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

Расстояние между осями фурм одного ряда 200—300 мм; по ря­

лист пода. Длина трубы должна быть больше толщины футеров­ ки пода на 2—3 см. Верх фурмы перекрыт пластинкой диамет­ ром 75 мм, под которой в стенке трубы сделаны четыре симмет­ ричные отверстия диаметром 6—6,5 мм. Через эти отверстия воз­ дух из фурм распределяется по слою обжигаемого материала.

На рис. 32 показана фурма несколько иной конструкции.

Фурма при выходе из огнеупорной футеровки оканчивается рас­

ширенной сферической поверхностью, в которую вложен шарик из огнеупорного материала. Если дутье падает или прекращает­ ся, шарик прикрывает отверстие фурмы и обжигаемый материал

не попадает в воздушную коробку.

Раньше концентраты подавали в реактор в сухом виде шне­ ком; такое питание не обеспечивало полную герметичность и оп­

тимальный режим работы. В настоящее время многие предприя­

тия перешли к пульповой подаче концентрата в реактор. Для этого влажность флотационных концентратов доводят в репульпаторе до 20—22%, из репульпатора их насосом подают в рас­ ходный бак, снабженный мешалкой, а из расходного бака — в

реактор через загрузочную трубу, установленную горизонталь­ но напротив разгрузочного отверстия на 150—200 мм выше уровня кипящего слоя (загрузочная труба входит во внутрь ре­

актора на 150—200 мм). Труба в конце сжата и загнута вниз под углом 30°. Для равномерного распределения падающей в реак­ тор пульпы в эту же трубу через специальные патрубки вводят немного сжатого воздуха. Концентрат, попадая в реактор, сме­ шивается с горячим «кипящим» огарком, быстро сушится и об­ жигается.

Поступающий в реактор свежий материал вытесняет через сливной порог соответствующее количество огарка. Отходящие газы направляются в циклон, затем в котел-утилизатор и в элек­

трофильтр. Дальнейшую очистку газа производят в сернокислот­ ном цехе. Схема установки реактора показана на рис. 33.

Регулирование теплового режима печей для обжига в кипящем слое

Обжиг в кипящем слое сопровождается выделением большо­ го количества тепла. Практика показала, что для удовлетвори­ тельного ведения процесса (оптимальная температура в реакто­

вает интенсивное ведение процесса, но исключает возможность

Рис. 33. Установка для обжига в кипящем слое, оборудованная утилизацион­ ными котлами:

башню

спекания и плавления частичек материала, и тщательно контролировать эту температуру. При обжиге медных концентратов ре­ комендуется поддерживать в реакторе температуру в пределах 820—860°. Регулировать температуру в реакторе можно по-раз­ ному:

1)возвращать в реактор часть обжиговых газов после их ох­ лаждения;

2)возвращать в реактор часть охлажденного огарка;

3)отводить тепло через теплообменные устройства внутри

печи;

4)вводить в реактор пульпу различной густоты.

Последний метод широко применяется на практике, так как

реактор при нем абсолютно герметичен, а подача жидкой пуль­ пы полностью механизирована. Работа насоса, подающего пуль­ пу в реактор, регулируется автоматически в зависимости от тем­ пературы процесса. Недостаток этого метода — снижение про­

цента использования тепла, получаемого в процессе обжига, так как тепло, затраченное на испарение воды, поступающей в реак­ тор, и на нагрев пара до 300—350°, теряется безвозвратно. Теп­ ловой баланс реактора производительностью 2700 кг цинкового концентрата в час приведен в табл. 24.

Таблица 24

Тепловой баланс печи КС при обжиге цинковых концентратов (производительность 2700 кг/час)

В тех случаях, когда не предусматривается утилизация в кот­

лах тепла отходящих газов, их направляют после охлаждения в

газоходах в группы последовательно включенных циклонов.

При обжиге в кипящем слое до 80% обжигаемого материала

(в зависимости от состава сырья и давления дутья) выносится из печи отходящими газами, поэтому особенно важно улавливать пыль. В различных точках цепи аппаратов осаждается следующее количество пыли (табл. 25).

Из реактора вытекает огарка 20—60% от общего количества обожженного материала.

