книги из ГПНТБ / Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление)

ная форма, причем в пыли газохода на сульфат приходится 89,2% от общего, в пыли коллектора — 69,4%, в шламе — 12,6% , в то же время на окисленную форму в шламе падает 81,0% свинца. Причина здесь та же, что и для меди и цинка, т. е. окисленный свинец в шламе вто­ ричного происхождения.

Таблица 21

Рациональный анализ пылей, полученных в период балансовой плавки, %

При анализе поведения основных металлов при движении их по газовому тракту необходимо отметить, что оно закономерно опреде­ ляется, с одной стороны, температурными условиями, а с другой — составом газовой фазы. Сульфат свинца, например, образуется в нача­ ле и середине газохода (где температура 800—400°) и распространяет­ ся далее по всему газоходу.

Образование сульфатов меди и цинка наблюдается главным об­ разом в середине газохода, где температура составляет уже менее 500°, а концентрация серного ангидрида относительно высока.

Образование сульфатов в мокрых электрофильтрах (растворы) можно объяснить взаимодействием окислов металлов и свободной сер­ ной кислоты, получающейся при водном орошении электрофильтров. Окисленные металлы в шламе появляются, как упоминалось выше,

301

нологии при переработке медных и медно-свинцово-цинковых кон­ центратов циклонным методом.

Тем не менее результаты их позволили установить, что циклон­ ная плавка с применением кислорода, например до 30% в дутье, мо­ жет обеспечить более высокую по сравнению с другими способами плавок производительность при значительном снижении удельного расхода топлива.

ПЛАВКА МЕДНЫХ ШИХТ НА ДУТЬЕ, ОБОГАЩЕННОМ КИСЛОРОДОМ

Применение кислорода выявило и ряд других преимуществ, в частности уменьшение потерь свинца со шлаками, заметное улучше­ ние распределения других металлов между продуктами плавки. Но достаточно полных данных о поведении ряда важнейших элементов, содержащихся в медных шихтах, не было получено, поэтому помимо плавок в обычных условиях были проведены плавки с добавкой к по­ догретому воздушному дутью кислорода [16]. Их цель — не только получение основных технологических показателей, но и выяснение пригодности циклона данной конструкции (0 э,1Утр.== 650 мм, Н а„утр. =

=1100 мм) к работе в более тяжелых условиях.

Впериод плавок на дутье, обогащенном кислородом, перерабаты­ валась балхашская медная шихта.

Технический кислород (95%) подавался в трубопровод подогре­ того вторичного воздуха из расчета получения смеси, содержащей 30—33% (объемных) кислорода. Расход угольной пыли изменялся в

зависимости от требований технологии и температуры в отстой­ ной камере. Опыты были балансовыми. Перед их началом вносились небольшие изменения в систему подачи топлива и в технологический режим, обеспечивающий более полное использование в тепловом ба­ лансе процесса содержащейся в шихте серы, автоматически сокращая этим расход пылеугольного топлива.

Режимные параметры при переработке медной шихты выглядели

отстойной камеры —0,5—1,0 мм вод. ст. ; глубина ванны 500—600 мм; состав газовой фазы, объемн. %: СО = 0,2—0,3; свободного кислоро­ д а — 0,2—0,3; остальные: СО2 — 26—27,5 и SO2 — 6,3—7,4.

Некоторое снижение температуры в отстойной камере вызвано получением железистого шлака, в перегреве которого не было необхо­

304

димости, так как это увеличило бы растворимость в нем полусернистой меди, почти не изменив вязкости самого шлака. Наблюдения показа­ ли, что даже при температуре 1350° шлак получается более жидко­ текучим. Плавки со снятием баланса металлов продолжались 144 ча­ са. Среднесуточная производительность циклона за этот период; с уче­ том плавильного времени составляла 28,3 т, или 77,5 т/м3 объема циклонной камеры. Средний расход топлива составил в пересчете на условное топливо 18,36%.

Таблица 23

Распределение основных элементов по продуктам циклонной плавки балхашских медных концентратов

(шихта с применением дутья, обогащенного кислородом), %

* В количество выхода шлама включены растворимые составляющие тонкой фракции пылей, улавливаемых в мокрых электрофильтрах; в числителе указано среднее содержание компонентов в шламе, в знаменателе — содержание соответст­ вующих металлов в растворе (нейтрализуемых), г/л.

Состав отходящих газов в балансовый период колебался в следую­ щих пределах (по среднесуточным данным): СОо — от 26,4 до 27,6 %, СО — от 0,21 до 0,38%; Оз — от 0,33 до 1,38%. Концентрация сернис­ того ангидрида в газах изменялась от 6,32 до 7,43% и легко могла быть увеличена до 9—10% в случае устранения подсосов холодного

воздуха в отстойную камеру.

Распределение основных элементов шихты по продуктам плавки приведено в таблице 23.

Повышенное содержание меди в шлаке связано, как мы полагаем, не только с составом шлака, образующегося в циклонной камере, но в значительной степени с температурой и составом газовой фазы в от­ стойной части циклона. Избыточный кислород газовой фазы и кисло­ род подсосанного извне холодного воздуха (в случае повышенного раз­ режения в системе), частично окисляя двухвалентное железо первич­ ного шлака, изменяют его состав, причем появляющийся магнетит изменяет его физико-химические свойства и приводит в конечном сче­ те к ухудшению процесса разделения и отстаивания продуктов плавки.

По данным микроскопического анализа, медь в шлаках при плав­ ке с применением дутья, обогащенного кислородом, находится преиму­ щественно (на 90%) в тонкодисперсной металлической и частично в сульфидной формах, в то время как для шлаков от плавки на воздуш­ ном дутье характерно значительное присутствие сульфидной (30— 40 %) и окисленной форм.

Относительно высокий выход пыли в процессе плавки с примене­ нием кислорода объясняется усиленным сульфатообразованием в си­ стеме газоходов (табл. 24) и значительным переходом в шлам соедине­ ний натрия, оставшихся после нейтрализации раствора мокрого элек­ трофильтра.

Расчеты показали, что механический унос пыли без учета возго­ нов в процессе плавки с применением обогащенного кислородом дутья не превышает 4% от веса шихты. Анализ данных по распределению основных металлов показывает, что извлечение меди в штейн, состав­ ляющее 92,5%, сравнительно высокое, тем более, что при этом не учи­ тывается возврат в процесс меди, находящейся в пылях, а также меди, которая в нормальных условиях отстоя может быть дополнительно извлечена из шлака.

Рациональный анализ пылей показывает, что подавляющая часть меди (до 82%) и свинца (до 92%) в пылях газохода и коллектора за­ пыленного газа находится в форме сульфатов. Сульфатного цинка в этих же пылях около 56 %; остальное приходится главным образом на ферриты цинка.

Несмотря на то, что рациональный анализ шлама отсутствует, можно сделать вывод, что условия циклонной плавки с применением кислорода являются особо благоприятными для образования сульфа­ тов тяжелых металлов. Это подтверждается и сопоставлением кон­ центрации металлов и серной кислоты в растворах электрофильтров.

Так, концентрация свободной серной кислоты в рассматриваемом случае (214 г/л) почти в десять раз превосходит ее для случая плавки на воздушном дутье (25,4 г/л), а концентрация меди составила соот­ ветственно 17,86 и 10,19 г/л, цинка — 5,67 и 3,7 г/л, железа — 6,15 и 2,06 г/л.

306

Кадмий почти на 91,03% переходил в пыль, причем 48,94% его (от исходного в шихте) улавливалось также в мокрых электрофильт­ рах. Общее извлечение рения в пыль составило 73,54%.

Рассматривая возможность дальнейшего улучшения отгон­ ки металлов в газовую фазу и пыль следует отметить, что наи­ лучших показателей в циклон­ ном процессе можно достичь как совершенствованием регулирова­ ния соотношения топливо — шихта — воздух, так и устране­ нием подсосов холодного возду­ ха в отстойнике с осуществлени­ ем ряда мероприятий конструк­ тивного порядка.

Общий характер распреде­ ления ценных элементов в слу­ чае применения кислорода из­ меняется незначительно по срав­ нению с распределением их при циклонной плавке на воздуш­ ном дутье.

Результаты, полученные при переработке балхашских медных шихт на полупромыш­ ленной циклонной установке ВНИИЦветмета, показали, что применение дутья, обогащенного кислородом обеспечивает более устойчивую работу циклонной установки. Удельная производи­ тельность, отнесенная к объему циклонной камеры, достигает

77,5 т/м3-сутки, а отнесенная к лещади отстойника — 8,6 т/м2-сутки. Соблюдение оптимальных параметров процесса — состава газовой

фазы при заданном соотношении топливо — шихта — воздушно-кисло­ родная смесь — необходимое условие для снижения потерь металлов со шлаками и получения требуемого состава штейна.

При циклонной плавке с применением кислорода достигается комплексное и сравнительно высокое извлечение ценных компонентов, в том числе редких и рассеянных элементов, в газовую фазу. Большая часть пылей может быть переработана самостоятельно с наиболее пол­

307

ным извлечением из них меди, свинца, цинка и редких металлов; при этом общее извлечение меди в конечный продукт — черновую медь — повысится до 98 %.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИКЛОННОЙ ПЛАВКИ МЕДНЫХ ШИХТ БГМК С РАЗДЕЛЬНЫМ ВЫВОДОМ ПРОДУКТОВ ПЛАВКИ

Комплекс проведенных работ позволил наметить пути усовершен­ ствования процесса циклонной плавки. С целью исключения обратных реакций, которые могут происходить между газовой фазой и распла­ вом в условиях высоких температур отстойной камеры была усовер­ шенствована технология циклонной плавки за счет раздельного выво­ да газов и расплава. Циклонная установка ВНИИЦветмета была ре­ конструирована таким образом, чтобы газы, выходящие из циклонной камеры (диаметр циклона 0,4 м ; 0,65 м), направлялись непосредствен­ но в газоход, а расплав через водоохлаждаемый порог стекал в электрообогреваемый отстойник.

Главной особенностью новой конструкции явилось то, что циклон­ ная камера А устанавливается над специальной камерой разделе­ ния Б. Перегретый расплав, попадая из циклона на порог разделитель­ ной камеры, не задерживаясь стекает в прилегающий электрообогреваемый отстойник Д, из которого по мере накопления и отстаивания периодически выпускаются штейн и шлак.

Газы с содержащимися в них парами летучих металлов и их сое­ динений, выходя из циклона с температурой 1450—1500°, сразу же направляются в газоход Г, расположенный в противоположной от электрообогреваемого отстойника стороне, и затем — в систему пыле­ улавливания. Отстойник представляет собой электропечь для поддер­ жания заданной температуры расплава, а в случае необходимости он использовался как агрегат для глубокого обезмеживания шлака. На этой установке в комбинации с электрообогреваемым отстойником проводились балансовые опыты на подогретом воздухе, обогащенном до 30% кислородом, и на техническом кислороде [18].

Основные технологические показатели опытов на вышеуказанной установке приведены в таблице 25.

Плавка с раздельным выводом газов и продуктов плавки на дутье, подогретом до 450—500°, позволила получить отвальные шлаки, со­ держащие 0,29 % меди, при штейне, содержащем 40 % меди. При пере­ ходе на дутье, обогащенное до 30% кислородом, производительность циклонной камеры возросла до 1800 кг/час, а концентрация сернисто­ го ангидрида повысилась до 9,1% при содержании в газовой фазе 0,5—0,8% свободного кислорода.

308

Как в случае работы нй воздушном дутье, так и на дутье, обога­ щенном кислородом, в пылегазовую фазу было извлечено 72—75% свинца, 58—55% цинка и 95—97% рения. Пылеунос составил 2,5— 3,1 % от веса шихты.

Однако, как видно из таблицы 25, содержание меди в шлаках при переходе на обогащенное кислородное дутье, возросло на 0,58%. Это вызвано недостаточным временем отстаивания расплава (вследствие малого объема отстойника, запроектированного на предельную произ­ водительность циклонной камеры при работе лишь на воздушном дутье). При дополнительной выдержке расплава в отстойнике в течение одного часа содержание меди снйЖйлось с 0,58 до 0,3%.

Таким образом, при переработке шихты с раздельным выводом продуктов плавки с применением Дуткя, обогащенного кислородом, и технического кислорода резко повышается производительность цикло­ на, что позволяет в последнем случае йести плавку автогенно, т. е. без применения углеродистого топлива.

Положительным моментом при йтом является также получение сравнительно небольшого объема гайой с высоким содержанием сер­ нистого ангидрида. Тем не менее полученные по распределению цинка

309

Анализ технологических результатов указанных выше работ позволил разработать усовершенствованную конструкцию циклонной установки с раздельным выводом газообразных и расплавленных про­ дуктов, что впоследствии легло в основу КИВЦЭТных агрегатов.

Рис. 129. Схема цепи ап­ паратов укрупненной цик­ лонно-электротермической установки. 1 — плавиль­ ный циклон; 2 — электро­ печь ; 3 — камера для охлаждения газов и улав­ ливания грубой пыли; 4 — пылеуловительный цик­ лон; 5—рукавный фильтр; 6 — дымосос.

Рассмотрим результаты укрупненных испытаний по плавке бога­ тых медных концентратов на черновую медь на циклонно-электротер­ мической установке ИМиО АН КазССР [26] производительностью 2 т шихты в сутки. Цель исследования — выяснить возможность макси­ мального извлечения меди в черновую и определить распределение цинка, свинца и сопутствующих элементов по продуктам плавки при различных коэффициентах избытка воздуха. Опытные плавки прово­ дились на укрупненной циклонно-электротермической установке

(рис. 129).

Отличительной особенностью установки являются комбинирова­ ние плавильного циклона с электроотстойником и организация раз­ дельного вывода расплава и газов из разделительной камеры, что спо­ собствует высокой степени отгонки летучих компонентов шихты и обеспечивает лучшее разделение продуктов плавки. Опыты проводи­ лись на воздухе, подогретом до 400°. При опытных плавках медного концентрата получались следующие продукты: черновая медь, бога­ тый медью штейн, шлак, грубая камерная пыль, пыль из циклона, тонкая пыль и возгоны из рукавных фильтров.

Исследования проводились с тремя партиями медного концентра­ та (табл. 26).

К концентрату добавлялся известняк, 30% от веса медного кон­ центрата. Такой состав шихты был принят на основании результатов укрупненных и полупромышленных испытаний плавки медного кон­ центрата на циклонных и электротермических установках.

311