Основы металлургии (стр. 3 )

При восстановительной плавке, пригодной для переработки окисленного или вторичного сырья, вся необходимая для про цесса теплота получается за счет сжигания кокса, расход ко­торого составляет не менее 15 % от массы твердой шихты.

Пиритная плавка в проти­воположность восстановительной теоретически полностью может протекать за счет теплоты от окисления (сжигания) самой суль­фидной шихты, имеющей тепло­ту сгорания 5000 ... 6000 кДж/кг. Вследствие очень напряженного теплового баланса на практике в печь вводили до 2 % кокса. Пи­ритная плавка, пригодная для переработки только высокосернис­тых руд, содержащих не менее 75 % пирита (~ 42 % серы), в чис­том виде потеряла свое практическое значение.

В тех случаях, когда сульфидов в исходной шихте не хватает для автогенного ведения шахтной плавки, недостаток теплоты компенсируют сжиганием углеродистого топлива. Такой вид шахтной плавки, при которой теплота получается как от горения сульфидов, так и от сжигания топлива, получил название полу-пиритной. Расход кокса при этом виде шахтной плавки изменяется от 5 до 12 %. Таким образом, полупиритная плавка занимает промежуточное место между восстановительной и пиритной плавками.

Основные процессы, определяющие ход и характер полупиритной плавки, развиваются в фокусе печи, где достигаются макси­мальные температуры (до 1600 °С) и протекают процессы горения кускового кокса и сульфидов (в твердом и жидком состояниях), плавления компонентов шихты, штейно - и шлакообразования. Основные реакции этой зоны печи следующие:

С + 02 = С02 + 393780 кДж; (15)

2FeS + ЗОг = 2FeO + 2SO2 + 937340 кДж; (16)

2FeO + SiO2 = 2FeO-SiO2 + 92950 кДж. (17)

Для успешного и быстрого завершения этих реакций плавку нужно вести форсированно с большим избытком дутья - до 100 % от теоретически необходимого. Интенсификации процесса полу-пиритной плавки способствуют обогащение дутья кислородом и его подогрев.

При большом избытке воздуха кислород дутья не успевает израсходоваться в фокусе печи и в большом количестве выносится в верхние слои шихты, в подготовительную зону. В результате этого в верхней части столба шихты наряду с обычными для этой зоны процессами нагрева, сушки и термической диссоциации высших сульфидов и карбонатов происходит горение твердых сульфидов.

Содержание меди в штейнах в зависимости от состава перера­батываемого сырья изменяется от 15 до 50 %, шлаки содержат, %: SiO2 35 ... 40; FeO 45 ... 60; CaO 3... 12 и Си 0,3... 0,35.

Полупиритная плавка характеризуется следующими технико-экономическими показателями:

Удельный проплав, т/(м2 • сут)	60... 120
Содержание меди, %:
в шихте	15... 30
в штейне	30... 60
в шлаке	0,5... 1,0
Содержание серы в шихте, %	12... 30
Степень десульфуризации, %	60... 75
Извлечение меди в штейн, %	90...92
Расход кокса, % от шихты	5... 12

Полу-пиритным процессом можно плавить богатую кусковую руду и агломерат, полученный агломерирующим обжигом флота­ционных концентратов.

Достоинствами этого вида плавки являются пригодность процесса для малых масштабов производства, так как шахтные печи могут быть построены любой длины, и высокая удельная производительность. Ограниченность применения шахтной плавки обусловлена почти полным отсутствием пригодного для этого вида плавки рудного сырья и низкой степенью комплексности его использования.

Медно-серная плавка в классическом варианте по своему существу представляет собой пиритную плавку высокосернистых руд, содержащих не менее 40... 42 % серы, в комбинации с усо­вершенствованным методом обработки печных газов с целью получения серы в элементарном состоянии. Для этого сульфидную руду в смеси с кварцевым флюсом и увеличенным количеством кокса (до 12 %) плавят в герметизированной шахтной печи с увеличенной высотой.

Характерным для медно-серной плавки является существование в печи по высоте трех четко выраженных зон: окислительного плавления (нижняя), восстановительной (средней) и подготови­тельной (верхней).

В зоне окислительного плавления, расположенной в области фурм и имеющей очень ограниченные размеры, развиваются самые высокие в печи температуры (1200 ... 1450 °С). Необходимая для плавки теплота выделяется в результате протекания основной реакции пиритной плавки:

2FeS + ЗО2 + SiO2 = 2FeO • SiO2 + 2SO2 + 1030290 кДж. (18)

Эта реакция суммирует два процесса, описываемые реакциями (16) и (17).

