Металлургия меди, никеля и кобальта (стр. 2 )

Казахстан также располагает крупными месторождениями медных руд. Главнейшее из них Джезказганское месторождение представляет собой медистые песчаники. Основные минералы - халькопирит, борнит, халькозин.

Вторым важнейшим типом медных месторождений Казахстана является Коунрадское месторождение, представляющее собой медно - порфировые руды. Основные рудные минералы - пирит, халькопирит, халькозин, второстепенныне - борнит, ковеллин.

Крупными месторождениями меди располагает Восточный Казахстан, которые представлены колчеданным типом руд. Основные минералы - пирит, халькопирит, второстепенные - пирротин, халькозин, борнит.

Переработка медных руд и концентратов осуществляется на заводах в городах Жезказган и Балхаш, которые относятся к корпорации «Казахмыс».

Принципиальная технологическая схема переработки сульфидных медных руд приведена на рисунке 1.1.

Она включает основные технологические операции: обогащение медных руд, обжиг медных концентратов, плавка на штейн, конвертирование медных штейнов, огневое рафинирование меди и электролитическое рафинирование меди. Электролитически рафинированная медь направляется в большей части потребителю, коим является, в основном, электротехническая промышленность. Часть меди подвергается плавке на вайербарсы, которые направляются на изготовление специальных медных изделий.

Плавке на штейн могут подвергаться непосредственно медная руда, медный концентрат или обожженный концентрат. В некоторых технологических процессах возможно получение черновой меди непосредственно из медной руды или медного концентрата. Черновая медь, получаемая различными способами, обязательно подвергается огневому и электролитическому рафинированию. Образующиеся в процессе электролитического рафинирования шламы содержат благородные и рассеянные металлы. Они направляются на соответствующую переработку, с целью извлечения этих металлов.

Рисунок 1.1- Принципиальная технологическая схема переработки сульфидных медных руд.

1.2 Подготовка медных руд и концентратов к металлургической переработке

В металлургии меди большое внимание оказывают подготовке руд и концентратов к металлургической переработке. Это связано с тем, что от качества подготовки шихты к металлургическим переделам существенно зависят технико - экономические показатели технологических процессов.

Подготовка шихты к металлургической переработке заключается в следующих процессах:

- усреднение по химическому и вещественному составу;

- подготовка медьсодержащих материалов и флюсов по гранулометрическому составу: для переработки сырья в шахтных печах используют окускование мелких материалов: а при переработке сырья в пламенных печах и печах плавки в пылевидном состоянии - дробление и измельчение крупных материалов;

- перемешивание шихтовых компонентов с целью получения однородной по химическому, вещественному и гранулометрическому составу:

- предварительное удаление влаги до оптимального ее содержания в шихте.

1.2.1 Усреднение и шихтовка

Обычно усреднение осуществляется по какому - либо компоненту. Например, при плавке на шлак, когда показатели плавки зависят от таких свойств шлака, как температура плавления, вязкость и других физико - химических свойств, усреднение целесообразно вести по одному из компонентов шлака. Поскольку содержание меди в различных материалах колеблется в широких пределах, то усреднение можно осуществлять по меди.

Усреднение металлсодержащих материалов возможно только при наличии хорошего складского хозяйства, которое в состоянии обеспечить бесперебойную работу отделения усреднения. Обычно запасы материалов, которые хранятся на складах, должны обеспечивать 10 -30 дней бесперебойной работы предприятия. Для хранения шихтовых материалов в медной промышленности обычно используют склады закрытого типа. Такие склады оборудованы мостовыми кранами, снабжёнными грейферами, крюком для подвески коромысла и электромагнитом. Они имеют специальную систему отопления, обеспечивающую поддержание плюсовой температуры в складе в любое время года. Разгрузка концентратов и других шихтовых материалов в таких складах осуществляется в бункера или траншеи, разделённые на отсеки.

Однако наличие закрытых складов не исключает организацию разгрузки и хранения материалов на складах открытого типа. Основной составной частью таких складов являются эстакады или траншеи, позволяющие разгрузить средний железнодорожный состав.

Механизация погрузочно-разгрузочных работ осуществляется экскаваторами, бульдозерами, мостовыми и эстакадными кранами.

Склады открытого и закрытого типов соединены между собой железнодорожной колеёй или асфальтированной автомобильной дорогой. Как на отечественных, так и зарубежных заводах широкое распространение получил способ послойного штабелирования различных по составу концентратов, флюсов и оборотных материалов. Концентраты, флюсы и оборотные материалы послойно разгружают в штабеля ёмкостью 8 -10 тыс. тонн шихты. Длина штабеля составляет 60 - 80 м, ширина 15-16м и высота 5-6м. При загрузке каждый компонент взвешивается на транспортёрных весах и опробывается. Это позволяет достаточно точно сшихтовать штабель. Разгрузка материалов в штабель осуществляется с помощью шихтопогрузочной машины, состоящей из тележки со скребковым транспортёром и подвешенной к ней бороны с зубьями, погружающимися в торец штабеля. Борона имеет форму сечения штабеля и устанавливается под углом, несколько большим, чем угол естественного откоса шихты.

