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

1)охлаждение и осаждение грубой пыли в металлической пылевой камере, стены которой охлаждаются воздухом;

2)противоточное охлаждение до 40° и очистка пыли в скруб­

берах с осаждением водяного тумана в циклоне; 3) осаждение тонкой пыли и тумана серной кислоты в

мокром электрофильтре.

5,2 м. Из 1-го скруббера газы поступают для дальнейшей очистки в три последовательно установленные скруббера, а затем в цик­ лон для отделения увлеченных газом капель воды. Охлажден­ ный газ окончательно очищается в мокром электрофильтре. Все оборудование мокрой газоочистки сделано из кислотоупорной стали.

Очищенные газы осушаются серной кислотой, а затем после­

довательно дважды подвергаются сжатию и охлаждаются для

сжижения сернистого газа.

Кислородная установка рассчитана на производство около 300 т/сутки 95%-ного кислорода. Кислород, получаемый на за­

воде Коппер-Клифф, стоит около 4 долларов за 1 т. Для получе­ ния 1 т кислорода требуется около 350 квт-ч. В себестоимости кислорода электроэнергия составляет примерно 50%.

20,8%, стоимость кислорода на заводе 4 доллара; следователь­ но, стоимость расходуемого кислорода на 1 т шихты составляет 83,2 цента, в то время как стоимость топлива при отражатель-, ной плавке составляет 1,08 доллара. Высокая стоимость топли­ ва при отражательной плавке на этом заводе объясняется тем,

что завод почти не использует тепло отходящих газов отража­ тельных печей, так как стоимость получаемой энергии от тепла

этих газов не может конкурировать со стоимостью дешевой гидро­ энергии, имеющейся в районе завода в большом количестве.

Кроме того, потребление угля в качестве топлива в Канаде, где количество металлургического топлива ограничено, связано с ввозом его из-за границы. Сложная задача переработки бо­ гатых медью и никелем шлаков, получаемых при плавке во

взвешенном состоянии, разрешается удовлетворительно в усло­

Стоимость энергии на заводе 0,55 центов за 1 квт-ч. На перера­

■150 Другие виды плавки медных руд и концентратов

ботку тонны шлака требуется энергии на 71,5 цента, т. е. про­

цесс при этих условиях становится менее экономичным, чем отражательная плавка с утилизацией тепла отходящих газов.

Плавка во взвешенном состоянии по методу финского заво­ да осуществлена в 1956 г. и на японском медеплавильном заво­

де Ашио.

Лишь на основании имеющихся материалов этих двух уста­

Рис. 73. Технологическая схема плавки во взвешенном состоянии

В схеме сплошными линиями указаны те элементы процес­ са, которые повторяются и при отражательной плавке (плавка сырой шихты). Пунктиром показаны все операции, дополни­

тельно требующиеся при плавке во взвешенном состоянии по финскому методу.

Дополнительно к обычной подготовке шихты при плавке во

взвешенном состоянии требуется:

а) сушка концентратов до полного удаления влаги;

б) тонкое измельчение дробленого кварца;

в) обжиг известняка до подачи в шихту.

Серьезно осложняет процесс раздельная переработка шла­ ков.

На заводе Хэрьявалта после продолжительной работы пришли к выводу, что простой отстой шлака в электропечи не обеспечивает получения нормальных по содержанию меди от­ вальных шлаков, поэтому в настоящее время вводится в дейст­ вие новая электропечь мощностью 6000 ква для переработки шлаков с применением восстановителя. Пущенный позже ме­

деплавильный завод Ашио в Японии, учтя отрицательный опыт

отражательной.

В табл. 46 приводятся фактические данные финской прак­ тики, где сопоставляются три способа плавки, которые пооче­ редно применялись в промышленном масштабе.

Чтобы из этих сопоставлений сделать правильные выводы,

нужно учесть, что данные по отражательной плавке относятся

к раннему периоду работы заводов, к 1930 г., а данные по

электроплавке — к 1940 г.

В таблице указывается расход нефти на 1 т шихты при от­

ражательной плавке в количестве 165 кг, что не соответствует

уровню техники отражательной плавки даже тридцатых годов.

Поэтому для правильного сопоставления нами приводится в таблице расчетная стоимость отражательной плавки, где рас­ ход условного топлива принимается равным 11,44% от проплав­ ляемой шихты.

Однако все вышеизложенное не дает оснований делать окон­ чательные выводы. Нужно помнить, что плавка во взвешенном состоянии — процесс совершенно новый и будет совершенство­ ваться, так как еще не исчерпаны все возможности его даль­ нейшего упрощения и удешевления.

