4.2.3 Медно-серная плавка

Медно-серная плавка по своей сути представляет собой пиритную плавку высокосернистых руд, содержащих не менее 40 -42% серы. При проведении этой плавки усовершенствован метод обработки печных газов с целью получения серы в элементарном состоянии. Для этого сульфидную руду в смеси с кварцевым флюсом и увеличенным до 12% количеством кокса плавят в герметизированной шахтной печи с увеличенной высотой.

Для медно - серной плавке характерно расположение по высоте печи трёх чётко выраженных зон: зона окислительного плавлении (нижняя), восстановительная зона (средняя) и подготовительная зона (верхняя).

Зона окислительного плавления расположена в области фурм. Она имеет ограниченные размеры. Здесь развиваются самые высокие в печи температуры до 1200-1450оС. Необходимая для плавки теплота выделяется за счёт протекания в этой зоне химических реакций:

2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2 (1.38)

FeO + SiO2 = 2FeO·SiO2 (1.39)

Суммирование реакций даёт основную реакцию, протекающую в окислительной зоне:

2FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeO·SiO2 + 2SO2 (1.40)

При проведении медно - серной плавки не допускается отклонений от стехиометрических соотношений реакции (1.40). Избыток или недостаток какого либо из реагентов приводит к нарушению теплового режима плавки, сокращению или растягиванию фокуса печи. Весь кислород дутья должен полностью расходоваться в области фурм. Кокс не должен достигать области фурм, так как в этом случае протекание реакции (1.40) нарушается и печь может замёрзнуть от недостаточного выделения тепла.

Жидкими продуктами медно-серной плавки являются шлак и штейн, которые стекают во внутренний, а затем в наружный отстойник.

Газовая фаза, образующаяся в области фокуса печи, практически полностью состоит из сернистого ангидрида и азота. Она поступает в среднюю восстановительную зону, которая заполнена раскалённым коксом. В этой зоне протекают химические реакции:

SO2 + 2C = S2(пар) + 2CO2 (1.41)

2SO2 + 4CO = S2(пар) + 4СО2 (1.42)

Для обеспечения полного восстановления SO2 в средней зоне на этом участке печь резко расширяется. Это приводит к резкому уменьшению скорости газов и увеличению времени взаимодействия между реагентами.

Восстановительной зоне возможно также протекание реакций:

2CO + S2 = 2COS (1.43)

C + S2 = CS2 (1.44)

4H2O + 3S2 = 4H2S + 2SO2 (1.45)

Нагретые газы восстановительной зоны пронизывают верхние слои шихты и обогащаются парами серы за счёт термической диссоциации высших сульфидов:

2FeS2 = 2FeS + S2 (1.46)

CuS = 2Cu2S + 5S2 (1.47)

4CuFeS2 = 2Cu2S + 4FeS + S2 (1.48)

Для осуществления медно-серной плавки применяются печи специальной конструкции. Схема устройства печи для медно-серной плавки приведена на рисунке 1.6.

Поскольку температура кипения элементарной серы составляет 441,5оС, то в верхней части печи необходимо поддерживать температуру 500-550оС. При этой температуре элементарная сера находится в парообразном состоянии. Поддержание высокой температуры обеспечивается футеровкой верхней части печи огнеупорным материалом, что значительно снижает потери тепла.

- внутренний горн; 2 - кессонированный пояс; 3 - огнеупорная кладка; 4 - колокольный загрузочный затвор; 5- газоход.

Рисунок 1.6 - Схема устройства печи для медно - серной плавки.

Во избежание обратного окисления серы печь герметизируют и поддерживают в ней избыточное давление. Герметизация печи обеспечивается установкой загрузочного устройства колокольного типа.

При загрузке шихта сначала поступает на верхний колокол, затем пропускается в межколокольную ёмкость и оттуда после закрытия верхнего колокола загружается в печь.

Продуктами медно - серной плавки являются медный штейн, шлак и содержащие серу газы. Поскольку десульфуризация в процессе медно - серной низка, то в результате получаются бедные по меди штейны. Содержание в них меди колеблется пределах 10-15% .

Переработка таких штейнов экономически нецелесообразна. Поэтому они перед конвертированием подвергаются концентрационной (сократительной) плавке в отдельной шахтной печи. В результате концентрация меди в штейне возрастает до 40-42 %.

Газы, выходящие из печи, помимо N2, CO2, H2O, содержат пары элементарной серы, ядовитые компоненты SO2, H2S, CS2, COS и другие. Они направляются в химический цех для получения из них элементарной серы. Для разрушения ядовитых компонентов газа в химическом цехе создаются условия для протекания реакции:

2CS2 + 2SO2 = 2CO2 + 3S2 (1.49)

COS +2SO2 = 4CO2 + 3S2 (1.50)

4H2S + 2SO2 = 4H2O + 3S2 (1.51)

Медно - серная плавка характеризуется следующими основными технико - экономическими показателями:

Удельный проплав, т/(м2·сут) 40 - 50

Расход кокса, % от руды 9,5 - 12

Выход продуктов плавки, % от руды:

штейна 22 - 36

шлака 67 - 85

Содержание меди в штейне, % 5 - 15

Извлечение меди в штейн, % 90 - 94

Извлечение серы в газы, % 65 - 75

Извлечение серы из газов , % 85 - 90

Содержание серы в товарном продукте, % 99,6 - 99,95