Подготовленная таким образом шихта подаётся на металлургическую переработку.

1.2.2 Сушка мелких материалов

Как правило, медные концентраты, поступающие с обогатительных фабрик имеют влажность 12-18%. Это в основном гигроскопическая влага, задерживаемая мельчайшими частицами концентрата. Переработка такого влажного материала без предварительной подсушки нерациональна. При переработке такой шихты возникают трудности с транспортировкой и загрузкой материала в печь. При этом снижается производительность металлургического агрегата, увеличивается количество отходящих газов и их коррозионная способность. Исходя из экономической целесообразности, устанавливают оптимальное содержание влаги в шихте или концентрате. Так влажность концентрата, поступающего на холодную грануляцию должна составлять 6-12%, в отражательную печь - 3,5-5%, в печь для плавки в пылеобразном состоянии - 0,1-1%.

Сушка мелких материалов осуществляется в сушильных печах барабанного типа и трубах - сушилах.

На практике для сушки материалов используются сушильные барабаны. обладающие следующими техническими характеристиками:

- диаметр - 1500 – 3000 мм;

- объём сушильного пространства - 14-86 м3;

- число оборотов - 5 об/мин;

- масса барабана - 13-17 тонн.

Для поддержания материала в барабане во взвешиваемом состоянии внутри его вмонтированы распределительные устройства или насадки. Они изготовляются из стальных пластин и имеют разную форму. Коэффициент заполнения сечения барабана составляет 0,1-0,25%.

В качестве сушильного агента обычно используются дымовые газы, образующиеся в результате сжигания в печи природного газа или мазута. Для сжигания используют горелки турбулентно - диффузионного горения. Расход природного газа составляет порядка 140 м3 в час. На каждую печь устанавливают обычно две горелки. Газы, поступающие из топки, имеют температуру 700 - 800оС. Время пребывания материала в печи 20 - 40 минут.

Удельная производительность барабана на 1м3 объёма барабана составляет 75-90 кг/ч влаги. Пылевынос составляет 6-8%. Отходящие газы подвергаются очистке от пыли в электрофильтрах. Коэффициент полезного действия электрофильтров составляет 98-99%.

Труба-сушило представляет собой вертикальную стальную трубу диаметров 900 мм и высотой 22 м. Труба изолирована минеральной ватой. Подсушка материала осуществляется за счёт сжигания природного газа. Сжигание газа осуществляется в многосопловых горелках с принудительной подачей воздуха. Расход газа 600-700 м3/ч. Продукты сгорания на выходе из топки разбавляются вторичным воздухом для поддержания температуры в топке 500-700оС. На входе в трубу - сушило температура составляет порядка 300–500оС. Скорость газов в сушильной камере составляет 30-40 м/с. Разделение твёрдой шихты от газа осуществляется в сепараторе и циклонах, расположенных непосредственно после сушильного агрегата. Производительность трубы в пересчёте на влагу составляет около 350 кг/(м3ч).

Процесс сушки, как в барабанных печах, так и в трубах - сушилах механизирован и автоматизирован.

1.2.3 Окускование мелких материалов

Окускование мелких материалов необходимо для подготовки шихты к процессу плавки в шахтных печах. Плавка в таких печах материалов крупностью менее 10 - 15 мм существенно ухудшает газопроницаемость шихты. Это приводит к неравномерному распределения воздуха и газа в сечении печи. При этом процесс плавки расстраивается, образуются настыли. Возможно даже замерзание печи. Следовательно, мелкий материал перед шахтной плавкой необходимо окусковать.

Окускование материала осуществляется брикетированием, агломерацией и холодной грануляцией с последующей прокалкой гранул. Выбор способа окускования материалов определяется, прежде всего, технологической схемой металлургического предприятия.

Брикетирование сульфидных медьсодержащих материалов осуществляется, как правило, с добавкой связующих компонентов. Для брикетирования материалов для медно - серной плавки осуществляется из материалов: руда, пыль, брикетная мелочь, известняковая пушонка, трепел.

Известняковая пушонка представляет собой гашёную известь, содержащую практически чистую гидроокись кальции Са(ОН)2.

Трепел - аморфный кремнезём, содержащий 73-75% SiO2, 5,05% FeO, 10,4% Al2O3, 1,93% CaO.

Содержание влаги в шихте 39 - 40%. После предварительного измельчения ( руда 8 мм, трепел 0,5 мм, известь 3 мм) шихтовые компоненты поступают в смесительный барабан. Состав шихты: руда + брикетная мелочь 87- 90%, трепел - 6-8%, известь 4-5 %.В смесительный барабан подают пари небольшое количество воды. В барабане одновременно протекает процесс смешения и гашения извести. Процесс длится порядка 45-60 минут. Готовая шихта подаётся на механические пресса для брикетирования. Диаметр брикета 110 мм, высота 76- 80 мм, вес 2,0-2,2 кг. Производительность пресса 6000 брикетов в час. Полученные брикеты поступают в автоклавы для пропарки. Процесс пропарки длится 5 - 6 часов при температуре 175оС и давлении 750-800 кН/м2. В автоклаве протекает химическая реакция: