1.6 Автогенные процессы
При выборе технологии переработки сульфидного сырья предпочтение должно отдаваться автогенным или полуавтогенным процессам, использующим теплоту от сжигания сульфидов для плавления шихты. Использование теплоты сгорания сульфидов полностью устраняет или резко сокращает затраты углеродистого топлива или электроэнергии.
Все автогенные плавки являются совмещенными. Они объединяют в одном металлургическом аппарате процессы обжига, плавки и частично или полностью конвертирование. Это позволяет наиболее рационально и концентрированно (в одном месте) переводить серу шихты в газы.
При этом в зависимости от содержания кислорода в дутье можно получать газы с различным содержанием SO2, вплоть до чистого сернистого ангидрида.
Автогенные процессы позволяют создавать технологические схемы, обеспечивающие минимальные энергетические затраты, высокую комплексность использования сырья и предотвращение загрязнения воздушного и водного бассейнов.
Принцип автогенности при переработке сульфидных материалов давно используется в металлургии меди. Примером типичных автогенных процессов, применяемых ранее или широко используемых в современной металлургической практике, могут служить пиритная плавка, окислительный обжиг сульфидных концентратов и конвертирование штейнов.
Сжигание сульфидов может производиться во взвешенном состоянии (в факеле) или в расплаве. Соответственно, по принципу сжигания сульфидов все существующие автогенные процессы объединяются в две группы:
1. автогенные плавки во взвешенном состоянии
Процессы, относящиеся к этой группе, имеют наибольшее распространение в цветной металлургии. Самые известные процессы из данной группы – кислородно-взвешенная (или кислородно-факельная), КИВЦЭТ-процесс, финская плавка.
2. автогенные процессы в расплаве
Особый интерес в этой группе представляют процессы: «Норанда» (Канада), «Мицубиси» (Япония), ПЖВ (СССР).
Плавка в жидкой ванне (ПЖВ) среди автогенных процессов занимает особое место. Её разработка была начата в 1951 г. в Московском институте цветных металлов и золота им. М. И. Калинина под научным руководством профессора А. В. Ванюкова и продолжается ныне в Московском институте стали и сплавов. В зарубежной практике этот процесс больше известен как процесс Ванюкова.
Принцип плавки в жидкой ванне состоит в том, что перерабатываемое сырье непрерывно загружается на поверхность барботируемого окислительным газом расплава, где осуществляются с большой скоростью требуемые физико-химические превращения и генерируется тепло для поддержания необходимой температуры. Полученные в результате плавки расплавы (шлак, штейн или черновой металл) расслаиваются в подфурменной зоне и раздельно, непрерывно выпускаются из печи через сифоны. Шлак, отделенный от штейна, может подвергаться перед выпуском из печи восстановительной обработке для глубокого обеднения и отгонки цинка и других летучих компонентов. Штейн, отделенный от шлака, можно непрерывно конвертировать до чернового металла в том же аппарате.
Печь для плавки в жидкой ванне (рис. 8) представляет собой шахту, кессонированную в средней части и выполненную из огнеупорного кирпича ниже фурм. Боковые фурмы для подачи дутья с любым содержанием кислорода расположены в нижней части кессонированного пояса шахты, заполняемой расплавом до уровня 400-500 мм выше фурм. Общая высота шахты составляет 6-6,5 м. Компоненты шихты подаются дозировано в печь из бункеров. Предварительного смешения компонентов шихты не требуется.
1-расплав надфурменной зоны; 2-фурма; 3- штейновый сифон; 4-шлаковый сифон; 5-газоход
Рисунок 8 – Схема печи для плавки в жидкой ванне
Печь площадью поперечного сечения в области фурм 20 м2может перерабатывать до 1600 т шихты в сутки, что соответствует удельному проплаву до 80 т/(м2·сут), что более чем в 10 раз превышает проплав отражательной печи.
При плавке содержание меди в шлаках составляет не более 0,01 % от ее содержания в штейне.
Плавка в жидкой ванне и печь для ее осуществления позволяют непрерывно плавить на штейн и кусковые и мелкие материалы. При этом крупную шихту загружают на поверхность расплава, а мелкие и пылевидные материалы вдувают через фурмы. Материалы можно плавить любого состава – и медные, и медно-никелевые, и медно-цинковые руды и концентраты с влажностью до 7-8% и крупностью кусков до 50мм.
Содержание кислорода в дутье зависит от влажности исходной шихты. При плавке сухой шихты (1-2%) содержание кислорода 40-45%, при плавке влажной шихты (6-8%) – 55-65% О2.
Расплав в печи делится на две зоны: верхнюю надфурменную, где идет барботаж, и нижнюю подфурменную, где относительно спокойная зона. В верхней зоне осуществляется окисление сульфидов и укрупнение мелких сульфидных частиц. Затем крупные капли сульфидов спускаются сквозь слой шлака вниз, образуя слой штейна. Состав штейна можно регулировать широко, вплоть до получения черновой меди.
Принцип окислительного плавления сульфидов в расплавах, положенный в основу плавки в жидкой ванне, следует признать наиболее перспективным направлением развития автогенных процессов. Только этим можно объяснить повышенный интерес к нему за рубежом, где предложено много различных вариантов плавки в расплавах, направленных в основном на прямое получение черновой меди.