Технологические расчеты в металлургии меди. Учебное пособие

Так как по условиям расчета 92 % всей массы железа в шлаке связано в FeO, а 8 % – в Fe3O4, можно определить массу этих компонентов:

где GFeшл – масса вюстита (FeO) в шлаке, кг,

GFeOшл = 28,87 · 10092 · 55,8471,84 =34,17 кг;

извлечение цинка в шлак, %. После подстановки численных значений получаем GZnшл = (1,6 + 1,0) · 45 / 100 = 1,17 кг.

Тогда масса ZnO в шлаке составит

GZnOшл = GZnшл · ZnO ,

Zn

где GZnOшл – масса оксида цинка в шлаке, кг,

GZnOшл = 1,17· 65,3881,38 =1,45кг.

Масса свинца в шлаке GPbшл = (GPbк−т + GPbк. ш ) · εPbшл / 100, где εPbшл – извлечение свинца в шлак, %. После подстановки численных

значений получаем GPbшл = (0,6 + 0,33) · 20 / 100 = 0,19 кг.

Тогда масса PbO в шлаке

GPbOшл = GPbшл · µµPbO ,

Pb

81

где GPbOшл – масса оксида свинца в шлаке, кг,

GPbOшл = 0,19 · 207,2223,2 =0,20кг.

Массамедившлаке GCuшл = GCuк−т + GCuк. шл – GCuшт =20+2,66–22,12=

= 0,54 кг.

Соотношение Cu2O и Cu2S в шлаке зависит от содержания меди в штейне, и при расчете массы этих соединений можно использовать отношение

GCu2O

L = GCuCu2S ,

Cu

где GCuCu2O – масса меди в составе Cu2O, кг; GCuCu2S – масса меди в составе Cu2S, кг.

В данном примере, при содержании меди в штейне 26,46 %, значение L будет равно примерно 0,4. Тогда можно найти массу меди в составе Cu2S:

Масса меди в составе Cu2O:

GCuCu2O =GCuшл −GCuCu2S = 0,54 – 0,385 = 0,154 кг.

Масса Cu2O:

GCuшл2O = GCuCu2O · 2µCuµ2O , Cu

где GCuшл2O – масса оксида меди в шлаке, кг,

82

GCuшл2O = 0,154 · 127143 =0,173 кг.

Масса кислорода в шлаке, связанного с железом, цинком, свинцом и медью,

GOшл = GFeOшл + GFeшл3O4 + GZnOшл + GPbOшл + GCuшл2O – GFeшл – GZnшл –

– GPbшл – GCuCu2O = 34,17 + 3,19 + 1,45 + 0,2 + 0,173 –

–28,87 – 1,17 – 0,19 – 0,154 = 8,81 кг.

Вшлак из концентрата и конвертерного шлака полностью перейдут следующие компоненты:

SiO2:

GSiOшл2 =GSiOк−т2 +GSiOк. шл2 = 2,0 + 14,63 = 16,63 кг;

CaO:

GCaOшл =GCaOк−т +GCaOк. шл = 2,0 + 14,63 = 16,63 кг;

Al2O3:

GAlшл2O3 =GAlк−2тO3 = 1,5 кг;

MgO:

GMgOшл =GMgOк−т = 1,0 кг.

Масса прочих в шлаке:

Gпршл = Gпрк−т + Gпрк. шл – Gпршт = 2,0 + 1,31 – 0,84 = 2,47 кг.

Таким образом, можно установить массу и содержание компонентов самоплавкого (без добавки флюсов) шлака (таблица 19).

Согласно заданным условиям, для получения отвального шлака необходимо увеличить содержание в шлаке SiO2 до 37 % и CaO до 9 %. Корректировку состава шлака осуществляем добавкой флюсов – кварца и известняка. Предварительно рассчитаем (см. химический состав флюсов, указанный в начальных условиях для расчета) содержание во флюсах CO2 (в составе CaCO3) и прочих (таблица 20).

83

Таблица 19 – Состав самоплавкого шлака

В кварце содержание СО2:

CCOкв 2 =CCaOкв µµCO2 ,

CaO

где CCOкв 2 – содержание СО2 в кварце, %; CCaOкв – содержание CaO в кварце, %,

CCOкв 2 = 1,0 5644 = 0,78 %.

Содержание прочих:

Cпркв =100−(CSiOкв +CCaOкв +CMgOкв +CAlкв2O3 +CCOкв 2 ),

где Cпркв – содержание прочих в кварце, %;

CSiOкв – содержание SiO в кварце, %; CMgOкв – содержание MgO в кварце, %; CAlкв2O3 – содержаниеAl2O3 в кварце, %,

Cпркв = 100 – (90 + 1,0 + 2,0 + 4,0 + 0,78) = 2,22 %.

84

В известняке содержание СО2:

CCOизв2 =CCaOизв µµCO2 ,

CaO

где CCOизв2 – содержание CO2 в известняке, %; CCaOизв – содержание CaO в известняке, %,

Содержание прочих в известняке:

Cпризв =100−(CSiOизв2 +CCaOизв +CAlизв2O3 +CCOизв2 ),

где Cпризв – содержание прочих в известняке, %,

Cпризв = 100 – (2 + 51 + 6,8 + 40) = 0,2 %.

Таблица 20 – Состав флюсов

Расчет необходимого количества флюсов произведем с использованием балансовых уравнений по каждому из добавляемых компонентов. Принимаем, что в шлак переходят все компоненты флюсов, за исключением CO2. Тогда масса отвального шлака после добавки флюсов будет следующей:

где Gшлотв – масса отвального шлака, кг; Gшлс – масса самоплавкого шлака, кг;

85

Gкв – масса кварцевого флюса, кг;

Gизв – масса известняка, кг,

= 63,40 + 0,99 · Gкв + 0,60 · Gизв.

Балансовые уравнения: -- по кремнезему

где GSiOшл2 – содержание SiO2 в отвальном шлаке,

16,63+10090 Gкв +1002 Gизв =10037 Gшлотв ;

16,63+0,9 Gкв +0,02 Gизв = 0,37 Gшлотв ;

-- по оксиду кальция

где GCaOшл – содержание CaO в отвальном шлаке, %,

2,13+1001 Gкв +10051 Gизв =1009 Gшлотв ;

2,13+0,01 Gкв +0,51 Gизв = 0,09 Gшлотв .

Решив балансовые уравнения, получим массу кварца Gкв = 16,91 кг и массу известняка Gизв = 10,80 кг.

Далее рассчитаем окончательный состав шлака (таблица 21).

С флюсами в шлак дополнительно переходят следующие компоненты:

86

SiO2:

GSiOшл.2 д =10090 Gкв +1002 Gизв ;

GSiOшл.2 д = 0,9 16,91+0,02 10,80 =15,44кг;

CaO:

GCaOшл. д =1001 Gкв +10051 Gизв ;

GCaOшл. д = 0,01 16,91+0,51 10,80 =5,68кг;

Al2O3:

GAlшл.2Oд3 =1002 Gкв +1006,8 Gизв ;

GAlшл2O. д3 = 0,02 16,91+0,068 10,80 =1,07 кг;

MgO:

Cкв

GMgOшл. д = 100MgO Gкв ;

GMgOшл. д =1004 Gкв ;

GMgOшл. д = 0,04 16,91=0,68кг.

87

Прочие:

Gпршл. д = 2,22100 Gкв + 0,20100 Gизв ;

Gпршл. д =0,022 16,91+0,002 10,80 =0,40кг.

Масса отвального шлака рассчитывается по приведенной выше формуле:

Gшлотв = 63,4 + 0,99 · 16,91+ 0,60 ·10,80 = 86,66 кг.

Таблица 21 – Состав отвального шлака

Содержание меди в конечном шлаке составляет 0,62 %, что в принципе является удовлетворительным результатом (на практике содержание Cu в шлаке для отражательной плавки составляет 0,4…0,6 %). В случае если содержание меди значительно отличается от приведенного выше значения, необходимо подкорректировать исходные условия, в первую очередь показатель извлечения меди в штейн из концентрата, и повторить расчет. Корректировка производится путем составления пропорции между переходом меди в шлак (100 – εCuшт ) и содержанием меди в шлаке в процентах.

88

Расчет состава технологических газов

Отходящие газы отражательной плавки состоят из технологических газов, газов от сжигания топлива (топочных), а также подсосов воздуха, поступающих в печь. В технологические газы будут переходить следующие компоненты: сера в виде сернистого газа SO2, углекислый газ CO2, пары воды и частично испаряющиеся цинк и свинец в виде PbS.

Будем считать, что кислород, необходимый для окисления серы, а также содержащийся в штейне и шлаке, поступает в результате подсосов воздуха в печь через загрузочные течки, окна и т.д. Кроме того, для этих целей будет использоваться кислород конвертерного шлака, что необходимо учесть при расчете. Общий объем подсосов воздуха – 400 % от объема дутья, поступающего на сжигание топлива, поэтому его окончательный расчет производится после расчета потребности кислорода при горении угля.

Масса серы, переходящей в газы, GSг = GSк−т – GSшт – GSшл = 38,0 –

– 20,9 – 0,1 = 17,0 кг.

Сера в газах находится в виде SO2 и PbS, поэтому сначала рассчитаем количество сульфида свинца.

Масса свинца, содержащегося в газах, GPbг = (GPbк−т + GPbк. ш. ) × × εPbг / 100, где εPbг – извлечение свинца в газовую фазу, %. После подстановки численных значений получаем GPbг = (0,6 + 0,33) · (100 –

– 45 – 20) / 100 = 0,326 кг.

Масса PbS составляет

GPbSг =GPbг µµPbS ,

Pb

GPbSг = 0,326 207,2239,2 =0,38кг (0,04 м3).

Масса серы, содержащейся в PbS,

GSPbS =GPbSг −GPbг = 0,38 – 0,326 = 0,05 кг.

Масса серы, содержащейся в виде SO2,

GSSO2 =GSг −GSPbS = 17,0 – 0,05 = 16,95 кг.

Масса кислорода, расходуемого на окисление серы,

89

Углекислый газ поступает после разложения CaCO3 и MgCO3, содержащихся в концентрате и флюсах.

Масса СО2:

-- получаемого из концентрата, GCOк−т2 = 2,5 кг; -- получаемого из флюсов,

Общая масса CO2 составляет

GCO2 =CCOк−т2 +CCOфл 2 = 2,5 + 4,46 = 6,96 кг.

Объем CO2:

VCO2 = GCOµ2CO22,42 = 6,964422,4 =3,54м3.

Для определения массы паров воды рассчитаем массу влажных кварца и известняка (масса влажного концентрата Gквл−т была рассчитана ранее):

GHк−2Oт =Gквл−т −100,

где GHк−2Oт – масса воды в концентрате, кг,

90