Шахтная плавка медных руд

Продолжительное время шахтная плавка широко приме­ нялась на медеплавильных заводах для переработки медных руд, но с внедрением флотационного обогащения удельный вес кусковой руды, поступающей непосредственно на медеплавиль­ ные заводы, постепенно снизился, и в настоящее время 92— 98% всей добываемой медной руды направляют на флотаци­ онное обогащение. Поэтому с 1910 г. шахтные печи постепенно

заменяли отражательными.

Как известно, шихта и горючее в шахтной печи движутся с верхнего ее горизонта, с уровня загрузки, к лещади. Воздух,

подаваемый в печь через фурмы, газы, образующиеся от горе­ ния топлива, и летучие составляющие шихты движутся в об­

ратном направлении — снизу вверх. Таким образом, шахтная

печь работает по принципу противотока. Отсюда вытекает ос­ новное требование к шихте и топливу—они должны быть

кусковатыми. При равномерной кусковатости газовый поток равномерно распределяется по сечению шахтной печи.

Топливом для шахтной печи, как правило, служит кокс. По характеру сырья и по происходящим в печи химическим реак­

циям, шахтная плавка может быть пиритной, полупиритной и

восстановительной.

Реакции, происходящие в шахтной печи, зависят от харак­

тера шихты, количества кокса и объема вдуваемого в печь воздуха. Если соотношение между ними выбрано правильно,

плавка в печи идет легко.

Необходимое количество кокса, подаваемого в печь, опреде­ ляется количеством тепла, которое нужно для плавки шихты. Количество вдуваемого в печь воздуха зависит от вида плавки.

Регулируя количество воздуха, поступающего в печь, можно регулировать переход серы в газы в широких пределах.

Неокисленные в печи сульфиды, пустая порода и флюсы стекают вниз в виде штейна и шлака. Если объем вдуваемого в печь воздуха больше, чем его необходимо для сгорания кок­ са, то в печи создается окислительная атмосфера и протекают следующие реакции:

2FeS + ЗО2 2FeO + 2SO2 + 224 ккал-,

2FeS2 + 5O2^i 2FeO + 4SO2 4- 341 ккал-,

Сульфиды меди будут окисляться после окисления всех сульфидов железа. Если же некоторое количество медных суль­ фидов все же окислится, эта реакция при наличии сульфидон железа немедленно пойдет в обратном направлении.

Окисленное железо шлакуется по реакции

2FeO + SiO2—> Fe2SiO4 -]- 22 ккал.

Изменяя объем вдуваемого в печь воздуха при необходимом

количестве кокса в шихте, можно в широких пределах регу­ лировать содержание меди в штейне.

При плавке в шахтных печах сплошной колчеданной медной руды кокс используется в очень ограниченном количестве (не более 3%)- Такая плавка называется пиритной.

Окисление сульфидов железа при плавке медноколчедан­ ных руд способствует получению богатых штейнов.

Для удовлетворительного ведения пиритной плавки необхо­ димо иметь:

1) кусковую медную руду, содержащую в основном пирит

ихалькопирит с незначительным количеством пустой породы.

2)чистые кварцевые флюсы.

В печи сульфид железа окисляется до FeO и, соединяясь

с SiO2 флюса, образует шлак. Обе эти реакции экзотермичны, гепла их достаточно для ведения шахтной плавки без значи­ тельного расхода топлива.

чество окиси углерода (СО), отчего в печи восстановительная атмосфера. Окись углерода — основной восстановитель окислов до металла.

Когда в шихте мало кокса, а плавка ведется при избытке воздуха, в продуктах горения содержится кислород, поэтому

в печи окислительная атмосфера.

Высокая температура развивается в шахтной печи у пояса фурм. Для нормального хода печи в зоне фурм (зоне плавле­ ния) должно быть столько окисляемого материала (кокса,

сульфидов), чтобы тепла реакций окисления хватило для обра­ зования жидких шлака и штейна.

Часть тепла, выделяемого в зоне плавления, уносится из

печи с расплавленными материалами, часть — с отходящими

печными газами. Эти газы, поднимаясь в печи, большую часть тепла передают шихте, поэтому шихта, постепенно опускаясь нагревается а газы постепенно охлаждаются.

При восстановительной плавке часть тепла поглощается эн­

дотермическими реакциями. При наличии в шихте углекислых соединений идут следующие реакции:

СиСО3 -» СиО + СО2 — 6200 кал;

СаСО3 —> СаО 4- СО2 — 39900 кал.

