Металлургия меди, никеля и кобальта (стр. 6 )

В тоже время она обладает и существенными недостатками:

- самая низкая из всех плавильных агрегатов удельная производительность;

- низкий тепловой к. п.д.;

- высокий расход топлива;

- невозможность регулирования состава штейна;

- низкая комплексность использования сырья;

- высокий расход дорогостоящих огнеупоров.

Ниже приведены основные технико-экономические показатели работы отражательных печей.

Сырые Обожжённые

концентраты концентраты

Производительность печей, т/(м2·сут) 3-5 5-8

Расход условного топлива, % от шихты 18-22 14-16

Содержание меди в шлаке, % 0,25- 0,4 0,4-0,6

Извлечение меди в штейн,% 95-98 93-96

Степень десульфуризации, % 30-55 15-20

Выход, % от шихты:

штейна 50-80 40-60

шлака 60-86 70-80

Запылённость газов, г/м3 5-10 15-30

Аналогом отражательной плавки является руднотермическая плавка медных концентратов на штейн в электрических печах. По своему химизму плавка сульфидных медных концентратов в электрических печах на штейн практически не отличается от отражательной плавки. Основным принципиальным отличием её является метод нагрева шихты, которая плавится за счёт тепла, выделяющегося при пропускании электрического тока через шлаковый расплава. По сравнению с отражательной руднотермическая плавка характеризуется более высокой производительностью, которая составляет 10-12 т/(м2∙сут). Кроме того, она характеризуется более высоким тепловым к. п.д., который достигает 70%. Это позволяет перерабатывать более тугоплавкую шихту. Вследствие перегрева расплава снижаются потери меди с отвальным шлаком. Недостатком руднотермической плавки является то, что для её осуществления расходуется посторонний источник энергии и не используется в качестве источника энергии сульфидное сырьё. Плавка необожжённых медных концентратов на штейн в электрических печах используется на Жезказганском горно-металлургическом комбинате.

1.4.2 Плавка на штейн в шахтных печах

1.4.2.1 Типы шахтных печей

Шахтная плавка руд принадлежит к наиболее старым способам плавки на штейн. Она существует уже несколько столетий и сохраняет своё значение до настоящего времени.

Шахтная печь представляет собой плавильный аппарат с вертикальным рабочим пространством, похожим на шахту. В поперечном сечении шахтные печи имеют прямоугольную форму. Схематическое устройство печи представлено на рисунке 1.4.

Шихту, состоящую из руды, флюсов и топлива, периодически загружают через загрузочные окна на колошниковой площадке отдельными порциями, называемыми колошами. В нижней части печи через фурмы вдувают воздух. В области фурм топливо (кокс или сульфиды) сгорает. В результате в этой области развиваются высокие температуры в пределах 1300-1600оС. Зона высоких температур называется фокусом печи. В фокусе печи происходит плавление шихты и завершается образование продуктов плавки.

Продуктами плавки являются шлак и штейн, которые стекают во внутренний горн. Из внутреннего горна они совместно выпускаются по сифонному жёлобу в передний горн на отстаивание. Раздельный выпуск штейна и шлака осуществляется из переднего горна.

По мере плавления шихта опускается вниз, а на её место загружается новая порция шихты.

Газы, образующиеся в области фурм, поднимаются вверх, пронизывают столб опускающейся шихты и отдают ей свою теплоту. В этих условиях осуществляется теплообмен между газами и шихтой по принципу противотока. Такой теплообмен обеспечивает самый высокий коэффициент использования теплоты, наблюдающийся в металлургических печах. В шахтных печах он достигает 80-85 %.

1- внутренний горн, 2 - колошник, 3 - шахта печи, 4- фурмы,

5 - наружный (передний ) горн

Рисунок 1.4 - Схема устройства шахтной печи.

Одним из необходимых условий успешной работы шахтной печи является предварительное окускование руды. Это достигается методами брикетирования и агломерации.

Различают несколько видов шахтных плавок медьсодержащих материалов: восстановительная, пиритная (окислительная), полупиритная и усовершенствованная полупиритная или медно - серная плавка. В современной металлургии меди соё практическое значение сохранили только полупиритная и медно - серная плавки. Восстановительная плавка используется в настоящее время как основной метод получения черновой меди из вторичного сырья.

При восстановительной плавке, пригодной для переработки окисленного или вторичного сырья, вся необходимая для процесса теплота получается за счёт сжигания кокса, расход которого составляет не менее15 % от массы твёрдой шихты.

Пиритная плавка в принципе полностью может протекать за счёт тепла, выделяемого в процессе окисления сульфидов шихты. На практике, однако, в печь всё-таки приходится вводить порядка 2% кокса для обеспечения стабильного теплового баланса. Пиритная плавка пригодна для переработки руд, содержащих не менее 75 % пирита или 42 % серы. В чистом виде она потеряла своё значение.

Плавка, при которой в исходной шихте не хватает сульфидов для автогенного ведения процесса, и в которой недостаток тепла компенсируют сжиганием топлива, получила название полупиритной плавки. Расход кокса при проведении такой плавки колеблется в пределах от 5 до 12 %. Таки образом, полупиритная плавка занимает промежуточное положение между восстановительной и пиритной плавкой.

1.4.2.2 Полупиритная плавка

Основные процессы определяющие ход и характер полупиритной плавки, протекают в фокусе печи, где достигается максимальная температура, порядка 1600оС и протекают процессы горения кокса и сульфидов в твёрдом и жидком состояниях, плавления компонентов шихты, штейно - и шлакообразования.

В фокусе печи протекают следующие основные реакции:

C + O2 = CO2 (1.35)

2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2 (1.36)

2FeO + SiO2 = 2FeO·SiO2 (1.37)

Дутьё при проведении полупиритной плавке ведут с большим избытком воздуха. Избыток составляет до 100% от теоретически необходимого количества. В результате плавка происходит форсированно и химические реакции в реакционной зоне завершаются быстро.

При большом избытке воздуха, кислород дутья не успевает полностью израсходоваться в фокусе печи и в значительном количестве поступает в верхние слои шихты, в подготовительную зону. В результате этого в верхних слоях шихты наряду с процессами нагрева, сушки и термической диссоциации высших сульфидов и карбонатов происходит горение твёрдых сульфидов.

Обогащение дутья кислородом способствует интенсификации процесса.

Принципиальная схема устройства шахтной печи полупиритной плавки приведена на рисунке 1.5.

Печь покоится на массивном фундаменте. Основание печи - прямоугольную стальную плиту на стальных колоннах устанавливают на фундаменте. Стены печи собирают из водоохлаждаемых плоских железных коробок - кессонов. На внутренней стороне кессона образуется гарнисаж, который служит как огнеупор. Кессоны в разрезе имеют прямоугольную форму, а по высоте трапециидальную форму с меньшим основанием внизу.

1-газоход; 2-шатровый колошник; 3-створки загрузочных окон;

4-загрузочные плиты, 5-шахта печи; 6-водоохлаждаемые кессоны;

7–система охлаждения кессонов; 8-кольцевой воздухопровод; 9-фурмы;

10–лещадная плита;11- фундамент; 12- выпускной жёлоб; 13-передний горн

Рисунок 1.5 - Схема устройства шахтной печи для полупиритной плавки.

В области фурм ширина печи составляет 1,4 м, длина от 4 до 7м. Высота от лещади до колошника до 7м. Фурмы для вдувания воздуха закреплены на кессонах.

Жидкие продукты плавки штейн и шлак непрерывно выпускаются через жёлоб с порогом в передний горн с овальным поперечным сечением. Передний горн или отстойник представляет собой железное корыто, футерованное изнутри огнеупорным кирпичом и снабжённое 2 -4 шпурами для выпуска штейна и желобом для непрерывного удаления шлака. Свода горн не имеет. Им служит корка застывшего шлака. В последнее время на некоторых заводах отстойные горны шахтных печей обогреваются электричеством. Он осуществляется пропусканием электрического тока через слой жидкого шлака с помощью погружённых в него электродов.

Содержание меди в штейнах зависит от состава перерабатываемого материала и колеблется в пределах от 15 до 50%.

Состав шлака колеблется в пределах, %: SiO2 -35-40; FeO - 45-60; CaO - 3 -12; Cu - 0,3-0,4.

Полупиритная плавка характеризуется следующими основными 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 массы шихты, % 5-12

Для полупиритной плавки используется богатая кусковая руда или агломерат, полученный агломерирующим обжигом флотационных концентратов.

Полупиритная шахтная плавка является относительно дешёвым технологическим процессом. Для её осуществления не требуется много дорогостоящих огнеупоров. Она строится из относительно дешёвых конструкций и занимает небольшие производственные площади. Её достоинством является то, она пригодна для малых масштабов производства, так как печи могут быть построены любой длины. Полупиритная плавка характеризуется высокой производительностью.

Недостатком плавки является то, практически отсутствует рудное сырьё для переработки способом полупиритной плавки. Сюда же следует отнести низкую степень комплексности использования сырья.

1.4.2.3 Медно – серная плавка

Медно - серная плавка по своей сути представляет собой пиритную плавку высокосернистых руд, содержащих не менее 40 -42% серы. При проведении этой плавки усовершенствован метод обработки печных газов с целью получения серы в элементарном состоянии. Для этого сульфидную руду в смеси с кварцевым флюсом и увеличенным до 12% количеством кокса плавят в герметизированной шахтной печи с увеличенной высотой.

Для медно - серной плавке характерно расположение по высоте печи трёх чётко выраженных зон: зона окислительного плавлении (нижняя), восстановительная зона (средняя) и подготовительная зона (верхняя).

Зона окислительного плавления расположена в области фурм. Она имеет ограниченные размеры. Здесь развиваются самые высокие в печи температуры до 1200-1450оС. Необходимая для плавки теплота выделяется за счёт протекания в этой зоне химических реакций: