Технологические расчеты в металлургии меди. Учебное пособие

В его состав будут входить следующие объемы компонентов:

где VCH4 – объем CH4, м3;

где VC2H6 – объем C2H6, м3;

где VN2 – объем N2, м3. Отсюда

VCH4 = 4,2210090 =3,80м3;

VC2H6 = 4,221007 = 0,30м3;

VN2 = 4,221003 = 0,13м3.

Используя закон Авогадро, рассчитаем потребность в кислороде и объемы образующихся продуктов по реакциям горения компонентов природного газа.

Для реакции горения CH4:

где VOCH2 4 – объем кислорода на сжигание CH4, м3;

где VСOCH24 – объем СО2, образовавшегося при сжигании CH4, м3;

61

где VHCH2O4 – объем H2O, образовавшегося при сжигании

CH4, м3.

Отсюда

VOCH2 4 =2 3,80 =7,60 м3;

VСOCH24 =3,80 м3;

VHCH2O4 =2 3,80 =7,60 м3.

Для реакции горения C2H6:

Отсюда

VOC22H6 =3,5 0,30 =1,03 м3;

VСOC2H2 6 =2 0,30 =0,59 м3;

VHC22OH6 =3 0,30 =0,89 м3.

Таким образом, на сжигание 4,22 м3 природного газа (3,27 кг) потребуется кислорода:

где VOпр2 . газ – объем кислорода на сжигание природного газа, м3;

62

VOпр2 . газ =7,60 +1,03=8,63 м3.

С этим объемом кислорода будет поступать следующий объем азота, в соответствии с составом дутья:

Отсюда

GОпр.2 газ = 8,6322,432 =12,33кг;

63

где Vдутпр. газ – объем дутья, м3. Отсюда

Gдутпр. газ =12,33 +5,81=18,14 кг;

Vдутпр газ =8,63 +4,65=13,28 м3.

В состав топочных газов будут входить СО2, H2O и N2 (из дутья и природного газа).

Количество СО2:

64

Если процесс плавки проводится с использованием топлива, то получающиеся отходящие газы будут состоять из технологических и топочных, состав и количество которых можно определить путем объединения данных из таблиц 13 и 14.

65

5 Материальный баланс металлургического процесса

Как уже отмечалось выше, материальный баланс представляет собой таблицу, характеризующую качественные и количественные соотношения между всеми поступающими в переработку материалами (приход) и всеми полученными при этом продуктами

(расход) [8].

Для большей наглядности и точности материальные балансы составляют не только по материалам, но и по основным компонентам. Компоненты, которые распределяются по большинству продуктов металлургического процесса, или меняющие в процессе переработки форму содержащих их соединений, в материальном балансе представляются в виде химических элементов (медь, никель, железо, сера, кислород и т.д.), а переходящие в один из продуктов металлургической переработки – в форме химических соединений. К последним в первую очередь относятся шлакообразующие оксиды (кремнезем, оксиды кальция, магния, алюминия и т.д.).

В правильно рассчитанном и составленном материальном балансе суммарные весовые количества поступающих сырьевых материалов (приходная часть) и полученных продуктов металлургической переработки (расходная часть) должны быть равны или отличаться друг от друга не более, чем на 1 % (невязка баланса). Если невязка баланса превышает эту величину, то следует проверить расчет и устранить обнаруженные ошибки или произвести расчет заново.

Структура материального баланса определяется типом металлургического процесса и характером перерабатываемых материалов. Примерные структуры материальных балансов важнейших металлургических процессов, применяемых в металлургии меди и никеля, приведены ниже.

Структура материального баланса окислительного обжига сульфидных материалов

Структура материального баланса отражательной плавки

66

Структура материального баланса процесса конвертирования

Структура материального баланса современного автогенного процесса

Как видно из приведенных выше примерных структур материальных балансов важнейших пирометаллургических процессов, в большей своей части они имеют значительную общность. Это указывает на возможность использования однотипных методик для металлургических расчетов.

Иногда на практике по условию задачи составление полного материального баланса не является необходимым, когда нужно ограничиться ответом на поставленный вопрос. Однако в этих случаях, как правило, имеют дело также с материальным балансом, по частным, составленным, например, по одному элементу, химическому соединению и т.д.

Если извлечение рассчитано по одному из основных продуктов процесса (по штейну, файнштейну или черновой меди), то оно называется прямым.

67

Однако существует необходимость расчета полного извлечения, т.е. с учетом переработки и дополнительного извлечения (доизвлечения) в готовую продукцию ценного компонента из попутных или оборотных продуктов процесса (шлаков, пылей и т.д.).

Используемый на практике термин – содержание металла в шлаке – является комплексным понятием. Основной смысл его заключается в характеристике уровня соответствия отвального шлака кондиционному содержанию в нем ценного металла. Если в шлаке содержание металла низкое, это еще не значит, что извлечение в процессе высокое. Необходимо учитывать выход шлака, т.е. его количество, и оперировать абсолютными значениями металла, направляемого со шлаком в отвал.

Порасчетуабсолютныхколичествценногоэлемента,переходящего во все продукты процесса, определяются безвозвратные потери по разности между приходными статьями и полученными.

Таким образом, даже решение, на первый взгляд, простых задач, в той или иной степени вызывает необходимость прибегать к составлению материальных балансов – полного, по одному, двум и более элементам или соединениям.

Выше были рассчитаны количества исходных материалов и полученных продуктов процесса плавки медного концентрата на штейн. Эти расчеты позволяют составить материальный баланс плавки. В известной мере он будет упрощенным, так как в него не включены такие статьи баланса как «пыль», «безвозвратные потери»

ит.д. Тем не менее он позволяет проверить правильность расчетов

ипредставить их в виде сводной таблицы, являющейся итоговым материалом предыдущих расчетов (таблица 15), без учета горения топлива. В таблице материального баланса наглядно представлено

распределение всех элементов и компонентов, участвующих в процессе плавки, – по исходным материалам и получаемым продуктам.

Какова же цель составления материального баланса? Материальный баланс является основой для организации

технологического процесса. Исходя из него проводится шихтовка исходных материалов, устанавливаются дутьевые параметры, расходы топлива (если оно используется в процессе). Все это направлено на получение заданных по составу продуктов. Чем точнее выполнен расчет материального баланса, тем ближе он соответствует действительным составам и количествам получаемых продуктов.

68

Другое немаловажное значение составления материального баланса процесса заключается в прямом использовании его результатов (точнее потоков исходных материалов и полученных продуктов и их составов) при расчете тепловых балансов.

Материальный баланс процесса кладется в основу экономических расчетов, связанных с технико-экономической оценкой действующего или вновь создаваемого процесса. Понятно, что правильность выполненных металлургических расчетов и играет решающую роль.

и особенно создание новых процессов невозможны без расчета материального баланса.

69