13. Химизм обжига медных концентратов.

Обжиг медных концентратов осуществляют преимущественно в печах кипящего слоя

загружаемая в печь шихта состоит из медного концентрата, флюсов (измельченных известняка и кварцита) и оборотной пыли. Расход воздуха поддерживают таким, чтобы зерна загружаемой шихты находились во взвешенном состоянии, совершая в потоке воздуха непрерывное возвратно-поступательное движение . Процесс обжига включает стадии : нагрев шихты; термическая диссоциация высших сульфидов; окисление образующихся паров серы до SO₂ с выделением тепла; горение сульфида железа 2FeS + + 3,5O₂ = Fe₂O3 + 2SO₂ с выделением тепла. Этого тепла с избытком хватает для требуемого нагрева шихты (700-850 °С). Температура в печи не должна превышать 850 °С во избежание спекания шихты; чтобы избежать перегрева, в шихту вводят флюсы, иногда в печь вдувают воду или в кипящий слой вводят трубчатые холодильники.

После обжига в шихте остаются сульфиды меди, железа, устойчивые оксиды - Cu₂О, Fe₂О₃, Fe₃О_4, ZnO, PbO, a также флюсы..

халькопирит 2CuFeS₂ → Cu₂S +2FeS +1/2S₂

пирит FeS₂ → FeS + 1/2S2

ковеллин 2CuS → Cu2S + 1/2S2

При температурах 600 - 650 °С образуются сульфаты: MeS + 2O₂ = MeSO4

14. Температурный режим обжига медных концентратов

Плавка в отражательной печи является основным способом переработки медных руд и концентратов

Загруженная шихта поступает в зону высоких температур (1 400—500°) и сразу плавится.

Главные реакции процесса определяются сульфидами Cu₂S, FeS и окислами Fe₂0₃, Cu₂0 и Si0₂, составляющими основную массу шихты.

Окисление сульфидов при обжиге осуществляется при повышенных температурах (700-900 ⁰С). Необходимое для процесса обжига теплота получается за счет экзотермических реакции окисления сульфидов.

Температура шлакообразования около 1 100°, температура образования штейна 800°, поэтому тепловой режим печи определяется в первую очередь условиями шлакообразования.

15. Степень десульфуризации обжига и факторы, влияющие на степень десульфуризации.

Полнота обжига определяется величиной десульфуризации (D), т. е.

отношением количества серы, удаленной в газы, к ее первоначальному со-

держанию в шихте Д = ( mSисх – mSкон) mSисх mS_исх - количество серы в исходном концентрате, mS_кон - количество серы в огарке. Десульфуризацию выражают в процентах. При D = 100 %

обожженный материал будет полностью состоять из оксидов и при последующей плавке штейн не получится. Поэтому обжиг проводят частично с тем, чтобы получит штейн, содержащий не менее 25–30 % меди.

В шахтных печах можно перерабатывать только кусковой материал; в этом случае проводят окислительный обжиг со спекание на агломерационных машинах – агломерирующий обжиг. Окислительный обжиг проводят при температурах 800–900 °С. При температурах 600–650 °С в продуктах обжига образуются сульфаты: MeS + 2O₂ = MeSO₄

Эта реакция нежелательна, т. к. приводит к снижению десульфуризации. Верхний предел температуры ограничен условиями образования жидкой фазы, что недопустимо при обжиге в печах кипящего слоя. В общем виде процесс горения сульфидов описывается уравнением

2MeS + 3O₂ = 2МеО + 2SO₂ + Q . Здесь Q – тепловой эффект экзотермической реакции

16. Задачи отражательной плавки медных концентратов.

Цель ОП

1) Основной задачей плавки является разделение исходного материала на штейн и шлак. Штейн представляет собой сплав сульфидов меди и железа с некоторыми примесями. Шлак отражательной плавки - это главным образом сплав различных окислов. Так как плотность штейна составляет примерно 5000кг/м³, а шлака - примерно 3000 кг/м³, то в конце печи шлак располагается сверху, а штейн под ним. В процессе плавки железо окисляется кислородом из окисла меди, а медь переходит в сульфид по следующей реакции: Сu₂О + FеS = Сu₂S + FеО.

