кр1зь склепш- аа допомогою шихтового пальника у шахту подають шихтопов1тря- сум1Ш, де й вщбуваеться И спалювання. Сульфщно-оксидш крапл1, О утворюються у факел!, падають на поверхню шлакового розплаву 1 розшаровуються. Температура в реакцшнш шахт1 сягае 1350 — 1400 °С, | II камер! з рщкою фазою — 1250— 1300 °С. Конструкция печ! передба- ЧИ видалення розжарених газ1В уздовж поверхш розплаву, що забез­печуе його пщ1гр1вання. Осюльки вщхщш гази мгстять 14 — 15 % 50₂, |х никористовують для виробництва елементарно! сгрки. Штейн за цим Способом м1стить до 60 % м1д1.

Киснево-факельна плавка у завислому сташ (КФП або КЗП) Передбачае кисневе дуття 1 спалювання сухо! сульфщно! пгихти в гори- яоитальному факел1 спец!альними пальниками. Температура згоряння (!ульфщ1в у кисш сягае 1500 — 1600 "С, вщхщш гази мктять до 80 %

>2, штейн — до 50 % Си. Цей способ плавки використовують на «анодах у Казахстан!, Канад!, США.

Ювцетна плавка (К1ВЦЕТ) — киснево-зважена — циклонно-елек- гротерм1чна плавка, що грунтуеться на поеднанш принципов плавки у навислому сташ 1 циклонно! плавки та рацюнальному використанш технологичного кисню й електрично! енерги. Вона належить також до автогенних, тобто не потребуе додаткового палива, оскшьки теплоти, що пи/цляеться пщ час окиснення арки — сировини, достатньо для перебь гу процесу. Стада випалювання та плавлення, розподш фаз, збщнення шлаков та за потреби конденсация пари цинку вщбуваються в одному агрегать

Плавку сировини проводять у циклонной камер!, куди шихта по- трапляе разом 13 вихровими потоками окисника. За конструкщею роз- млав, що епкае вниз, потрапляе в електрошч, де можна створювати вщнов- ну атмосферу. Швцетна шч дае змогу переробляти складш концентра- ти, створюючи умови для видалення летких компонента — цинку, свин- цю. Отже, мщь потрапляе у штейн, а цинк 1 свинець — у перегони.

Процес "Норанда" (Канада) е безперервним процесом, под1бним до процесу ПРВ. Плавку проводять у горизонтальной цилшдричнш обертовш печ! (рис. 5.6).

а

Рис. 5.6. Процес «Норанда» в горизонтальшй цилщдричнш обертовш печ1:

а — поздовжшй перер1з; 6 — поперечний перер>з; в — те саме, гад час заваатаження; 1 — бункер 13 шихтою; 2 — живильник; 3 — штейн; 4 — вихгдна сировина; 5 — пристрш для вловлювання пилу; 6 — пальник; 7 — фурми для подач! дуття; # — поворотами пристрш

Рис. 5.7. Шч для багатостадШного плавлення М1дних концентрат1В за способом ф1рми «Мщуб1С1»: