книги из ГПНТБ / Пирометаллургия меди Л. М. Газарян. 1960- 13 Мб

В табл. 44 приводятся некоторые данные о работе электропе­ чей медеплавильных заводов.

Плавка медных концентратов во взвешенном состоянии

За последние 50 лет неоднократно пытались плавить суль­ фидные концентраты во взвешенном состоянии. Лейзерович и Гутман в СССР, аза рубежом Бридшмен предложили вести плав­

ку сульфидных концентратов во взвешенном состоянии в отра­ жательной печи, подавая в печь концентраты в виде струи пыли.

Крейчи и другие для усовершенствования этого метода пред­ ложили применять в процессе плавки подогретый воздух. Лейст и Купер проводили опыты на полупромышленной установке по

плавке медных концентратов во взвешенном состоянии. Их опыт­

кислородом.

Однако все эти предложения до последнего времени не на­ шли практического применения в медной промышленности.

В последнее время на канадском заводе Коппер-Клифф и в Финляндии на заводе Харьявалта начали плавить медные кон­ центраты во взвешенном состоянии в печи, рекомендованной Лейстом и Купером. Новые попытки плавки медных концентра­

тов во взвешенном состоянии объясняются тем, что экономика

района расположения этих заводов создала наиболее обнаде­ живающие условия для экономически целесообразного приме­ нения этого процесса. Завод Коппер-Клифф расположен в рай­ оне дешевой электроэнергии. В этом районе имеется большой спрос на жидкий сернистый газ. Завод покупает металлургиче­ ское топливо в Америке по высоким ценам. Поэтому завод ве­

дет промышленные испытания с применением кислорода, стои­ мость которого ввиду дешевизны гидроэнергии очень низкая, а газы с высоким содержанием сернистого ангидрида могут быть переработаны с получением жидкого SO2, который имеет широ­

кий сбыт в районе.

Финляндия не располагает металлургическим топливом, а

стоимость электроэнергии, получаемой от гидростанций, слиш­

ком высока для получения дешевого кислорода. В районе меде­ плавильного завода Харьявалта имеется большой спрос на сер­ ную кислоту, поэтому промышленная установка на этом заводе

плавит медные концентраты во взвешенном состоянии с приме­

нением только подогретого воздуха, а не кислорода. Сернистые газы используются для получения серной кислоты.

Медные концентраты плавятся во взвешенном состоянии за счет теплоты реакций частичного или полного окисления суль­

140 Другие виды плавки медных руд и концентратов

фидов в подогретом или обогащенном кислородом воздухе; при этом происходят следующие реакции:

4CuFeS2 + 5О2 = 2Cu2S • FeS + 4SO2 ф- 2FeO -f- 358 ккал, (1)

2FeS + ЗО2 ----- 2FeO + 2SO2 + 224 ккал. (2)

Газы получаются с высоким содержанием SO2 и пригодны для производства серной кислоты или жидкого сернистого газа.

Вместе с концентратом в печь вдувается измельченный квар­ цевый флюс для ошлакования окислов железа по реакции:

итем меньше получается штейна и больше шлака.

Сувеличением степени окисления, т. е. с обогащением штей­ на, увеличивается также расход кислорода и кварцевых флю­

сов для ошлакования окислов железа.

Плавка во взвешенном состоянии на заводе Харьявалта. Про­

должительное время на этом заводе электропечь считалась в технологическом отношении наиболее подходящим агрегатом для плавки медных концентратов в условиях Финляндии. После второй мировой войны цены на электроэнергию -сильно подня­ лись. поэтому завод был вынужден отказаться от электроплав­ ки. Из-за отсутствия в Финляндии подходящего местного топ лива завод не мог перейти и на обычный процесс, по которому можно было вести плавку без применения ввозимого извне

топлива. Поэтому на заводе стали применять плавку во взве шейном состоянии. Принцип этой плавки — использование те­

плотворности сульфидов — не новость в металлургии меди. Тот же принцип лежит в основе конвертирования штейнов и пирит­ ной плавки. Только при плавке во взвешенном состоянии плавят

нять при плавке во взвешенном состоянии, на заводе пришли к выводу, что тепловой баланс процесса на 1 т шихты может быть представлен в следующем виде:

Приход тепла, ккал

181 600 ккал или на 22—23%• Из баланса видно также, что 58%

всего тепла теряется с отходящими газами. Недостаток тепла в процессе плавки можно компенсировать, или подогревая воздух,

идущий на горение, или теплом топлива, или теплом отходящих

газов.

Для всех реакций по расчету требуется 1280 нм3 воздуха Поэтому теплосодержание поступающего в печь воздуха долж-

В таком случае воздух следует нагревать до 458°.

На рис. 65 приведены кривые, иллюстрирующие возмож­

на рис. 65 видно, что для всех четырех составов сырья ко­ личество тепла, выделяемого на 1 т сырья, изменяется в зависи­

мости от процентного содержания меди в штейне.

Рис. 66 показывает, что, несмотря на различное количество

тепла реакций для различных видов сырья, все оно может пла­ виться во взвешенном состоянии, если будет обеспечена необ холимая температура подогрева воздуха, которая зависит от со­

става сырья и процента меди в штейне.

Средний состав концентрата, который перерабатывается в настоящее время на этом заводе, следующий: 21,35% Си,

31,4% Fe, 34,13% S, 7,20% SiO2, 1,50% А12О3, 1,00% СаО, влаж­ ность концентрата 7,9%.

Как показала практика работы завода, лучше иметь кремне­ зем в концентрате, чем добавлять его в шихту, так как в кон-

142 Другие виды плавки медных руд и концентратов

центрате кремнезем присутствует в тонкоизмельченном виде и поэтому шлакообразование идет быстрее, чем при добавке квар­ ца в виде флюса. В связи с этим в настоящее время на заводе стали получать самоплавкий концентрат, в котором содержится до 13% кремнекислоты.

ренний диаметр 3,5 м. Стены выложены из магнезитового кир­ пича.

Отражательная печь расположена под шахтой и выложена из магнезитового кирпича. Размеры печи: длина 18,5 м, шири­

на 4,5 м и высота 2,5 м. Отражательная печь в этом процессе служит в основном отстойником.

В верхней части шахты расположены три горелки под углом

35° к горизонтальной плоскости. Назначение их — предваритель­ ный нагрев печи и нагрев поступающего воздуха до 500°.

Наверху шахты, в центре, расположены горелки из литой стали с двумя концентрическими трубами. Сухой концентрат и флюсы поступают в печь через внутреннюю трубу, а горячий воздух под давлением—через кольцевое пространство между двумя трубами.

Смесь нагретого воздуха и шихты при выходе из горелок не­

медленно воспламеняется, температура шихты резко поднимает­ ся и в течение нескольких секунд, пока шихта во взвешенном состоянии опускается по шахте, протекают все основные реак­

ции, заменяющие обжиг, плавку и частично конвертирование.

Эти реакции должны заканчиваться в шахте до поступления шихты в отражательную печь. В отражательной печи заканчи­ ваются реакции и отстаивается штейн от шлака.

Воздух при 550°

Рис. 67. Установка для плавки медных концентратов во взвешенном со­ стоянии:

Производительность установки 230—360 т в сутки. Газы ос­ тавляют печь при температуре 1300—1350°, поэтому условия ра­ боты теплообменника очень тяжелые, так как уносимые с газами частички шихты находятся в расплавленном состоянии и заби­

вают теплообменник. После ряда переделок на заводе решили временно отказаться от теплообменника и подогревать воздух мазутом. При этом на 1 т концентрата расходовалось 35 кг ма­ зута.

На рис. 67 приводится схема установки с реконструирован­ ным теплообменником.

На рис. 67 видно, что горячие газы поступают в котел-утили­ затор, где температура их снижается с 1ЗСО до 900°, далее попа­ дают в теплообменник (рекуператор). После теплообменника газы проходят очистку в циклонах и далее со средним содержа­ нием SO2 6—7% направляются на сернокислотный завод.

Состав шлака, получаемого на установке, следующий:

40—42% Fe (-52% FeO), 23—31% SiO2, 2—4% СаО, 1—2% Си.

1947 гг., после чего была построена полузаводская установка и затем заводская промышленная печь.

Данные полузаводской установки, на основе которых проек­ тировалась первая промышленная печь, приведены на рис. 68, 69, 70.

На этой установке также испытывали метод обеднения от­ вальных шлаков путем вдувания в печь сульфида железа перед

Обеднение шлака при подаче в печь сульфида железа объяс­ няется тем, что капли расплавленного сернистого железа прохо­ дят через слой шлака и экстрагируют из шлака медь, находя­ щуюся в нем в виде C112S; кроме того, возможна реакция

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO.

Первая промышленная установка для плавки концентратов во взвешенном состоянии производительностью 500 т в сутки бы­ ла пущена в 1952 г.

Печь (рис. 71 и 72) имеет герметический сварной кожух, поди­ на и стены выложены из магнезитового кирпича, свод—из фор­

стеритового кирпича. Газы отводятся через свод почти из сере­ дины печи по широкому газоотводу (на всю ширину печи), кото-

от горения

146 Другие виды плавки медных руд и концентратов

рый имеет сварной кожух и футерован шамотом с тепловой изо­

Рис. 71. Продольный разрез печи для плавки концентрата во взве­ шенном состоянии:

ренную из стальных листов. По всей наружной поверхности стен и потолка камеры приварены штыри, кроме того, для лучшего

охлаждения камеры кожух обдувается воздухом. Осевшая в ка­ мерах пыль удаляется шнековым транспортером и возвращается

вголову процесса.

Втечение месяца печь в среднем плавила 470 т1сутки медно-

никелевого концентрата, 88 т пирротинового концентрата и 79 т

кремнистых флюсов. В сутки она выдавала 280 т штейна (45,4% Cu + Ni), 258 т отвального шлака (0,76% Cu + Ni) и около 173 т

сернистого газа.

148 Другие виды плавки медных руд и концентратов

ки сделаны из нержавеющей стали и слегка выпущены за внут­ реннюю поверхность футеровки печи.

Пуск разогретой печи заключался в последовательном вклю­

чении подачи кислорода и пылеобразной сухой шихты. Скорость поступающего в горелки кислорода надо тщательно регулиро­ вать. При большой скорости процесс протекает бурно и разру­ шается огнеупор, а при слишком малой скорости забивается на­ конечник и материал скапливается в печи под горелкой.

Во избежание значительного подсоса воздуха печь работает под небольшим разрежением. Для равномерного питания и ус­ пешной работы ее необходимо подсушивание всех компонентов шихты. Контроль всего процесса производства централизован и автоматизирован. Питание каждой горелки концентратом и квар­

цевым флюсом контролируется самопишущим суммирующим прибором.

Температура процесса, определяемая отношением количест­ ва кислорода к сульфидам, непрерывно контролируется термо­ парой. Температура шлака и штейна контролируется оптичес­ ким пирометром.

Кислород подается по трубопроводу диаметром 400 мм под давлением 1,6 ат, затем дросселируется до 1,2 ат и подводится к горелкам по трубам диаметром 200 м с автоматическим регуля­

тором количества кислорода у каждой горелки. Температура газов обычно держится на уровне около 1260°, температура шла­ ка 1240° и штейна 1180°. Отходящие газы содержат в среднем

75% SO2.

Штейн с содержанием 45% Си 4- Ni продувается в конверте­ ре до черновой меди, конвертерный шлак перерабатывается в

никелевом цикле завода. Отвальный шлак обедняется при по­ мощи пиррогинового концентрата, который вдувается со шлако­ вого торца печи.

Отходящие газы практически не содержат кислорода. Очист­

ка их от пыли производится в системе газоочистки опытной печи. Содержание металлов в шлаке значительно выше, чем при обычной отражательной плавке, потери в шлаке были несколь­

ко ниже, так как в печь перед выпуском шлака вводился пирротиновый концентрат; пока нет окончательных данных для сопо­ ставления этих потерь с потерями при отражательной плавке. В отличие от последней конвертерные шлаки установки направля­ ются для переработки в отражательные печи никелевого цикла.

Отходящие печные газы используются для производства жид­ кого SO2. Для сжижения сернистого газа необходимо печные газы охлаждать с 1260 до 40° и, кроме того, очистить от пыли,

содержание которой должно быть не более 7 мг/м3. Охлаждение и очистка газов достигается .в три ступени: