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

6) попадание масел на обнаженную поверхность и другие при­ чины могут резко снижать парциальное давление кислорода и темпе­ ратуру возгорания.

Так, от искры в результате перегорания нихромовой проволоки

Во избежание образования в отдельных частях автоклавов, особенно в многосекционных, высокой концентрации сухого кисло­ рода и создания больших его парциальных давлений вместо техно­ логического кислорода применяют воздух, обогащенный кислоро­ дом до 60—80% с подачей его в пульпу около дна автоклава. Для

была разработана специальная конструкция автоклава с вводом мешалок снизу (рис. 94), в отличие от обычной конструкции по­ добных аппаратов, имеющих верхний привод мешалок. Такие авто­ клавы с внутренним объемом 15 ж3 , на избыточное рабочее давление до 15 am, эксплуатируются в течение ряда лет на комбинате «Южуралникель». За это время определились положительные и отрица­

приводом мешалок имеет более короткие валы, что делает их устойчи­ выми. Недостаток конструкции — необходимость надежного под­ держивания указанной разности давлений, так как при падении давления в торцовом уплотнении в него проникает пульпа и оно выходит из строя. При верхнем приводе мешалки имеют в несколько раз более длинные валы, в связи с чем усложняется их стабилизация.

Автоклавы работают с автоматическим контролем и регулиро­ ванием содержания кислорода на входе и выходе газа. Одновременно

220

фидов, особенно флотационных концентратов, особое внимание уде­ ляется контролю за содержанием масел в пульпе, которое не должно

смесью.

ПР И М Е Р Ы ПРОМЫШЛЕННОГО П Р И М Е Н Е Н И Я КИСЛОРОДА

ВАВТОКЛАВНЫХ ПРОЦЕССАХ

Остановимся на двух примерах практического использования воздуха, сильно обогащенного кислородом, в конкретных техноло­ гических процессах. Первый из них — выщелачивание никелевого файнштейна на заводе «Южуралникель» [275]. Файнштейн, полу­ ченный из окисленных никелевых руд, имеет следующий состав: 76—77% Ni, 0,3—0,4% Со, 0,3% Fe, 1,6—2,5% Си и 17—18% S и в основном представлен сульфидом Ni 3 S 2 . Выщелачивание измель­ ченного до минус 74 мкм (100%) материала происходит в сернокислой среде в соответствие со следующими реакциями:

в момент выделения. Во избежание создания взрывоопасных сме­ сей (гремучего газа) принимаются специальные меры контроля. Схема цепи аппаратов в каждой нитке показана на рис. 95. В табл. 53

221

222

ность автоклава по переводу в раствор суммы никеля и кобальта почти в два раза ниже, чем при выщелачивании никелевого файнштейна. В этом случае экономическая эффективность автоклавного спо­ соба по сравнению с электролитическим определяется в основном

вых технологических схем, предусматривающих использование обо­ гащенного кислородом воздуха для автоклавного выщелачивания сульфидного сырья.

Строится в Норильске новый завод для химического обогащения пирротинсодержащих никель-медных сульфидных концентратов

[276].Эти концентраты содержат 5—10% Си + Ni и 40—60%

промышленных испытаний этой операции в горизонтальном 4-ка- мерном автоклаве при температуре 110° С, подача воздуха, обога­ щенного кислородом до 60—80%, общем избыточном давлении 12—15 am и степени использования кислорода около 95%, пирротин в короткое время разлагается более чем на 90%. Это позволяет

выщелачивание будет производиться в автоклавах емкостью по 125 ж3 , корпус которых выполнен из двухслойной стали: высоколегирован­ ная сталь по малоуглеродистой [276]. Каждая нитка состоит из нескольких соединенных последовательно автоклавов. Перемеши­ вающие устройства такого же типа, как, например, во флотацион­ ных машинах, позволяют забирать газ из пространства над пульпой и многократно оборачивать его, вводя кислород с помощью турбины в пульпу и одновременно обеспечивая энергичное ее перемешивание. Пульпа из одного автоклава в другой переливается самотеком; га­ зовые пространства автоклавов, входящих в нитку, соединены между собой, что упрощает поддержание общего давления и осуществле­ ние общего противотока кислорода и пульпы, обеспечивающего высокую степень использования кислорода и общую высокую удель­ ную производительность автоклавов.

Как мы видим, гидрометаллургия представляет широкое поле возможностей использования кислорода для интенсификации са-

223

мых разнообразных технологических процессов. Приведенный в на­ стоящей главе материал иллюстрирует это положение в достаточной мере, хотя отнюдь не исчерпывает всех тех направлений и попыток, какие делаются и делались ранее и к которым в будущем, возможно, следует вернуться уже на иной теоретической и технической базе. Отчетливое понимание существа трудностей, с какими приходится встречаться при разработке новых направлений в технологии и

иметь в виду необходимость учета конкретных экономических условий при оценке возможностей применения кислорода в каждом отдельном случае. Многие авторы технологических разработок этого не делают и говорят, например, об «оптимальных» параметрах вы­ щелачивания с применением кислорода, не вводя экономические показатели в число обязательных критериев для определения опти­

Производство кислорода — капиталоемкий и энергоемкий про­ цесс. Себестоимость кислорода еще относительно высока: 1 м3 техно­ логического кислорода стоит приблизительно столько же, сколько стоит 1 квт-ч электроэнергии, так как расход электроэнергии со­ ставляет 0,5—0,7 квт-чім3 кислорода, а в себестоимости кислорода расходы на электроэнергию составляют 50—70% всех эксплуата­ ционных расходов.

Как отмечено в гл. I , имеются возможности снижения себестои­ мости кислорода. Прежде всего это комплексное использование со­ ставляющих воздуха — аргона, редких газов и азота. Себестоимость кислорода снижается при увеличении масштабов его производства и повышении степени автоматизации. Производство обогащенного кислородом воздуха вместо технологического кислорода может снизить капитальные затраты на кислородную станцию.

Окупаемость расходов на сооружение и эксплуатацию кислород­ ных станций определяется эффективностью применения кислорода в металлургических процессах. Обогащение дутья кислородом су­ щественно улучшает технико-экономические показатели ряда при­ меняемых в настоящее время процессов за счет повышения произво­ дительности агрегатов, снижения расхода топлива, уменьшения объема отходящих газов и увеличения в них концентрации сернистого ангидрида и т. д.

Кислород позволяет осуществить новые, более экономичные процессы, вовлечь в переработку новые виды сырья, выдавать более

224

ценную готовую продукцию. Чем шире применяется кислород на данном предприятии, чем крупнее масштабы производства кислорода, тем экономически эффективнее его использование. Рассмотрим не­ сколько подробнее ряд аспектов экономической эффективности при­ менения кислорода в цветной металлургии.

Повышение производительности

Основной экономический эффект от применения кислорода — это увеличение производительности действующих агрегатов. В ре­ зультате, часто оказывается, что повышение выпуска продукции данным агрегатом за счет обогащения дутья кислородом требует меньше капиталовложений, чем на строительство дополнительных агрегатов на воздушном дутье, а затраты на производство кислорода перекрываются экономией от снижения затрат на обслуживание интенсивно работающих агрегатов; экономия на рабочей силе на обслуживание агрегата, работающего с обогащенным дутьем, пе­ рекрывает затраты на обслуживание кислородной станции.

Во многих случаях сооружение дополнительных агрегатов на воздушном дутье просто невозможно в действующих цехах и при­ менение кислорода служит единственным способом увеличения про­ изводства на данном предприятии.

Интенсификация производства приводит к снижению себестои­ мости за счет уменьшения условно-постоянных расходов и к увели­ чению прибыли в результате выдачи дополнительной продукции. Эти две статьи экономии существенно окупают затраты на получение кислорода.

Следует отметить, что в расчетах эффективности интенсификации производства за счет кислорода обычно не учитывают благоприятные факторы, выходящие за пределы предприятия, и некоторые социаль­ ные аспекты.

Так, повышение производительности труда и относительное сни­ жение числа трудящихся на производстве уменьшает капитальные затраты также и на непроизводственные фонды — жилищное строи­ тельство, сооружение столовых, поликлиник, школ и т. д., уменьшает соответственно, расходы на социально-бытовое обслуживание. Отно­ сительно меньшее количество людей остается работать в тяжелых условиях горячих цехов у металлургических агрегатов и все больше рабочих переходит в другие цехи с лучшими условиями труда, в том числе на кислородные станции. Условия труда на более ста­ бильно работающих агрегатах, применяющих кислород, улучшаются, снижается травматизм и заболеваемость.

Однако полный экономический эффект от интенсификации про­ является только в том случае, если данный агрегат обеспечивают по­ вышенным количеством сырья, соответствующим возросшей произво­ дительности. В ряде случаев эффективность применения кислорода может проявиться в полной мере только если вся технологическая цепь аппаратов в состоянии справиться с возросшей производитель­ ностью и не лимитирует работы агрегата, использующего кислород.

Поэтому очень важно при внедрении кислорода своевременно при­ нимать меры по обеспечению сырьем и устранению узких мест техно­ логической цепочки.

В качестве примера высокой эффективности интенсификации можно привести комбинат «Южуралникель», на котором произво­ дительность шахтных печей на воздушном дутье достигла предельной величины и уровень производства никеля из руды в течение ряда лет мало изменялся (с. 105). Сооружение дополнительных печей и связанных с ними систем пылеулавливания, транспорта, водоснабже­ ния было невозможно. Так как сократительная способность шахтных печей никелевой плавки велика (выход штейна не превышает 5% от массы проплавленного агломерата), для переработки повышен­ ного количества штейна, полученного при обогащении дутья кисло­ родом, потребовались очень небольшие капиталовложения для соору­ жения дополнительного количества конвертеров. Таким образом, применение кислорода привело к росту выпуска продукции, а затраты на сооружение кислородной станции окупаются менее чем за 3 года.

Другим примером рационального использования интенсификации за счет кислорода может служить Лениногорский цинковый завод, который, использовав кислородное дутье при обжиге цинковых концентратов, уменьшил количество занятых в этом процессе пе­ чей КС, а освободившиеся мощности использовал для обжига пиритных концентратов.

Экономия топлива

процессах. При шахтной плавке обогащенное дутье позволяет бо­ лее полно сжигать кокс до углекислого газа и тем самым повышать тепловой к. п. д. печи и снижать удельный расход кокса. Увеличе­ ние производительности агрегата уменьшает относительные потери тепла и способствует экономии кокса.

При факельном сжигании топлива обогащение дутья кислоро­ дом повышает температуру в факеле и уменьшает потери тепла вследствие снижения количества газов. В результате растет произ­ водительность печи и тепловой к. п. д.

В ряде процессов применение кислорода приводит к снижению температуры отходящих газов, что еще более способствует эконо­ мии топлива.

Уменьшение расхода топлива является крупной статьей экономии, вносящей свой вклад в перекрытие расходов на производство кисло­ рода, например при плавке никелевого агломерата на комбинате «Южуралникель» и при свинцовой шахтной плавке на УКСЦКПри­ менение кислорода при конвертировании медных штейнов позволяет перерабатывать в конвертерах медные концентраты без расхода топлива на их расплавление, как это осуществлено на Балхашском комбинате. Обогащение дутья кислородом позволит частично за­ менить уголь более дешевым природным газом при фьюминговании

226

шлаков на Чимкентском свинцовом заводе. В процессе фьюмингования шлаков с применением кислорода появляется дополнительная экономия топлива при переработке твердых шлаков из старых отвалов без их предварительного расплавления в отдельном аг­ регате.

Применение кислорода при шахтной плавке уменьшает расход дорогостоящего и дефицитного кокса, тогда как на производство электроэнергии для кислородных станций расходуются более де­ шевые и менее дефицитные виды топлива.

Уменьшение объема газов и использование серы

Уменьшение количества отходящих газов при обогащении дутья кислородом позволяет сокращать объемы пылеулавливающих устройств и снижать капитальные затраты на их сооружение. Так, например, на УКСЦК применение кислорода при шахтной плавке настолько уменьшило количество колошниковых газов, что часть мешочных фильтров отключили от шахтных печей и использовали для очистки вентиляционных газов.

Эффект от уменьшения объема газов проявляется наиболее полно при переработке сульфидных руд и концентратов, так как при этом повышается концентрация сернистого ангидрида.

Получение более богатых газов позволяет интенсифицировать сернокислотное производство и на тех же мощностях производить большее количество серной кислоты, как это осуществлено, напри­ мер, на УКСЦК при обжиге цинковых концентратов в печах КС с дутьем, обогащенным кислородом.

Получение богатых газов позволяет подмешивать к ним другие газы с низким содержанием сернистого ангидрида, которые при воздушном дутье выбрасывают в атмосферу. В ряде случаев одно только вовлечение в производство серной кислоты дополнительного количества сернистого ангидрида из бедных газов может окупить

позволяет присоединить к ним отходящие газы конвертеров и уве­ личить производство серной кислоты, как это намечается, например,

станции сооружаются дополнительные мощности сернокислотных цехов.

Следует отметить, что на наших заводах до сих пор не прошли промышленной проверки сернокислотные блоки, работающие на отходящих газах с повышенной концентрацией сернистого ангидрида. Это обстоятельство существенно тормозит рост эффективности при­ менения кислорода при переработке цинковых и медных концентра­ тов.

Извлечение металлов

Применение обогащенного кислородом дутья в ряде процессов способствует повышению извлечения металлов. Создание более окислительной атмосферы при обжиге цинковых концентратов с при­ менением кислорода, при вельцевании цинковистых кеков, хлори­ рующем обжиге огарка никелевого файнштейна способствует по­ вышению растворимости ценных металлов при выщелачивании. Уменьшение пылевыноса, пропорциональное уменьшению объема газов, снижает потери металлов с отходящими газами и повышает прямое извлечение, как это отмечается в практике отражательной плавки, конвертирования и других процессов с применением кисло­ рода. Повышение температуры, характерное для использования дутья, обогащенного кислородом, способствует отгонке летучих металлов, например при фьюминговании шлаков.

При шахтной плавке по мере снижения удельного расхода кокса наблюдается тенденция к обогащению шлаков ценными металлами. Однако рост потерь металлов со шлаками в определенной мере ре­ гулируется расходом кокса и может быть сведен к минимуму, а извле­ чение может быть при этом не только компенсировано, но и повышено уменьшенным пылевыносом. При свинцовой шахтной плавке по­ вышение содержания свинца и цинка в шлаках вообще мало сказы­ вается на общем извлечении этих металлов, если шлаки направляют на фьюмингование. По мере внедрения процессов переработки шла­ ков — фьюмингования, обеднения и др. появится возможность повы­ шения концентрации кислорода в дутье и ведения шахтной плавки с минимальным расходом кокса без снижения извлечения ценных металлов.

Расширение сырьевых ресурсов

Повышение температуры при обогащении дутья кислородом и

и материалы из отвалов, что увеличивает сырьевые ресурсы цветной металлургии и позволяет дополнительно извлекать большие коли­ чества металлов из дешевого сырья. Например, медеплавильный завод Иртышского комбината, применив кислород при шахтной плавке медного агломерата и снизив удельный расход дутья, ввел в шихту мелкий клинкер и уже многие годы извлекает медь и бла­ городные металлы из этого дешевого и трудноперерабатываемого сырья.

экономический эффект. На УКСЦК также используют при шахтной плавке материалы из отвалов, вторичное сырье и различные пром­ продукты с повышенным содержанием меди, сурьмы, мышьяка и других примесей, которые нельзя было плавить на воздушном дутье. Перегрев продуктов плавки на обогащенном кислородом дутье обеспечивает растворение этих металлов в выпускаемом из печей

228

свинце и устойчивый ход печи; извлечение этих металлов из выплав­ ленного чернового свинца дает много дополнительной ценной про­ дукции. Возможность дополнительной переработки шлаков из отва­ лов при фьюминговании и увеличение производительности вельцпечей при использовании кислорода, упомянутые выше, также дают дополнительное извлечение металлов из очень дешевых и имеющихся в неограниченном количестве шлаков и отходов.

Создание новых процессов

Как отмечалось, применение кислорода позволяет осуществить, ряд новых процессов, значительно превосходящих в экономическом отношении старые процессы. К числу таких процессов относятся взвешенная плавка на чистом кислороде КВП, кивцэтная плавка, ряд автоклавных процессов, получение анодного никеля и др. Про­

ные газы могут быть использованы для производства жидкого сер­ нистого ангидрида или при разбавлении бедных газов от конверте­ ров для производства серной кислоты обычным способом, как это осуществлено на Алмалыкском комбинате.

Очень перспективно использование кислорода при автоклавных процессах переработки концентратов. Как было показано, этим про­ цессом можно извлечь серу в виде элементарной, что позволяет ему

технологию получения никеля, дающих крупное снижение капиталь­ ных затрат и экономию на эксплуатационных расходах, следует отнести разработанный институтом «Гипроникель» процесс полу­ чения анодного никеля в вертикальных конвертерах, работающих на техническом кислороде, а также процессы конвертирования и рафинирования ферроникеля и др.

Перспективы расширенного применения кислорода

Высокая экономическая эффективность использования кислорода подтверждена практикой работы отечественных и зарубежных за­ водов цветной металлургии. Уже первые годы применения кислорода подтвердили правильность принятого у нас в стране курса на ши­ рокое использование кислорода как одного из главных направлений технического прогресса в цветной металлургии. По объему исполь­

На ближайшее пятилетие намечено дальнейшее расширение областей применения кислорода, строительство новых кислородных

229»