1.3. Промышленные способы обжига и плавки

Вышеперечисленные виды обжига и плавки лежат в основе всех пирометаллургических технологий цветной металлургии как традиционных, так и самых новых, современных. Детальное рассмотрение этих технологий является предметом специальных металлургических дисциплин. Здесь же мы только упоминаем некоторые из них в порядке ознакомления с терминологией.

Зачастую названия промышленных технологий совпадают с названиями видов обжига или плавки, отражающими физико-химическую сущность технологий. Таковы кальцинирующий и агломерирующий обжиги, фторирование, хлорирование, окислительная концентрационная, восстановительная, металлотермическая, реакционная, рафинировочная, зонная плавки. На реакции вытеснения свинца из его сульфида железом с осаждением свинца на подине печи основана осадительная плавка.

Часто технологии получают название от названия металлургического агрегата, в котором осуществляется плавка или обжиг. Так, отражательная плавка металлов и сплавов осуществляется в отражательной печи, в которой теплота передается нагреваемому материалу непосредственно от газообразных продуктов сгорания топлива, а также излучением (отражением) от раскаленной огнеупорной кладки. Аналогично получили названия такие процессы, как шахтная, вакуумная дуговая, индукционная, рудно-термическая и некоторые другие виды плавок. Например, циклонная плавка основана на вихревом сжигании пылевидного топлива, вдуваемого в циклонную печь. В ней совмещаются обжиг и плавка сульфидного сырья с возгонкой из него некоторых металлов, что обеспечивает наиболее полное использование теплоты экзотермических реакций и тем самым сокращает расход топлива. Горновую плавку, осуществляемую в горне, применяют для частичной выплавки свинца из богатых (около 75 % Pb) концентратов. Гарнисажная плавка проводится в гарнисаже - защитном, специально наращиваемом слое для предотвращения взаимодействия жидкого металла или шлака с футеровкой печи или стенками металлической формы. Обжиг руд или концентратов в “кипящем слое” осуществляют в печи “кипящего слоя”, в которой зернистый материал, подвергаемый тепловой обработке, находится в псевдоожиженном состоянии (как бы кипит). Конвертирование - окислительную пирометаллургическую переработку жидких медных, свинцовых или никелевых штейнов проводят в конвертере путем продувки окислительным газом (воздухом или кислородом). Конвертерный передел предназначен, во-первых, для окисления части сульфидов штейна (обычно сульфидов железа и цинка) и их последующего перевода в шлаковые расплавы и, во-вторых, для превращения сульфида основного металла в черновой металл.

Т

6*

ретья группа способов получила названия от названий исходного перерабатываемого сырья или продуктов плавки. Таковы рудные плавки и плавки на штейн. Пиритная плавка - это переработка в шахтных печах пиритных медных руд в смеси с кварцем и известняком без добавки кокса или с добавкой небольшого количества (2-4 %) коксовой мелочи; полупиритная плавка - это тоже переработка пиритных медных руд, но с пониженным (менее 70 %) содержанием пирита, с добавкой кокса в количестве 10-12 % от массы шихты. Медно-серная плавка - это разновидность пиритной плавки высокосернистых руд в комбинации с обработкой печных газов с целью получения серы. Штейн медно-серной плавки переплавляется в шахтной печи вместе с кварцевым флюсом, известняком и коксом для получения обогащенного медью (до 25-40 % Cu) штейна - это сократительная плавка.

Иностранное происхождение имеют названия таких процессов, как вельцевание и фьюмингование. Вельцевание - это процесс переработки шлаков свинцового, медного и оловянного производства, твердых остатков цинкового производства (кеков, раймовки и пр.) с целью дополнительного извлечения ценных металлов путем восстановительной обработки и возгонки при 1100-1200 ⁰С. (Возгонка или сублимация- непосредственный переход вещества при нагревании из твердого в газообразное состояние, минуя жидкую фазу). Продуктами процесса являются возгоны металлов (свинца, цинка, олова и др.), а также клинкер, содержащий, обычно, медь. Фьюмингование - это процесс обработки жидких шлаков свинцовой или оловянной плавки путем продувки восстановителем (угольной пылью или природным газом) для извлечения в газовую фазу ценных компонентов (олова, цинка, кадмия и др.). В надшлаковой зоне пары металлов снова окисляются, уносятся током газов в виде свободных оксидов и осаждаются в пылеуловителях.

Особую группу составляют автогенные процессы плавки, которые осуществляются полностью за счет внутренних энергетических ресурсов без затрат посторонних источников тепловой энергии - углеродистого топлива или электрического тока. При переработке сульфидного сырья, обладающего достаточно высокой теплотворной способностью, шихта расплавляется за счет теплоты экзотермических реакций окисления сульфидов железа и цветных металлов. Одной из основных разновидностей автогенной плавки является плавка во взвешенном состоянии (ПВС), в которой измельченный сульфидный концентрат вдувают в разогретое до высоких температур плавильное пространство печи в токе подогретого воздушного или кислородного дутья. Когда используется кислородное дутье, эту плавку называют кислородно-факельной (КФП).

К автогенной относится также кислородно-взвешенная циклонная электротермическая плавка (КИВЦЭТ), сочетающая принципы плавки во взвешенном состоянии и циклонной плавки. Совмещенные процессы обжига и плавки, например, сульфидного медно-цинкового концентрата проходят в циклонной камере кивцэтного агрегата, куда шихта вдувается кислородом. После разделения расплава в отстойной зоне на штейн и шлак последний поступает на доработку в электротермическую печь агрегата, где шлак подвергается восстановлению с целью возгонки паров цинка и обеднения шлаков по меди.

Еще один автогенный процесс - плавка в жидкой ванне (ПЖВ) или процесс Ванюкова А.В.(ПВ), в котором кусковую шихту загружают в печь непосредственно на расплав. Плавка осуществляется за счет тепла от окисления сульфидов, применяемое дутье обогащено кислородом на 60-75 %. Вначале эта технология была опробована на медном сырье, а затем получила всеобщее признание, как применимая для переработки разнородного сырья, в том числе и для переработки твердых бытовых отходов.

За рубежом для переработки сульфидного сырья применяют различные автогенные процессы, наиболее эффективными из которых являются процессы фирм Оутокумпу, Мицубиси, Норанда.

П

6-Колобов Г.А.

роцессы обжига и плавки проводят в металлургических печах. Для обжига руд и концентратов применяют многоподовые, трубчатые печи и печи кипящего слоя. Для плавки руд и концентратов наибольшее распространение получили пламенные печи, в которых процессы плавления идут либо в слое шихты, либо во взвешенном состоянии. К первым относятся отражательные и шахтные печи, ко вторым - печи КФП и агрегаты кивцэтной плавки. К электрическим печам, применяемым для плавки руд и концентратов, относятся рудно-термические печи.

Отражательные печи применяются, в основном, для плавки на штейн медной и медно-никелевой шихты и для рафинирования черновой меди. Для переработки руд и концентратов в металлургии меди, никеля и свинца, а также для переработки вторичного сырья широкое распространение получили шахтные печи. В печах КФП осуществляется, например, кислородно-факельная плавка сульфидного медного концентрата, а в агрегатах кивцэтной плавки - переработка сложных полиметаллических концентратов (медно-цинковых, свинцово-цинковых, медно-оловянных и др.). Рудно-термические печи применяют для переработки рудного сырья и продуктов производства меди, никеля, свинца, олова, титана, например, для плавки на штейн сульфидных медно-никелевых руд или для плавки на шлак ильменитового концентрата.

Для плавки цветных металлов и сплавов, особенно во вторичной металлургии, применяют отражательные печи различной конструкции, а также индукционные - канальные и тигельные. В металлургии тугоплавких редких металлов используются вакуумные печи - дуговые, электронно-лучевые, плазменные и печи электрошлакового переплава.