Для нормальной работы реактора требуется регулировать скорость подачи воздуха и пульпы, так как от этого зависит

итемпература в реакторе. Регулирование ведется автоматически,

дистанционно. Практика показала, что оно обеспечивает надеж­

ную работу реактора.

Для остановки реактора нужно прекратить питание пульпой

ипостепенно сбавлять подачу воздуха. Даже после 25—30-часо-

вой остановки реактор можно быстро пустить, возобновив пода­ чу пульпы и воздуха.

Для пуска холодного реактора сначала в него загружают слой инертного материала толщиной 250—300 мм: можно использо­

вать хвосты обогатительной фабрики или готовый огарок. Слой

подогревают до 600—700°, применяя для этого нефтяную форсун­ ку, после чего реактор начинает нормально работать.

Ниже приведены некоторые данные о работе реакторов (табл. 26).

ЛИТЕРАТУРА

Г. Я. Лейзерович. Обжиг в кипящем слое, 1956, Москва, Металлургиздат. В. И. Смирно в, А. И. Тих о н о в. Обжиг медных руд и концентратов,

1958, Свердловск, Металлургиздат.

Г. М. Ш т е й н г а р т. Изучение и промышленное освоение обжига цинковых концентратов в кипящем слое на заводе «Электроцинк», ЦИИН, 1957.

ГЛАВА IV

ПЛАВКА МЕДНЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ В ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ

Краткие сведения о шихте отражательных печей

Плавка медного сырья — это пирометаллургический процесс,

во время которого твердые составляющие шихты нагреваются, рас­ плавляются, подвергаются химическим превращениям, в резуль­ тате которых получаются расплавленные материалы (штейн,

шлак, металлы), газы и уносимые с газами твердые частички шихты и пары металлов или их окислов.

Сырьем для плавки могут служить медная руда, сырые и обожженные медные концентраты.

В зависимости от химического состава проплавляемого сы­ рья к шихте прибавляют флюсы для получения шлака. Кроме

обычных металлургических флюсов (кварц, известняк, железная

руда), в качестве флюсов часто применяют руды, содержащие медь или золото. Такими рудами могут быть золотосодержащие

кварциты, медистые песчаники, богатые золотом участки «желез­ ных шляп» и пр. В плавку, как правило, поступают обороты и не­ которые шлаки медеплавильных заводов.

Топливом при отражательной плавке служит пылевидный уголь, нефть или природный газ. В настоящее время, когда поч­ ти всю добываемую руду обогащают, общепринятым агрегатом для плавки медных концентратов является отражательная печь, но иногда, в зависимости от качества сырья и местных специфи­ ческих экономических условий, применяются электропечи, шахт­ ные и другие печи.

Приступая к плавке, прежде всего необходимо выяснить сле­ дующее.

1. Содержание серы и меди в сырье, так как от этого, а также от минерального состава зависит количество и качество получае­

мого при плавке штейна.

2. Содержание в сырье остальных элементов, которые в конечном счете должны быть ошлакованы. Состав сырья по шлакуемым элементам (окислам) определяет характер и коли­ чество добавляемых флюсов и количество получаемого при этом шлака.

3. Целесообразность предварительного обжига. В настоящее время плавят как обожженные, так и сырые (необожженные) концентраты.

4.Размер частичек шихты, так как чем мельче шихта, тем лучше идет плавка при прочих равных условиях.

5.Физические и химические свойства применяемого флюса.

6.Минеральный (рациональный) состав сырья. Кроме твердой шихты, как правило, в отражательную печь сливают значитель­

ное количество жидкого конвертерного шлака с содержанием же­ леза (45—48%) и меди (1—5%). Помимо основных материалов,

всостав шихты могут войти цементная медь, заводские обороты

ишлаки рафинировочных печей.

Основным медьсодержащим сырьем в настоящее время слу­ жат флотационные концентраты.

Новейшее направление в обогащении — доизмельченне гру­ бых концентратов и дофлотация для увеличения степени извле­ чения и процентного содержания меди в концентратах. В связи с этим шихта отражательных печей со временем делается все бо­

лее и более железистой, так как стремление получить на обога­ тительных фабриках концентраты с высоким содержанием меди

приводит к снижению содержания пустой породы и, в частности,

кремнезема.

Это направление в обогащении способствует: 1) увеличению степени измельчения концентратов, что приводит к увеличению пылеобразования и к потере концентрата с отходящими печными газами, в особенности в тех случаях, когда печь загружается обожженным концентратом; 2) постепенной замене динасового огнеупора основным.

Важнейшие химические реакции отражательной плавки

Основная задача отражательной плавки — расплавление ших­ ты и возможно полное отделение (отстаивание) шлака от штейна в ванне печи. Протекающие химические реакции зависят от ха­ рактера плавки.

При плавке сырых сульфидных материалов шихта при загруз­ ке образует в печи крутые откосы (~42—45°). Сразу же после загрузки начинает интенсивно выделяться влага из шихты, что

препятствует ее быстрому прогреванию. Все же поверхностный

слой шихты через несколько минут нагревается до температуры плавления сульфидов (1000—1100°), которые плавятся и стекают в ванну печи. Поверхностный слой прогревается настолько бы­ стро, что пирит, халькопирит и некоторые другие сульфиды не

успевают полностью продиссоциировать до расплавления, поэто­

му одновременно с плавлением сульфидов идет только частичная диссоциация по реакциям:

FeS2->FeS + V2S2;

2CuFeS2-»Cu2S 4- 2FeS 4- X/2S2;

2CuS Cu2S 4- 1/2S2;

2Cu3FeS3 3Cu2S + 2FeS 4- X/2S2.

He разложившиеся высшие сульфиды растворяются в штей­ не *. Выделяющиеся пары серы удаляются с отходящими газами.

В потоке газов сера сгорает до. SO2.

Выделение серы (диссоциация) в условиях отражательной плавки ограничено поверхностным слоем, так как нет перемеши­

вания шихты.

Обожженные сульфидные материалы загружают в печь при 500—700° сразу же после обжига, которому обычно подвергают концентраты с высоким содержанием серы и железа. Поэтому

огарок в основном состоит из окислов железа, остатков первич­ ных и вторичных сульфидов, которые при плавке в отражатель­

ной печи реагируют следующим образом:

10Fe2O3 + FeS = 7Fe3O4 + SO2;

3Fe3O4 + FeS = lOFeO + SO2;

2FeO + SiO2 — 2FeO • SiO2 (шлак)

При плавке сырой и обожженной шихты в зависимости от со­ става переплавляемого материала происходят еще и такие реак­ ции:

разует сравнительно пологие откось» под углом 27—30° к гори­

зонту.

При отражательной плавке часто образуются тугоплавкие сое­ динения. В большинстве случаев это магнетит Fe3O4, который по­ падает в отражательную печь в большом количестве с конвертер­ ными шлаками, сливаемыми в печь в жидком виде. Кроме того,

1 См., например, А. Н. Вольский. Основы теории металлургичес­ ких плавок, Металлургиздат, 1943, стр. 69.

магнетит присутствует и в огарке, а также получается в резуль­ тате частичного восстановления

9Fe2O3 + FeS -> 6Fe3O4 + FeO + SO2.

В табл. 27 приводятся данные о содержании магнетита в различ­

ных продуктах плавки, систематизированные за пятнадцать лет работы завода при плавке сырой шихты.

Таблица 27

В тех случаях, когда печь работает на обожженном материа­ ле, магнетит попадает в нее как с конвертерными шлаками, так и с огарками. Поступление магнетита с различных переделов за­ вода при плавке обожженного концентрата приведено в табл. 28.

Всего было получено 70 330 т отвального шлака с содержанием 2,3% Fe3O,4, т. е. в шлак перешло 1618 т Fe3O4, или 11,5% от об­

щего количества введенного в процесс плавки феррита.

Магнетит — тугоплавкий материал и трудно восстанавливает­ ся до FeO. Вследствие этого затрудняется образование шлака

Невосстановленный магнетит часто осаждается на подине печи, под нарастает,в результате чего уменьшается объем ванны и мо­

жет сильно сократиться срок кампании печи.

Количество осаждаемого магнетита зависит от количества магнетита, поступающего в печь, от качества штейна и от темпе­ ратуры ванны. На рис. 34 показана растворимость магнетита в