3.2 Балхашский медеплавильный завод

На Балхашском медеплавильном заводе (далее БМЗ) ТОО «Казахмыс

Смэлтинг» получение черновой меди осуществляется из сульфидных

концентратов в двух печах Ванюкова (далее печи ПВ) и пяти однотипных

конвертерах. Поставка концентратов осуществляется с различных регионов

Казахстана, в их составе кроме меди, содержится значительное количество

свинца, цинка, селена, теллура и других металлов, которые оказывают влияние

на степень извлечения меди. При этом процентное содержание компонентов

металлов в концентрате у поставщиков значительно отличается. В результате

плавки концентратов в печах ПВ образуется богатый штейн, в который

переходит основное количество меди и бедный штейн, включающий в

основном шлаки.

Получение черновой меди осуществляется в конвертерах путем продувки

штейна воздухом. Основной процесс конвертирования состоит из набора

штейна с получением белого мата – первый период и варки меди – второй

период [116]. Все эти процессы сопровождаются значительным образованием

технологических газов с высоким содержанием диоксида серы и пыли, которые

направляются на очистку (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7 – Рабочая зона верхней площадки конвертеров

89

Каждая из печей ПВ оборудована своей системой грубой очистки газов, в

состав которой входит котел-утилизатор с двумя газоходами на выходе,

пылевая камера и групповой циклон ЦН-24, состоящий из четырех элементов.

Улавливание пыли из технологических газов конвертеров также

осуществляется в групповом циклоне ЦН-24. После групповых циклонов печей

ПВ и конвертеров установлены дымососы ГД-20-500у. Затем газы печей ПВ и

конвертеров смешиваются и по сборному и скоростному газоходам

направляются на тонкую очистку в семь параллельно установленных сухих

электрофильтров (СЭФ). Разрежение в СЭФ создается с помощью дымососов,

установленных после них. Очищенные газы поступают в сернокислотный цех

(далее СКЦ), где они дополнительно проходят мокрую очистку в скруббере

Вентури и мокрых электрофильтрах.

Согласно руководству по эксплуатации и техническому обслуживанию

установки очистки газов, в сернокислотный цех может поступать до 300000

м3(н.у.)/ч с запыленностью до 0,2 г/м3(н.у.) и концентрацией диоксида серы до 8

% (объемных). Тонкая очистка технологических газов СКЦ в этой установке

осуществляется последовательно в скруббере Вентури и трех параллельно

установленных мокрых электрофильтрах. В случае превышения проектной

концентрации диоксида серы осуществляется подсос атмосферного воздуха для

его разбавления.

Инструкцией БМЗ по эксплуатации также предусматривается около 40 %

свинецсодержащей пыли осаждать в бункерах электрофильтров. При этом

содержание меди в ней не должно быть более 2 %. Однако на предприятии это

требование периодически не выдерживается.

В данной работе рассмотрены результаты обследования работы системы

пылеулавливания медеплавильного завода с целью обеспечения нормативных

требований по эксплуатации и техническому обслуживанию установки очистки

газов.

В таблице 3.3 приведены результаты обследования работы систем

газоочистки БМЗ при различных режимах эксплуатации технологического

оборудования.

90

Таблица 3.3 – Показатели работы электрофильтров

Наименован

ие передела

Наименование

точки

измерений

Температура,

0С

Статический

напор, Па

Скорость

газ.

потока,

м/с

Объем газов Запыленность

газов,

г/м3(н.у.)

