Основы металлургии (стр. 2 )

При кучном выщелачивании кусковую руду в виде кучи (рис. 80) объемом до 6000 тыс. т укладывают на водонепроницаемое основание, подготовленное специально или представляющее со­бой площадку из скального грунта. Основание должно иметь односторонний уклон для организованного сбора растворов в специальных бассейнах (отстойниках).

Вода и оборотные растворы после выделения меди периоди­чески подаются на орошение кучи сверху и медленно протекают через нее на основание, растворяя при этом медь. Растворы, полу­ченные при кучном выщелачивании, содержат 0,3... 3,0 г/л Си.

Выщелачивание в кучах при незначительных капитальных и эксплуатационных затратах позволяет обрабатывать огромные массы забалансового сырья и получать ощутимые количества дополнительной меди. Кучное выщелачивание используют для извлечения меди из карьерных отвалов на Балхашском ГМК. Предполагается применить этот способ к бедным рудам некото­рых месторождений Средней Азии.

Подземное выщелачивание, как естественный процесс, про­исходит на всех эксплуатируемых шахтным способом месторожде-; ниях сульфидных медных руд. Оно может быть организовано искусственно на отработанных или законсервированных шахтах для извлечения меди из оставшихся целиков и обрушенных гор­ных пород.

Подземное выщелачивание может проводиться речной водой, оборотными растворами и рудничными водами. Для облегчения доступа растворителя к рудным телам пробуривают скважины.

Процесс идет очень медленно и продолжается годами. Раст­воры подземного выщелачивания с содержанием 1,8 ... 2,5 г/л Си собирают в нижних выработках и откачивают на поверхность. Стоимость меди, полученной этим методом, состоит главным образом из затрат на бурение скважин, перекачку растворов и выделение меди из растворов.

Перколяция. При перколяционном выщелачивании раствор просачивается через слой руды, расположенном на ложном днище. Руды дробят до крупности 4-8 мм и загружают в чаны, емкостью 5-10 тыс т. Циркуляцию растворов обеспечивают с помощью насосов. Цикл обработки руды 8-13 дней. Загрузка и выщелачивание 6-8 сут; промывка 1-3 сут; выгрузка отвальных хвостов после выщелачивания. В раствор извлекается 75-90% Cu (20-40г/л Cu, 10-40 H2SO4; 4,5-13 Fe) Извлечение меди при цементации 90-98%. Расход железа на 1 т 1,5-2,5 т.

1.4  Сущность обжига медных концентратов. Охарактеризовать обжиг медных концентратов в печи кипящего слоя и на агломашине

Целью окислительного обжига в пирометаллургии меди явля­ется частичное удаление серы и перевод части сульфидов железа в форму шлакуемых при последующей плавке оксидов. Это вызвано стремлением получить при плавке, проводимой в условиях незначительного окисления, штейны с содержанием не менее 25 ... 30 % Си. Окислительный обжиг медных концентратов проводят при 750 ... 900 °С. При этих температурах окисление сульфидов про­ходит преимущественно с образованием оксидов. В общем виде процесс горения сульфидов описывается уравнением

2MeS + 3О2 = 2МеО + 2SO2 + Q, (2)

При температурах не более 600 ... 650 °С стабильными, являются сульфаты:

MeS + 202=MeS04. (3)

Образование сульфатов перед плавкой на штейн нежелательно, так как это ведет к снижению десульфуризации. Верхний температурный предел (900 °С) ограничен тем, что при более высоких температурах может начаться плавление от­дельных сульфидов и их наиболее легкоплавких эвтектик, что может привести к спеканию мелких частиц шихты. При обжиге порош­ка спекание недопустимо. Процесс обжига состоит из следующих основных элементарных стадий: нагрева и сушки шихты, термической диссоциации высших сульфидов, воспламенения и горения сульфидов. Нагрев шихтовых материалов сопровождается удалением вла­ги и происходит как за счет теплопередачи от горячих газов, так и за счет теплоты реакций окисления. После нагрева шихты до температуры ~ 350... 400 °С начинаются почти одновременно процессы диссоциации сульфидных минералов и их воспламенение. Термическому разложению подвергаются только высшие суль­фиды по реакциям:

FeS2=FeS + l/2S2; (4)

2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 1/2S2; (5)

2CuS=Cu2S+l/2S2. (6)

Выделяющиеся пары серы сгорают в окислительной атмосфере печи по реакции: S + 02 = S02.

При окислительном обжиге медных концентратов преимущест­венно окисляются сульфиды железа. Причиной этого является большее сродство железа к кислороду и меньшее к сере, чем у меди

Основными реакциями окислительного обжига медных концент­ратов являются:

2FeS + 3,5О2 = Fe2O3 + 2SO2 + 921000 кДж; (7)

2FeS2 + 5,5O2 = Fe2O3 + 4SO2 + 1655000 кДж; (8)

2CuFeS2 + 6O2 = Fe2O3 + Cu2O + 4SO2. (9)

При обжиге возможно также окисление сульфидов меди по реакции

Cu2S+ l,5 О2 = Cu2О + SО2+ 38435 кДж. (10)

Однако вследствие большого сродства меди к сере она вновь сульфидируется по обменной реакции

Cu2О + FeS = Cu2S + FeO + 168060 кДж. (11)

Cu2О фактически в огарке не будет.

Все реакции окисления сульфидов и элементарной серы экзо-термичны. Выделяющейся в условиях обжига медных концентра­тов теплоты, как правило, более чем достаточно для самопроизволь­ного протекания обжига, который является типичным автогенным процессом. Основным способом обжига медных концентратов в настоящее время является обжиг в кипящем слое (КС). Сущность обжига в КС заключается в том, что через слой кон­центрата (шихты) продувается восходящий поток воздуха или обогащенного кислородом дутья с такой скоростью, при которой все зерна исходного материала приходят в непрерывное возвратно-поступательное движение, похожее на кипящую жидкость, что и послужило Механизм образования КС сводится к следующему. Если через слой сыпучего материала продувать снизу газ, слой сначала бу­дет разрыхляться, а при определенной скорости подачи дутья приобретает основные свойства жидкости - подвижность, теку­честь, способность принимать форму и объем вмещающего сосу­да и т. д. Такое состояние сыпучего материала называется псевдо­жидким или псевдоожиженным. Оно наступит при определенной критической скорости газового потока wmin, при которой подъем­ная сила газового потока будет равной общей массе твердого материала.

При дальнейшем увеличении расхода дутья до второй крити­ческой скорости wmax объем (высота) слоя сохранит примерно постоянное значение. Режим дутья от wmin до wmax отвечает об­ласти псевдоожижения. В этих условиях частицы обжигаемого материала поднимаются струйками газового потока на некоторую высоту, а затем падают, витая в пределах КС.

При повышении скорости дутья выше wmax объем сыпучего материала начинает резко увеличиваться. Шихта принимает взвешенное состояние, что сопровождается интенсивным пыле-выносом обжигаемых частиц.

При обычных режимах обжига в КС пылевынос составляет 20 ... 30 % от массы исходной шихты.

Печи КС на СУМЗе имеют круглое сечение с наружным диамет­ром 5,57 м при толщине футеровки стен 445 мм. Высота печей 4 или 9 м (более высокие печи работают эффективнее). Площадь пода печи 16,5 м2, высота сливного порога 1,5 м, живое сечение пода (отношение площади сечения всех сопел к общей площади пода) в рабочей камере пода 0,7 %, в форкамере 0,9 %. Избыточная теплота отводится 16 холодильниками, вводимыми непосредствен­но в КС. Для разогрева печи при пуске служат 4 нефтяные форсунки.

Шихта обжига состоит из концентратов, флюсов и оборотов, смешение которых осуществляется в механизированном шихтар-нике. Готовую шихту перед обжигом подсушивают в сушильных барабанах до влажности 5 ... 6 %.

Отходящие газы после выхода из обжиговой печи проходят трехстадийную очистку от пыли в циклоне диаметром 2,7 м, в двух параллельных группах циклонов диаметром 900 мм (12 шт.)

и в трубчатом электрофильтре. Уловленную пыль объединяют с огарком и отправляют в плавку на штейн в отражательные печи. Очищенные от пыли газы используют в сернокислотном производстве.

1.5  Характеристика типов шахтной плавки медных руд и концентратов. Основные реакции, параметры процессов, составы продуктов плавки

1.6 

Шахтная плавка медных руд является наиболее старым спосо­бом плавки на штейн, существовавшим несколько столетий и сохранившим свое практическое значение до настоящего времени.

Шахтная печь представляет собой плавильный аппарат с верти­кальным рабочим пространством, похожим на шахту. В поперечном сечении шахтные печи цветной металлургии имеют прямоугольную форму. Шихту, состоящую из руды и флюсов, и топливо периодически загружают на колошниковой площадке отдельными порциями, называемыми колоши. В нижней части печи через фурмы вдувают воздух. В области фурм топливо (кокс или сульфиды перерабатываемой шихты) сгорает, и там разви­ваются самые высокие температуры (до 1300... 1600 °С). Зона высоких температур называется фокусом печи. За счет выде­ляющейся теплоты в фокусе печи происходит плавление шихты и завершается образование продуктов плавки.

Жидкие продукты плавки (шлак и штейн) стекают во внутренний горн, откуда они совместно выпускаются по сифонному желобу в передний горн на отстаивание. Раздельный выпуск штейна и шлака осуществляется из переднего горна.

По мере плавления шихта опускается вниз, а на ее место загру­жают новые порции. Газы, образовавшиеся в области фурм и вы­ше, поднимаются вверх, пронизывают столб опускающейся шихты и отдают ей свою теплоту. Теплообмен между газами и шихтой по принципу противотока обеспечивает самый высокий коэффи­циент использования теплоты, наблюдающийся в металлургических печах и достигающий в шахтных печах 80 ... 85 %.

По сравнению с большинством других плавильных печей в шахтных печах можно плавить только кусковой материал круп­ностью 20... 100 мм. В случае переработки мелкой шихты (руды или концентратов) ее необходимо подвергать предварительному окускованию методами агломерации или брикетирования.

I Применительно к переработке медных руд и концентратов воз­можны четыре разновидности шахтной плавки: восстановительная, пиритная (окислительная), полупиритная и усовершенствованная пиритная или медно-серная. В современной металлургии меди сохранили свое практическое значение при переработке рудного сырья только два последних метода. Восстановительную шахтную плавку используют до настоящего времени как основной метод получения черновой меди из вторичного сырья.