В классической пиритной плавке не допускается никаких отклонений от стехиометрии реагентов реакции (18). Избыток или недостаток любого из исходных реагентов приводит к нару­шению теплового режима плавки, сокращению или растягиванию фокуса печи. Теоретически при пиритной плавке весь кислород дутья должен обязательно полностью расходоваться в области фурм, и до фурм не должен доходить кокс. В противном случае пиритный эффект пропадает и печь замерзает с образованием "козла".

Жидкие продукты пиритной плавки стекают во внутренний горн печи и далее - в наружный отстойник, а газы, состоящие почти полностью из сернистого ангидрида и азота, устремляются вверх и поступают в среднюю, восстановительную зону, запол­ненную раскаленным коксом.

Основным процессом этой зоны является восстановление сернистого ангидрида до паров элементарной серы по реакциям:

2SO2 + 2C = S2(nap) + 2CO2; (19)

2SO2 + 4CO = S2(nap) + 4CO2. (20)

Для наиболее полного восстановления S02 в средней зоне на этом участке печь резко расширяется вверх, что снижает скорость движения газового потока и увеличивает за счет этого время контакта между реагентами. В восстановительной зоне, кроме указанных реакций протекают другие побочные процессы, приво­дящие к образованию CS2, COS, H2S и др. Газы восстановительной зоны, пронизывая верхние слои шихты, обогащаются парами элементарной серы, образующимися при термической диссоциации высших сульфидов.

Специфика процесса медно-серной плавки требует применения для ее осуществления печей специальной конструкции. Для того, чтобы сохранить серу в парообразном состоянии, нужно в верхней части печи иметь температуру не ниже 500... 550 °С. Это достигается уменьшением потерь теплоты через стенки печи, которые в верхней части представляют огнеупорную кладку, закрепленную в железном кожухе. В печах медно-серной плавки кессонируется только фурменный пояс.

Чтобы избежать обратного окисления серы, печь герметизируют и внутри нее поддерживают положительное давление. Гермети­зация загрузки достигается уста­новкой затворов колокольного типа. При загрузке шихта сна­чала поступает на верхний коло­кол, затем перепускается в меж­колокольную емкость, откуда только после закрытия верхнего колокола разгружается в печь.

Продуктами медно-серной плавки являются медный штейн, шлак и серусодержащие газы. Вследствие относительно низкой десульфуризации первичные штейны содержат обычно не более 10... 15 % Си. Такие штейны для повышения эффективности последующего процесса их конвертирования необходимо подвер­гать повторной, так называемой концентрационной (сократитель­ной) плавке в отдельной шахтной печи по методу полупиритного процесса, что повышает концентрацию меди в штейнах до 40... 42 %. Штейн и шлак печей первичной плавки после отстаива­ния в переднем горне разливают в чушки на ленточных разливоч­ных машинах, что чрезмерно загромождает плавильный пролет и затрудняет обслуживание печей.

Газы, состоящие почти полностью из образовавшихся в пла­вильной печи паров элементарной серы и азота дутья и содержа­щие S02, H2S, CS2> COS и другие ядовитые серусодержащие соединения, по выходе из печи направляются в химический цех для получения из них элементарной серы.

Медно-серная плавка характеризуется следующими основными технико-экономическими показателями:

Удельный проплав, т/(м3 • сут)	40... 50
Расход кокса, % от руды	9,5... 12,0
Содержание меди в первичном штейне, %	5... 15
Выход продуктов плавки, % от руды:
штейна	22... 36
шлака	67... 85
Извлечение, %:
меди в штейн	90... 94
серы в газы	65... 75
серы из газов в элементарную серу	85... 90
Содержание серы в товарном продукте, %	99,6... 99,95

1.6  Сущность и назначение огневого рафинирования меди. Привести составы продуктов передела.

Цель огневого рафинирования сводится к частичной очистке меди от примесей, обладающих повышенным сродством к кисло­роду, и подготовке ее к последующему электролитическому ра­финированию. При огневом рафинировании из расплавленной меди стремятся максимально удалить кислород, серу, железо, никель, цинк, свинец, мышьяк, сурьму и растворенные газы. Медь после огневого рафинирования разливают в слитки плас­тинчатой формы с ушками - аноды, которые направляют в электро­лизный цех. Поэтому печи для огневого рафинирования часто называют анодными печами.

На современных предприятиях для огневого рафинирования меди используют в основном два типа печей: стационарные отра­жательные и наклоняющиеся.

Основано на меньшем сродстве Cu к О2 в сравнению с примесями. Поэтому образующийся и частично растворяющийся в расплаве меди оксид меди (1) является окислителем по сравнению к многим металлопримесям.