книги из ГПНТБ / Клушин Д.Н. Применение кислорода в цветной металлургии

степень отгонки цинка снижалась до 75%, что было, однако, выше, чем при воздушном дутье в течение 120 мин. При этом произошло улучшение ряда показателей процесса: производительность по отог­ нанному цинку выросла на 90%, а удельный расход топлива умень­ шился на 33%.

Третий режим с 28% кислорода, приведенный в табл. 49 (рис. 76), был осуществлен с добавкой 55% холодного гранулированного шлака

Рис. 75. Влияние дутья, обогащенного кислородом на изменение содержания цинка в шлаке (1, 2) и температуры шлака (3, 4) при предварительном сжи­ гании природного газа

в топках:

21% ог ;

28% О,

непосредственно в фьюминг-печь. Высокие показатели процесса (91% отгонки цинка, трехкратное снижение расхода топлива и, со­ ответственно, трехкратное увеличение производительности по цинку) были получены за счет переработки более богатого по цинку шлака, который не успевал обедняться при предварительном расплавлении в электропечи. Процесс фьюмингования шлаков с предварительным

является крупным резервом цветной металлургии и экономически очень выгодна. Применение кислорода и природного газа, согласно расчетам Гипроцветмета, позволит на ЧСЗ интенсифицировать про­

190

191

(рис. 77). При этом, однако, наблюдалась повышенная вибрация расплава в ванне, стук в фурмах и хлопки. В табл. 50 и 51 приведены материальный и тепловой балансы фьюмингования при подаче газа на фурмы и содержании кислорода в дутье 28%, по данным работы [278].

Т А Б Л И Ц А 50. М А Т Е Р И А Л Ь Н Ы Й Б А Л А Н С Ф Ь Ю М И Н Г О В А Н И Я С П Р И М Е Н Е Н И Е М П Р И Р О Д Н О Г О Г А З А И К И С Л О Р О Д А

В настоящее время испытывается процесс фьюмингования с при­ менением природного газа и кислорода без использования твердого восстановителя, для чего часть природного газа подвергается кон­ версии. Результаты полупромышленных испытаний по степени от­ гонки металлов и по производительности не уступают показателям процесса фьюмингования газом с загрузкой твердого восстановителя.

192

ФЬЮМИНГОВАНИЕ ОЛОВОСОДЕРЖАЩИХ ШЛАКОВ

СП Р И М Е Н Е Н И Е М КИСЛОРОДА

Сотрудниками Гипроникеля на Подольском заводе в 1961 г. [244] были проведены промышленные испытания по возгонке олова из шлаков на фьюминг-печи сечением 2,3 м2 с обогащением дутья кисло­ родом.

Для обогащения воздуха кислородом была смонтирована испари­ тельная кислородная станция, состоявшая из двух танков по 6 м3 каждый, двух холодных газификаторов и испарителя. Кислород по­ давали непосредственно к каждой фурме.

меняли пиритный концентрат, топливом-восстановителем служила угольная пыль, приготовленная из донецкого тощего угля марки Т. Учитывая 20%-ный механический недожог угольной пыли, расход воздуха поддерживали на таком уровне, при котором а был близким к 0,7. Зависимость степени отгонки цинка, свинца и олова от темпе­ ратуры приведена на рис. 78.

Кинетика отгонки олова при различных концентрациях кислорода,

(до 0,19% Sn в шлаке) достигалась при воздушном дутье за 150 мин,

Другая серия опытов была проведена с повышенным расходом воздушно-кислородной смеси. При удельном расходе воздушного дутья 8 м3/мин на 1 m шлака степень отгонки олова за 150 мин про­ дувки достигала 91,8%, а содержание олова в отвальном шлаке сни­ зилось до 0,09%ѵ Такие же шлаки были получены при содержании кислорода 26% за 120 мин продувки, при 26,8% 0 2 — за 110 мин, т. е. ускорение процесса составило 20 и 27 % ; расход топлива при этом сократился соответственно на 12 и 20%. При одинаковой длитель­ ности продувки 150 мин извлечение олова в возгоны возросло до

шлаковозгоночной установке завода «Рязцветмет» подтвердили меньшую эффективность обогащения дутья кислородом для отгонки олова по сравнению с цинком. При подаче газо-воздушно-кислород- ной смеси в расплав с коэффициентом избытка кислорода ос = 0,95 по газу, при расходе твердого восстановителя (каменного угля) в ко­ личестве 7—10% от массы шлака и 5—7% пирита обогащение дутья до 24—28% О., не влияло на степень отгонки олова, при 32% 0 2 отгонка олова несколько увеличивалась. Температура шлака по­ вышалась с 1100° С на воздушном дутье до 1200° С при 32% 0 2 в дутье.

194

Влияние степени обогащения дутья кислородом на отгонку олова при фьюминговании с природным газом (длительность про­ дувки 120 мин) приведено ниже:

На рис. 80 приведена кинетика отгонки цинка и олова из шлака

Учитывая, что интенсификация, вызываемая кислородом при фьюминговании, не будет лимитироваться необходимостью увели­ ченной подачи сырья, так как отвалы шлаков, пригодных для фьюмин­ гования, содержат миллионы тонн, следует сделать вывод, что фьюмингование — один из первоочередных процессов, которые целесо­ образно переводить на обогащенное кислородом дутье.

Г л а в а X I I

ВЕЛЬЦЕВАНИЕ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ

Вельц-процесс — один из самых распространенных способов пе­ реработки цинксодержащих промпродуктов. В этом процессе используется относительно высокая упругость паров металлического цинка и кадмия, сульфидов свинца и кадмия и окиси свинца при

высоких температурах. Цинк, свинец, кадмий и ряд других метал­ лов переходят в возгоны в виде окислов, а медь и благородные ме­ таллы — в клинкер, из которого могут быть извлечены дополни­ тельной переработкой.

Наиболее распространено применение вельц-процесса для пе­ реработки цинковых кеков. Основная масса цинка в кеках находится в виде феррита окиси и сульфата. Ферриты цинка взаимодействуют с твердым углеродом в вельц-печи при высокой температуре и вос­ станавливаются до металлического цинка. Сульфаты цинка, свинца и кадмия также восстанавливаются и улетучиваются в форме суль­ фидов и металлов. Восстановленные и отогнанные из твердой фазы металлы в газовой среде вельц-печи снова окисляются и удаляются преимущественно в форме окислов.

Количество воздуха, подаваемого в вельц-печь, должно обеспе­ чивать содержание кислорода в газах, достаточное для сгорания в печи всех полученных при восстановлении паров металлов, сульфи­ дов и окиси углерода. При увеличении подачи воздуха в вельц-печь

При выщелачивании возгонов кадмий и цинк извлекаются не­ полностью. Основная масса нерастворимого цинка и кадмия в вельцокиси находится в форме сульфидов этих металлов. В связи с тем, что в верхней части вельц-печи содержание свободного кислорода составляет 1—2%, сульфиды цинка и кадмия не успевают окислиться.

Для увеличения извлечения металлов в возгоны необходимо обеспечить наибольшую протяженность реакционной зоны, а для повышения растворимости кадмия и цинка из возгонов необходимо наличие свободного кислорода в газовой фазе. Добиться одновременно и того и другого можно повышением подачи кислорода в печь.

Для проверки возможности интенсификации процесса вельцевания с помощью дутья, обогащенного кислородом на Усть-Каме­ ногорском комбинате в 1962 г. под руководством T. X. Церекова [238, с. 53; 245а], были проведены промышленные испытания на вельц-печи диаметром 2,44 м и длиной 41 м.

В серии контрольных режимов на воздушном дутье были сняты показатели при различной производительности вельц-печи (табл. 52). Было установлено, что с повышением загрузки печи содержание свободного кислорода в отходящих газах снижалось, при этом уве­ личивалось содержание цинка и свинца в клинкере и сульфидной серы в возгонах, а доля растворимых форм цинка и кадмия в возго­ нах снижалась. При максимальной производительности 102 m кека

При испытаниях кислород подавали на всас дутьевого венти­ лятора вельц-печи производительностью 1500 м31ч. Расход кислорода составлял 300 м?/ч. Обогащенное дутье с содержанием около 38% 0 2 поступало в печь через трубу, введенную в нижнюю (разгрузочную)