2) максимальный перевод в штейн Cu и сопутствующих ценных компонентов (например, Au и Ag),

3) ошлакование пустой породы

17. Состав шихты и химизм плавки.

В состав шихты в качестве основных компонентов входят сульфидные минералы меди и железа, а также оксиды, силикаты, карбонаты и другие породообразующие соединения. Под дей­ствием высоких температур эти материалы нагреваются. Нагрев сопровождается испарением влаги, содержащейся в шихте, раз­ложением минералов и другими физико-химическими превращениями, обусловленными принятой технологией. Когда температура на поверхности загружаемой шихты достигает примерно 915 – 950 ⁰С, начинают плавиться сульфидные соединения, образующие штейн.

Химизм плавки сырых концентратов и огарка несколько отличен.

В первом случае протекают реакции 1) диссоциации сложных соединений, 2) окисления MeS, 3) реакции между MeS и MeO, 4) разложение Fe₃O₄, который поступает с конвертерным шлаком. Д = 50 - 60 %.

2CuFeS₂ → Cu₂S +2FeS +1/2S₂ FeS₂ → FeS + 1/2S₂

2CuS → Cu₂S + 1/2S₂ S + O₂ = SO₂

2MeS + 3O₂ = 2МеО + 2SO2 + Q,

При плавке огарка химизм сводится к взаимодействию между MeS и MeO

Cu₂O + FeS = Cu₂S + FeO 10Fe₂O₃ + FeS = 7Fe₃O₄ + SO₂

Протекает также реакция разрушения магнетита: FeS + 3Fe₃O₄ + 5SiO₂ = = 5(2FeO ∙ SiO2) + SO₂ Д = 20 - 25%.

18. Зависимость степени десульфуризации от состава шихты.

Сера является самой вредной примесью .поэтому необходимо при обжиге перевести серы в шлак.Основная часть серы удаляется из металла окислительным шлаком

Традиционной является схема:

- сера, находящаяся в металле в виде сульфида железа, в соответствии с законом распределения переходит в шлак, [FeS] = (FeS).

- в шлаке происходит образование более прочного и плохо ра­створимого в металле сульфида кальция по реакции (FeS) + (СаО) = (CaS) + (FeO).

- суммарная (общей) реакция десульфурации [FeS] + (СаО) = (CaS) + (FeO).

Для улучшения десульфурации металла прежде всего необходимо в шлаке повышение содержания свободного СаО, которое возможно повышением основности шлака, и снижение содержания FeO, которое определяется в основном концентрацией углерода в металле.

Кислые шлаки обладают минимальной серопоглотительной способностью ,незначительное поглощение серы кислым шлаком происходит не в результате образования простых анионов S₂-, а вследствие того, что сера частично замещает кислород в кремнекислородных анионах:

Основные окислительные шлаки обычного химического состава в несколько раз выше, чем для кислых шлаков. Коэффициент распределения серы между основным окислительным шлаком и металлом в период окислительного рафинирования зависит в основном от содержания в шлаке СаО и SiO₂ или упрощенно - от основности шлака..

С увеличением основности увеличивается и степень десульфурации. Однако при увеличении основности выше 3,5—4,0, как правило, снижается вязкость шлака, а следовательно, и его активность, поэтому при такой основности необходима присадка разжижающих добавок (плавикового шпата) для достижения высокой степени десульфурации.

Наиболее интенсивный переход серы в шлак наблюдается в начале и в конце плавки, когда происходит значительное растворение извести в шлаке (увеличение количества шлака).

Степень десульфуризации в процессе обжига определяется рациональным составом огарка и для заданного сырья обычно является величиной вполне определенной или изменяющейся в очень узких пределах.