Кол-во,

пыли,

кг/ч

КПД

установки,

%

Содержание

м3 SO2, % /ч м3(н.у.)/ч

Первый этап испытаний (в работе две печи и три конвертера)

Конвертера

После

циклонов

перед

дымососом

432 -58 - 361540 140000 3,45 483,00 - -

СЭФ

вход: сборный

газоход;

318 150 11,79 432940 199760 10,52 2101,48 - 12,9

скоростной

газоход;

326 200 7,2 138700 63110 11,34 715,67 - 10,9

всего - - - 571640 262870 10,72 2817,15 - 12,157

выход 290 -650 17,84 568200 257700 0,052 13,40 99,52 12,04

Скруббер

Вентури

выход,

точка 13

57 -2460 13089 347430 296400 0,003 0,89 93,36 10,47

Второй этап испытаний (в работе две печи и три конвертера)

СЭФ

вход: сборный

газоход;

320 90 7,37 269940 151200 13,6 2056,32 - 11,2

скоростной

газоход;

315 30 7,47 147900 71600 5,9 422,44 - 9,7

всего - - - 417840 222800 11,13 2479 - 10,718

выход 263 -370 13,14 423500 214100 0,083 17,77 99,28 10,6

Скруббер

Вентури

выход,

точка 13

52 -2400 6,35 276550 232300 0,005 1,16 93,47 9,9

Третий этап испытаний (в работе одна печь ПВ-2 два конвертера)

СЭФ

вход 352 -70 8,74 268080 111820 10,72 1198,71 - 16,5

выход 187 -280 10,21 300307 181700 0,045 59,60 99,58 10,2

Скруббер

Вентури

вход 196 -480 10,52 337200 195400 0,045 8,79 - 9,5

выход 48 -2320 8,2 236500 201120 0,0045 0,91 89,65 9,23

91

Анализ приведенных в таблице данных показал:

- в среднем в СКЦ при двух работающих печах поступало от СЭФ

214100ч257700 м3(н.у.)/ч с запыленностью 0,052ч0,083 г/м3(н.у.), а при одной

печи – 195400 м3(н.у.)/ч газов с запыленностью – 0,045 г/м3(н.у.);

- на выходе из скруббера Вентури объем газов при работе двух печей в

среднем был равен 232300 м3(н.у.)/ч с содержанием в них пыли 0,005 г/ м3(н.у.);

- эффективность работы циклонов от печи ПВ-1 в среднем составила 52,4

%, а от печи ПВ-2 – 85,4 %, Следует выполнить наладку циклонов на очистке

технологических газов от печи ПВ-1;

- эффективность работы СЭФ при двух работающих печах в среднем

составила 99,4, а при одной печи 95,03 %;

- объем газов на выходе из скруббера Вентури при работе двух печей

составил в среднем 264350 м3(н.у.)/ч с содержанием в них пыли 0,004 г/м3(н.у.),

при запыленности газов на входе в него 0,068 г/ м3(н.у.), а степень улавливания

пыли в среднем была равной 94,42 % при проектных значениях по объему газов

до 300 000 м3(н.у.)/ч и запыленностью газов на входе в СКЦ до 0,2 г/м3(н.у.);

- при одновременной работе двух печей на входе в электрофильтры

постоянно создавалось давление 150 – 200 Па, что вызывало неорганизованные

выбросы серосодержащих газов и пыли в атмосферу. При работе одной печи и

подаче газов только по сборному газоходу также наблюдалось давление на

входе в СЭФ, а при одновременной подаче технологических газов по сборному

и скоростному газоходам – разрежение, что исключало попадание диоксида

серы и металлсодержащих пылей в атмосферу.

Содержание металлов в пылях технологических газов определяли по

результатам химических анализов.

Отбор проб пыли осуществляли непосредственно в пылегазовых потоках

методом внешней фильтрации, а также отбирались пробы «лежалой» пыли из

газоходов и бункеров. Анализы отобранных проб выполнялись на содержание в

них меди, свинца, селена, теллура и серы общей [117]. Кроме этого, были

отобраны пробы исходных концентратов и загружаемой шихты.

Усредненные результаты представлены в таблицах 3.4ч3.6.

