Технология металлургических процессов (стр. 4 )

Полнота обжига определяется величиной десульфуризации (Д), т. е. отношением количества серы, удаленной в газы, к ее первоначальному содержанию в шихте. Десульфуризацию выражают в процентах. При Д=100% обожженный материал будет полностью состоять из оксидов и при последующей плавке штейн не получится. Поэтому обжиг проводят частично с тем, чтобы получит штейн, содержащий не менее 25-30% меди.

В шахтных печах можно перерабатывать только кусковой материал; в этом случае проводят окислительный обжиг со спеканием на агломерацион­ных машинах - агломерирующий обжиг.

Плавка на штейн является одним из важнейших переделов технологиче­ской схемы пирометаллургического способа получения меди. Основная зада­ча передела - максимально высокое извлечение цветных металлов. Совре­менные процессы плавки обеспечивают извлечение до 94-98 % меди.

Другая важная задача состоит в осуществлении процесса с минималь­ными затратами энергии. Применяют следующие виды плавки на штейн:

1.  Отражательная плавка сырых (необожженных) концентратов или огарка.

2.  Плавка в рудно-термических электрических печах.

3.  Плавка в шахтных печах руды или концентрата после предваритель­ного окускования путем брикетирования или агломерации.

4.  Кислородно-факельная плавка (КФП).

5.  Взвешенная (финская) плавка («Оутокумпу»).

6.  Плавка Ванюкова.

Отражательная плавка - это традиционный способ переработки бо­гатых сульфидных и карбонатных руд, обожженных и необожженных (сы­рых) флотационных концентратов. В печи перерабатывают также конвертер­ные шлаки, оборотные пыли. В качестве топлива используют природный газ, мазут, угольную пыль. В мировой практике примерно 35% меди получают с использованием отражательной плавки.

Основной целью отражательной плавки медьсодержащего сырья явля­ется расплавление шихты с получением штейна и шлака, обеспечивающее максимальный перевод в штейн меди и сопутствующих ценных компонентов (например, золота и серебра), и ошлакование пустой породы.

Содержание меди в штейне колеблется от 20 до 60 % и зависит в основном от состава шихты, поскольку регулировать состав штейна невозможно.

Шлака образуется в 1,1-1,5 раза больше, чем штейна. Состав шлака, %: 30-46 SiO2; 32-46 FeO; до 15 СаО; до 12 Al2O3.

Отражательная плавка имеет ряд недостатков: низкая удельная производительность; высокий расход топлива; низкий тепловой КПД; трудности утилизации бедных серосодержащих газов; высокий расход огнеупоров.

Плавка в рудно-термических электрических печах. Принципиальное отличие электроплавки состоит в том, что шихта в печи плавится за счет джоулева тепла, выделяющегося при пропускании электрического тока через шлаковый расплав. Перед плавкой сырье нуждается в сушке. Для плавки медного сырья используют шестиэлектродные электропечи. Удельная производи­тельность электрических печей выше, чем производительность отражатель­ных печей, и достигает 13 т/м в сутки, для электроплавки характерен невысо­кий выход шлака и меньшие абсолютные потери с ним металлов. Расход электроэнергии при электроплавке медных концентратов зависит от их соста­ва и влажности и колеблется от 380 до 550 кВт×ч/т шихты.

Электропечи целесообразно использовать для тугоплавких концентра­тов, богатых медью и бедных по сере, в районах с дешевой электроэнергией. Доля электроплавки в общем объеме производства меди не превышает 5% .

Плавка в шахтных печах - это наиболее старый способ плавки на штейн. В шахтных печах можно перерабатывать только кусковой материал (20-100 мм) для обеспечения газопроницаемости столба шихты.

В производстве меди используют следующие разновидности шахтной плавки: восстановительная, пиритная, полупиритная, медно-серная.

Восстановительную плавку используют для переработки окисленного или вторичного сырья (медный, латунный лом, стружка, шлаки литейные и рафинировочные).

Пиритная плавка пригодна для переработки высокосернистых руд, содержащих более 75% пирита (около 40-42 % серы). Такой материал теоретически может плавиться без топлива. Тепло выделяется при окислении пирита и халькопирита. Теплотворная способность высокосернистой шихты состав­ляет 5000-6000 кДж/кг (1 кг FeS; энергетически эквивалентен 0,2 кг кокса).

Из-за отсутствия богатых колчеданных руд пиритная плавка потеряла свое практическое значение, но она является прототипом современных автогенных процессов, и на ее основе были разработаны полупиритная и медно­серная плавки.

Полупиритную плавку проводят, если в шихте недостаточно сульфидов для автогенности плавки, а недостаток тепла компенсируют добавкой кокса.

При полупиритной плавке получают штейны, содержащие 15- 0 % ме­ди; шлаки содержат, %: 35-40 SiO2; 45-60 FeO; 3-2 CaO; 0,3-3,5 Си. Расход кокса 5-12 % массы шихты, степень десульфуризации 60-75%; удельный проплав - 60-120 т/м в сутки.

Медно-серная плавка представляет собой пиритную плавку высокосернистых руд в комбинации со специальной обработкой печных газов с целью получения серы в элементном состоянии.