196

кера повысилась на 100—150° С и отпала необходимость в подогреве печи мазутной форсункой. В отходящих газах содержание С 0 2 увеличилось до 28—30%, окись углерода отсутствовала, содержание кислорода осталось прежним (1,2—1,8%). Концентрация цинка в клинкере стала равной 0,5—1%. Качество возгонов по содержанию

воздуха направляли не на шихту, а вдоль оси печи. Результаты про­ веденного в течение 13 суток опыта описаны в табл. 52. Проведенные испытания позволили сделать следующие выводы: по сравнению с обычной практикой вельцевания на воздушном дутье (производи­ тельность 90 т/сутки) применение кислорода повысило производи­ тельность вельц-печи на 20%, увеличило растворимость цинка при выщелачивании с 89 до 94%, кадмия с 68 до 82% и подняло, соответ­ ственно, прямое извлечение цинка на 5%, кадмия — на 14%. Со­ держание цинка и свинца в клинкере снизилось. Отпала необходи­ мость в расходе мазута.

197

В течение ряда лет кислород при вельцевании не использовали из-за его недостатка. Начиная с 1970 г. на воздушно-кислородный

шлака. Форсирование процесса осуществляется подачей 100 м?/ч кислорода и периодической подтопкой вельц-печи мазутом. Темпера­

97% Zn и 90—92% Pb. Возгоны, уловленные в рукавных фильтрах,

КИСЛОРОД В ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

Первые систематические работы по изучению процессов окисле­ ния солей в водных растворах относятся к 20-м годам настоящего столетия, когда гидрометаллургия стала в крупных масштабах при­ меняться для переработки медного и цинкового сырья. В это же время возник интерес к этим исследованиям и со стороны геологов и геохимиков в связи с изучением процессов образования и превра­ щения руд и других горных пород в земной коре.

Первой важнейшей проблемой при использовании кислорода как окислителя в гидрометаллургии было окисление сульфата за­ киси железа в связи с совершенствованием технологии кучного (а за­ тем и подземного) выщелачивания меди из руд, применявшегося в Испании уже в X V I в. В этих процессах вторичные сульфиды меди окисляются сульфатом окиси железа; образующийся при этом суль­

Различные технологические растворы было необходимо очищать от железа. В огромном большинстве случаев его удобнее выводить из растворов в форме разных соединений трехвалентного железа (окиси, гидроокиси, солей и т. д.), которые во много раз менее растворимы, чем аналогичные соединения двухвалентного железа.

198

С первых же шагов изучения реакции окисления сульфата за­ киси железа кислородом в водных растворах

2FeS04 + H2 S04 + - L o 2 = Fe2 (S04 )3 + H 2 0 ( X I I I . l )

возникли серьезные осложнения в понимании роли основных кине­ тических факторов процесса.

Скорость этой реакции должна расти с увеличением концентра­ ций закисного железа, свободной серной кислоты и кислорода (при повышении парциального давления кислорода над раствором). Исследования, однако, показали, что концентрация Fe 2 + оказывает незначительное влияние на скорость окисления, повышение кислот­

В настоящее время имеется обширная литература по различным аспектам рассматриваемой проблемы, из которой мы и заимствуем ряд примеров для иллюстрации важнейших положений. Следует отметить наличие многочисленных расхождений в данных различ­ ных авторов по одному и тому же вопросу, которые чаще всего можно объяснить применением различных методов исследования или аппа­ ратуры, не принятием во внимание некоторых факторов, оказы­ вающих, как позднее устанавливалось, существенное влияние на процесс окисления, неточностями методов отбора и подготовки проб и их анализа и многого другого.

вались лишь изучением и использованием чисто физико-химических условий. Так продолжалось до конца 50-х годов этого столетия, когда довольно неожиданно для металлургов выяснилась большая роль микроорганизмов, живущих в сульфатных растворах и ока­ зывающих большое влияние на окисление многих сульфидов. Вна­ чале считали, что бактерии непосредственно воздействуют на суль­ фиды, но впоследствии было установлено, что они принимают уча­

Существует другой вид бактерий, способных далее окислять элементарную серу в серную кислоту, создавая необходимый для жизнедеятельности обоих типов бактерий уровень pH среды (по­ рядка 1,5—3,0). Наиболее активны бактерии при температуре +35° С [247].

199