Таблица 3.4 – Усредненный химический анализ содержания металлов и серы в

концентратах и шихте

Обогатительные

фабрики –

поставщики

Селен Медь Свинец Теллур

Сера

общая

1 2 3 4 5 6

Артемьевская 0,0094 28,04 3,89 < 0,004 32,97

Сатпаевская < 0,001 29,91 2,12 < 0,004 11,73

Карагайлинская 0,0020 34,58 1,73 < 0,004 14,44

Карагайлинская 0,0078 10,65 0,22 <0,004 27,51

Меднохимического

комбината

0,0120 20,89 6,40 < 0,004 31,55

Белоусовская 0,0013 16,17 1,51 < 0,004 39,24

92

Продолжение таблицы 3.4

1 2 3 4 5 6

Жезкентская 0,0420 17,54 3,03 < 0,004 39,04

Березовскская 0,0140 16,22 4,58 < 0,004 35,14

Нурказганская 2 0,0076 16,88 0,30 < 0,004 32,44

Шихта 0,0132 17,63 2,125 < 0,006 27,31

Таблица 3.5 – Усредненное процентное содержание ингредиентов в пробах

пылей, отобранных на разных участках пылегазового тракта

Наименование

пробы

Селен Цинк Медь Свинец Теллур

Сера

общая

1 2 3 4 5 6 7

Выход из котла-утилизатора печи ПВ-1

из пылегазового потока 0,0080 5,99 10,94 22,93 0,0170 9,05

«лежалая» 0,0079 3,68 15,62 13,27 0,0160 5,36

Выход котла-утилизатора печи ПВ 2

из пылегазового потока 0,1010 - 5,75 38,11 0,0400 9,43

«лежалая» пыль 0,0975 - 4,86 39,78 0,0395 11,30

Выход циклона перед дымососом печи ПВ-1

из пылегазового потока 0,0074 7,00 7,78 24,57 0,0170 10,60

«лежалая» пыль 0,0040 5,47 7,84 18,73 0,0250 11,44

Выход циклона перед дымососом печи ПВ-2

из пылегазового потока 0,1260 - 3,41 44,69 0,0380 11,72

«лежалая» пыль 0,0770 - 4,84 36,73 0,0395 11,28

Конвертеры

из пылегазового потока 0,0140 6,61 2,64 37,00 0,0100 10,70

«лежалая» пыль 0,0050 7,12 1,32 40,73 0,0160 12,88

Вход в СЭФ, cборный газоход

из пылегазового потока 0,071 3,765 5,77 30,77 0,036 11,67

«лежалая» 0,034 4,075 4,915 31,835 0,049 11,49

Вход в СЭФ, скоростной газоход

из пылегазового потока 0,0365 8,41 7,69 29,86 0,0190 10,91

«лежалая» пыль 0,0585 8,60 5,48 31,00 0,0390 11,38

Выход из СЭФ

из пылегазового потока 0,009 3,515 1,57 36,47 0,018 10,74

«лежалая» 0,037 3,685 2,345 33,54 0,022 11,77

Выход из СЭФ (вход в скруббер Вентури, сернокислотный цех)

из пылегазового потока 0,023 2,91 1,095 33.585 <0,008 10,71

Выход скруббера Вентури

из пылегазового потока 6,35*) - 0,28 3,00 - -

Бункер пылевой камеры (усредненная пыль)

ПВ-1 <0,003 4,98 14,67 14,55 - -

ПВ-2 0,0095 5,78 9,80 19,49 - -

Котел-утилизатор (усредненная пыль)

ПВ-1 <0,003 3,47 11,72 12,94 - 7,82

ПВ-2 0,035 4,42 20,17 11,93 - 8,78

93

Продолжение таблицы 3.5

1 2 3 4 5 6 7

Бункер групповых циклонов (усредненная пыль)

ПВ-1 0,0088 6,00 10,42 20,24 - 8,39

ПВ-2 0,0700 7,23 10,27 25,70 -

Бункера сборного газохода (усредненная пыль)

усредненная 0,0121 7,26 4,68 29,13 - 11,12

Бункер СЭФ

из сборного шнека 0,016 4,68 2, 515 38,31 0,021 11,34

Дымосос перед СКЦ

«лежалая» 0,0970 - 1,04 25,74 0,0170 14,04

Пульпа скруббера

усредненная за 20 суток 5,6 0,32 1,23 56,62 0,034 10,69

Примечание: * - отбор проб на определение селена в пылегазовом потоке выполнен

«барботированием».