Шахтная плавка - интенсивный и сравнительно дешевый процесс. Конструкция печей проста, характерен низкий расход огнеупоров, невысокий расход топлива. Применение шахтной плавки ограничено отсутствием кускового рудного сырья и низкой степенью комплексности его использования.

Традиционные технологические схемы переработки сульфидного сырья перестали удовлетворять требованиям по охране окружающей среды, а увеличение затрат на сырье, топливо, заработную плату, капитальные вложения привели к снижению экономической эффективности производства цветных металлов.

Новые технологические процессы основаны на использовании тепла, выделяющегося при окислении сульфидов. Такие процессы получили назва­ние автогенных плавок. Принцип автогенности использовался ранее (пиритная плавка) и широко применяется в традиционных технологиях (окислитель­ный обжиг, конвертирование штейнов).

Сульфидные концентраты относятся к низкоэнергетическим видам топлива. Для их автогенной переработки требуются или подогрев дутья, или его обогащение кислородом. Оба эти приема широко используются в практике.

Развитие автогенных процессов привело к созданию двух способов их реализации, отличающихся местом окисления и плавки сульфидов; взвешен­ная плавка и плавка в расплаве. В первом случае окислительные процессы протекают в шихтово-дутьевом факеле, а формирование фаз завершается в жидкой ванне, куда попадают расплавленные частицы шихты. При плавке в расплаве окислительное дутье и шихту подают в ванну расплава, где происходит окисление и формирование фаз.

Кислородно-факельная плавка (КФП) - полностью автогенный про­цесс плавки медных концентратов в факеле с использованием в качестве окислителя технологического кислорода (95 % О2). В печи сжигают сухую сульфидную шихту в горизонтальном факеле. Значительная часть сульфидов меди и железа окисляется, образуется много магнетита, получают богатые по меди шлаки. При плавке получают штейн с содержанием 50-55 % меди.

Газы удаляются через газоход в центре печи. Они содержат 60-80 % SO2; их используют для производства жидкого диоксида серы или серной ки­слоты.

Производительность печи 10-12 т/(м×сут). Для процесса КФП харак­терно выделение большого количества избыточного тепла, поэтому стены, свод и газоход имеют водоохлаждаемые кессоны.

Взвешенная (финская) плавка. Этот процесс разработан фирмой «Оутокумпу» и в настоящее время является наиболее аппаратурно и технологически отработанным и распространенным. Его используют во многих странах мира для переработки медных, никелевых и пиритных концентратов. Плавку осуще­ствляют на подогретом до 450-500°С воздушном дутье или на дутье, обога­щенном кислородом до 30-50%. Используют и комбинированное дутье.

При плавке получают штейн с содержанием меди 50-60%, шлаки, содержащие 0,7-2,0% меди, и газы (14-16% SO2), используемые для производ­ства серной кислоты или элементной серы.

Шлаки подвергают обеднению флотацией, электроплавкой или обра­боткой пиритом. Производительность печей достигает 1500т/сут шихты или 8-10 т/(м2×сут).

Плавка Ванюкова (ПВ). В ней используется принцип плавки в жидкой ванне. Сырье непрерывно загружают на поверхность расплава, барботируемого кислородсодержащим газом. Плавка и окисление сульфидов происходит в расплаве шлака (а не штейна!). Плоскость сечения печи в области фурм делит внутренний объем печи на две части: верхнюю надфурменную (барботируемую) и нижнюю подфурменную, где расплав находится в сравнительно спо­койном состоянии. Физико-химические процессы формирования штейна, шлака, укрупнение частиц штейна осуществляются в надфурменной зоне. Крупные капли сульфидов оседают в слое шлака, и в подфурменной зоне об­разуются слои шлака и штейна. Продукты плавки непрерывно выпускают че­рез соответствующие сифоны в противоположных сторонах печи.

Для плавки пригодна шихта различной крупности: и флотоконцентраты, и кусковый материал крупностью до 50 мм. Влажность шихты может дости­гать 10%. Автогенность процесса регулируют содержанием кислорода в ду­тье, которое находится в пределах 40-70%. Отходящие газы (40-60% SО2) используют в производстве серной кислоты. В связи с тем, что шихта плавит­ся в шлако-штейновой эмульсии, пылевынос не превышает 1% .

Удельная производительность агрегата достигает 80т/(м×сут). Содержание меди в шлаках составляет 0,01% от содержания в штейне.

Оценивая различные способы плавки сульфидных медных шихт, можно констатировать, что традиционные методы плавки в отражательных, электрических и шахтных печах теряют свое значение.

Получают распространение новые прогрессивные автогенные или полуавтогенные процессы, позволяющие использовать для плавления шихты теплотворную способность сульфидов, сокращают или полностью исключа­ют использование посторонних источников энергии. Эти процессы имеют повышенную удельную производительность, увеличивают степень использования серы, сокращают капитальные и эксплуатационные затраты, снижают загрязнение окружающей среды.

Автогенные процессы проводят путем окисления сульфидов во взвешенном состоянии (в факеле) или после их предварительного расплавления (в расплавах). Плавка во взвешенном состоянии предусматривает специальную подготовку шихты по гранулометрическому составу и влажности. Для процессов плавки во взвешенном состоянии характерны относительно невысокая про­изводительность (не более 10т/(м×сут) и большой пылевынос (до 10%).