Температура отходящих газов при нормальном ходе печи

должна быть невысокой, поэтому колошник должен быть хо­ лодным. При высокой температуре в верхней части печи твер­ дая шихта размягчается и прилипает к стенкам печи, образуя

настыли, которые препятствуют нормальному спуску шихты.

При шахтной плавке реакции происходят между столбом спускающейся твердой шихты и поднимающимися газами. Эти

реакции зависят от состава шихты, ее физического состояния

и крупности кусков.

Шихта не должна содержать много мелочи, так как боль­ шая часть мелочи не успевает попасть в зону высокой темпе­ ратуры и выносится из печи отходящими печными газами, а меньшая часть мелкого материала, попадая в зону высокой температуры, спекается и делается непроницаемой для газов.

Газы проходят только через крупную шихту, образуя в ней так называемые свищи. Все это замедляет ход плавки. Слишком

крупная шихта также нежелательна, так как реакции с газами происходят только на поверхности кусков, поэтому идут мед­

ленно.

Пористый агломерат, полученный на агломашинах, наибо­

лее желательный материал для шахтной плавки, так как он хо­ рошо проницаем для газов и частично расплавлен. Все это

вместе взятое делает агломерат легкоплавким.

Кокс считается лучшим топливом для шахтной плавки, так как имеет достаточную прочность (не крошится в столбе твер­ дой шихты) и пористость, поэтому быстро сгорает. Непористые материалы (антрацит, уголь) менее желательны для шахтной

плавки.

Испытывался метод вдувания пылевидного угля через фур­ мы в шахтую печь, но промышленного применения не получил.

Различные виды шахтной плавки в настоящее время не име­ ют перспективы широкого применения. В СССР шахтная плав­ ка также не имеет перспективы, так как исчерпаны запасы медных руд, годных для шахтной плавки.

В настоящее время в некоторых исключительных условиях метод шахтной плавки завода Оркла может быть конкурентноспособным со стандартным методом переработки сульфидных медных руд. В СССР этот метод шахтной плавки применяется на медносерном заводе в Медногорске. Он был предложен в

1910 г. Одновременно с переводом меди и благородных металлов в штейн при такой плавке из отходящих газов получают эле­ ментарную серу.

В основе метода лежат принципы пиритной плавки. При

пиритной плавке топливо сгорает не только за счет кислород­

ного дутья, но и за счет кислорода SO2 по реакции

SO2 + С -> СО2 + 0,5S2 + 23010 кал.

Метод плавки в шахтной печи пиритной руды с попутным получением элементарной серы состоит в том, что в шихту да­ ют 8—10% кокса вместо обычных 2—4%, за счет этого боль­ шая часть SO2, содержащегося в газах, восстанавливается.

Согласно данным одного завода, распределение серы, со­

сульфидов (пирит, халькопирит). Во второй зоне идет интен­ сивная диссоциация пирита по реакции

FeS2->FeS ---- S2.

Рис. 74. Общий вид шахтной печи для пиритной плавки с получением серы

158 Другие виды плавки медных руд и концентратов

Восстановление сернистого газа твердым раскаленным кок­ сом происходит при 1000—1200° по реакции

SO2 *4 С ■**- —-— S2 + СО2

и окисью углерода

SO2 + 2СО Ц- S2 + 2СО2.

Третья зона распространяется на высоту 1 —1,2 м над фур­ мами. В ней происходит окисление сернистого железа по ре­ акции

цинк. Он влияет на ход печи и образование настылей, т. е. от этой примеси зависит кампания печи.

В верхних горизонтах печи под действием углекислоты от­ ходящих газов сульфид цинка реагирует с СО2:

ZnS + СО2 ZnO + СО 4---- S2 — 6 ккал.

Эта реакция протекает в интервале температур 750—950°.

Часть сернистого цинка, попадая в зону окисления, под дейст­ вием кислорода воздуха сгорает до окиси по реакции

с раскаленным коксом (окисью углерода) и восстанавливается до металлического цинка

ZnO 4- С = Znnapb, 4- СО.

Таким образом, в процессе шахтной плавки в газовую фазу, кроме механически увлеченной окиси цинка и сульфида цинка, попадает и газообразный цинк. В верхних зонах пары цинка

окисляются до ZnO и ZnS. Эти продукты, оседая на шихте, об­ разуют весьма нежелательные настыли. Осажденная в шихте

часть цинка вместе с цинком вновь поступающей шихты претер­

певают те же превращения, отчего по мере работы печи настылеобразование увеличивается. Считают, что плавка может идти нормально при условии, если содержание цинка в руде не превышает 2%.

Отходящие газы перед камерой катализа очищают от меха­ нических примесей в две стадии: сначала ведется грубая очист-