94

Таблица 3.6 – Усредненное количество металлов в пылегазовом потоке

Наименование точки пробоотбора

Количество пыли,

кг/ч

медь свинец селен теллур

% кг/ч % кг/ч % кг/ч % кг/ч

В работе две печи ПВ и три конвертера. Первый этап испытаний

Выход котла-утилизатора № 1 1419,84 10,94 155,33 22,93 325,57 0,008 0,1135 0,04 0,2833

Выход из циклона печи ПВ 1 557,05 7,78 43,43 24,57 136,87 0,0074 0,0412 0,017 0,0946

Выход из конвертеров 411,78 2,64 10,87 37 152,36 0,014 0,0576 0,01 0,0411

Вход в СЭФ, сборный газоход 1834,48 7,63 139,97 23,17 425,05 0,0575 1,055 0,022 0,8421

скоростной газоход 1282,07 7,69 98,6 29,86 382,83 0,0365 0,468 0,019 0,8073

всего 3116,55 - 238,57 25,92 807,88 - 1,523 - 1,6494

Выход СЭФ 13,52 1,87 0,25 30,47 4,12 8,21* 1,11 0,008 0,001

Вход в скруббер Вентури 12,53 - - 13,3 1,67 6,10* 0,7644 - -

Выход скруббера Вентури 0,44 - - 2,11 0,009 10,83* 0,0477 - -

В работе две печи ПВ и три конвертера. Второй этап испытаний

Вход в СЭФ: сборный газоход 1811,75 5,6 101,48 29,38 532,3 0,009 0,1631 - -

скоростной газоход 581,94 4,97 28,92 31,8 185,08 0,006 0,035 - -

всего 2393,69 - 130,4 - 717,38 - 0,1981 - -

Выход СЭФ 22,5 3,71 0,83 33,51 7,54 5,04* 1,134 - -

Выход скруббера Вентури 0,82 0,28 0,0023 3 0,0025 6,35* 0,0521 - -

В работе одна печь ПВ 2 и два конвертера. Третий этап испытаний

Выход котла-утилизатора

708,21 5,75 40,78 38,11 269,9 0,101 0,7153 0,04 0,2833 печи ПВ 2

Выход циклона печи ПВ 2 103,93 3,41 3,55 44,69 46,45 0,126 0,131 0,038 0,0395

Вход в СЭФ. Сборный газоход 868,43 3,91 33,96 38,07 330,61 0,0165 0,1433 0,031 0,2675

Выход СЭФ 63,02 0,41 0,25 35,33 22,26 0,0146 0 0,008 0,0051

Выход скруббера Вентури 55,76 0,32 0,18 36,72 20,48 0,0255 0,0092 <0,008 <0,0045

Примечание: * - отбор проб на определение селена в пылегазовом потоке выполнен «барбортированием»

95

Из полученных результатов анализа содержания металлов в пылях

следует:

- за период наблюдения процентное содержание в шихте металлов было

стабильным: свинца – 2,125, меди – 17,63, селена – 0,0132, теллура – 0,006 и

серы общей 27,31 %;

- несмотря на высокое содержание меди в шихте 17,63 %, а свинца только

2,125 %, содержание их в уносимой с газами пыли на выходе из котла-

утилизатора соответственно составляло 8,35 и 31,86 %. Это обусловлено

отличием физических свойств свинца и меди. Возгонка свинца происходит при

температуре более 1500, а меди при 2500 0С. Формирование пылевыноса по

размерам и форме частиц осуществляется в печах Ванюкова и конвертерах в

результате высокотемпературных процессов. Свинец более интенсивно

возгоняется в пылегазовую фазу по сравнению с медью.

- по мере движения технологических газов к сернокислотному цеху

запыленность их снизилась с 30 до 0,045 г/м3 (н.у.). Однако при этом:

а) содержание свинца в пыли технологических газов на входе и выходе

СЭФ, а также сборном шнеке соответственно составило 30,32, 36,47 и 38,31 %,

т.е. по мере движения к сернокислотному цеху оно возрастало;

б) содержание меди в пыли технологических газов на входе и выходе

СЭФ, а также сборном шнеке соответственно составило 6,73, 5,77 и 2,52 %, т.е.

по мере движения к сернокислотному цеху оно уменьшалось;

- наибольшее содержание селена 0,0143ч0,052 кг/ч отмечено в

пылегазовых потоках на выходе из СЭФ;

- в среднем на выходе из скруббера Вентури содержание в пыли свинца

было 3,00, меди – 0,28 и селена 6,35 %;

- на всех этапах работы основное количество теллура улавливалось в

СЭФ;

- для основной части проанализированных проб содержание металлов в

«лежалой» пыли и пыли, отобранной непосредственно из пылегазового потока,

отличалось между собой значительно (например, содержание меди в потоке на

выходе из котла-утилизатора было равным 10,94 %, а в «лежалой» пыли – 15,62

% и наоборот, содержание свинца соответственно было 22,93 и 13,27;

Это объясняется различием концентрации металлов в пылевых частицах

малого и большого размера. Более летучие частицы уносятся воздушным

потоком, а более крупные оседают с образованием «лежалой» пыли. При этом в

более крупных частицах пыли меди содержится больше, чем свинца, что

хорошо демонстрируется в начале движения пылегазового потока от котла –

утилизатора.

Постепенно по мере движения пылегазового потока крупные фракции

пыли удаляются и пыль содержит в основном свинец.

- наибольшее содержание свинца в бункерах СЭФ наблюдалось при

одной работающей печи и составляло 38,3 %, а при двух работающих печах его

содержание снизилось до 25,93ч29,94 %. При этом содержание меди было

соответственно в среднем равно 4,18 и 5,46ч7,68 %.

96

В период выполнения исследований были определены абсолютная и

насыпная плотности пылей и распределение их частиц по размерам

(фракционный состав). Удельный вес для пылей был установлен

пикнометрическим методом, а насыпной вес – путем определения массы

измеренного объема пыли. Распределение частиц пыли по размерам было

выполнено сочетанием двух способов: ситового анализа с минимальным

размером ячейки 45 мкм и методом центробежной сепарации на приборе

«Бако» для частиц размером менее 45 мкм.

Результаты изучения фракционного состава пылей и содержание в них

металлов приведены в таблице 3.7.

Таблица 3.7 – Фракционный состав взятых проб пылей и содержание в них

металлов

Граничный

фракционный

размер частиц,

до ri, мкм

Выход из котла утилизатора от печи

ПВ - 1 ПВ - 2

масса частиц

размером

меньше ri, %

в пыли,

медь/свинец, %

по массе

масса частиц

размером

меньше ri, %

в пыли,

медь/свинец,

% по массе

10,5 46,50

10,94/22,93

61,48

5,75/38,11

25,4 71,43 85,02

Выход из циклонов от печей

10,5 40,25

7,78/24,57

81,3

3,41/44,69

25,4 65,5 97,04

Вход в сухой электрофильтр

Сборный газоход Скоростной газоход

10,5 67,38

7,63/23,17

54,79

7,69/29,86

25,4 91,45 81,18

Выход из сухого электрофильтра

10,5 72,74

1,87/30,5

- -

25,4 93,46 - -

Результаты анализа данных по дисперсному составу пылей показали:

- данные таблицы 4.8 еще раз подтверждают, что медь концентрируется в

более крупных фракциях пыли, а свинец преимущественно в мелких. При этом

более крупные частицы эффективно улавливаются в гравитационных

осадителях и циклонах. Эксплуатация неисправного циклона, установленного

на очистке технологических газов от печи ПВ – 1, не позволяет результативно

проводить предварительную классификацию пыли по содержанию в ней свинца

и меди;

- в пылях из пылегазового потока и «лежалой», отобранных на выходе

котлов-утилизаторов обеих печей, значительную массу составили частицы

размером до 25,4 мкм, а именно: для печи ПВ-1 – 71,43 %, а для печи ПВ-2 в

потоке – 85,02 %. В «лежалых» пылях на выходе котлов-утилизаторов 1 и 2

частицы размером до 25,4 мкм соответственно занимали 62,62 и 75,48 %;

- в пыли из пылегазового потока и «лежалой», отобранных на выходе

циклонов от печи ПВ-2, основную часть составили частицы размером до 25,4

97

мкм, которые были равны 97,04 % («лежалая» 74,48 %), а на выходе циклонов

печи ПВ-1 перед дымососом – 65,50 % («лежалая» 40,25 %);

- основную массу пыли из пылегазового потока и «лежалой», отобранных

на входе в СЭФ, составили частицы размером до 25,4 мкм, которая была в

интервале от 81,18 % до 91,45 %. При _______этом частицы пыли размером менее 10,5

мкм находились в интервале от 54,79 до 70,13%, Снижение содержания частиц

пыли размером до 25,4 мкм на входе в СЭФ обусловлено дополнительным

поступлением в СЭФ технологических газов от конвертеров;

- в бункере СЭФ частицы пыли размером менее 25,4 мкм составили 76,47

%, при этом частицы размером менее 10,5 мкм в среднем были равны 55,02 %.

Заключение по результатам выполненных исследований:

1. Осаждение пылей в системе очистки технологических газов до

поступления в СЭФ в основном зависит от аэродинамических их свойств,

определяемых формой и размером частиц пыли и их агрегатов, а также

удельным весом.

2. Физические свойства свинца и меди значительно отличаются. Возгонка

свинца происходит при температуре более 1500, а меди при 2500 0С.

Формирование пылевыноса по размерам и форме частиц осуществляется в

печах Ванюкова и конвертерах в результате высокотемпературных процессов.

3. Исследованиями установлено, что в пылегазовом потоке медь

концентрируется в более крупных частицах пыли, а свинец в мелких.

4. На предприятии наблюдается периодическое снижение содержания в

уловленной пыли сухим электрофильтром свинца и увеличение меди.

Руководством по эксплуатации предусматривается около 40 %

свинецсодержащей пыли осаждать в бункерах электрофильтров. При этом

содержание меди в ней не должно быть более 2 %.

5. Большое влияние на классификацию пыли и металлов в ней оказывает

скорость движения газа в коллекторах и эффективность работы аппаратов

предварительной очистки газов. На ухудшение классификации

металлосодержащей пыли по аппаратам до поступления в СЭФ оказывает

неудовлетворительная работа циклона за печью ПВ-1. Эффективность

улавливания в нем пыли в среднем составила 52,4 при норме 85-90 %. Следует

выполнить его наладку или заменить. Указанное обеспечит требование

технологической инструкции по содержанию свинца и меди в осажденной пыли

в бункерах СЭФ.

6. При одновременной работе двух печей на входе в электрофильтры

постоянно создавалось давление 150 – 200 Па, что вызывало выбросы

серосодержащих газов и пыли в атмосферу. При работе одной печи и подаче

газов только по сборному газоходу также наблюдалось давление на входе в

СЭФ, а при одновременной подаче технологических газов по сборному и

скоростному газоходам – разрежение, что исключало загрязнение атмосферы.

Необходимо отрегулировать работу дымососов с обеспечением разрежения на

входе в сухие электрофильтры 10 – 50 Па.

98