Металлургия меди, никеля и кобальта (стр. 8 )

К факельным процессам относятся плавка во взвешенном состоянии (ВП) и кислородно-факельная плавка (КФП).

Ко второй группе относятся плавка в жидкой ванне (плавка Ванюкова), кислородно-взвешенная циклонная электротермическая плавка (КИВЦЭТ), совмещённая плавка шихты и конвертирования штейнов в одном агрегате (СПК), а также процессы «Норанда», «Мицубиси», «Эль-Тениенте», «Аусмелт» и ряд других.

1.5.2 Плавка во взвешенном состоянии

Широкое распространение в медной промышленности получила плавка сульфидных материалов во взвешенном состоянии. Схема устройства печи для плавки во взвешенном состоянии приведена на рисунке 1.8.

1-шихтовая горелка; 2–плавильная шахта; 3-отстойная ванна;

4 аптейк; 5-котёл утилизатор; 6-паровой воздухонагреватель;

7-топливный воздухонагреватель; 8-компрессор; 10-слой шлак;

11-слой штейна.

Рисунок 1.8 - Схема устройства печи для плавки во взвешенном состоянии.

Шихта для взвешенной плавки, состоящая из концентрата и флюсов (кварцевый песок) подвергается сушке до влажности порядка 0,3%. Сушка осуществляется в барабанных печах за счёт тепла от сжигания жидкого или газообразного топлива. Подсушенная шихта вместе с возвратной пылью направляется в печь.

С помощью специальной горелки, установленной в своде печи, совместно с шихтовыми материалами в печь вводят подогретое технологическое дутьё: воздух или кислородно-воздушную смесь. Для поддержания устойчивого теплового баланса печи используют подогретое до 450- 500оС воздушное дутьё. При использовании дутья, обогащённого кислородом, нагрев дутья может быть снижен до 200оС. Подогрев дутья осуществляется обычно за счёт тепла отходящих из печи газов. В горелке происходит образование шихто-воздушной смеси и осуществляется её вдувание в печь. Мелкодисперсные частицы концентрата, поступающие в плавильную шахту, воспламеняются и сгорают в потоке окислителя. Количество тепла, которое выделяется в результате взаимодействия сульфидных частиц с кислородом дутья, достаточно для плавления шихты. Температура в факеле составляет порядка 1300-1400 оС. Образовавшиеся в факеле капли расплава падают на поверхность шлака в отстойной ванне. Горячие, раскалённые газы движутся вдоль поверхности расплава, подогревают его и поступают в газоход. Температура расплава в отстойной камере составляет порядка 1250-1300оС.

В результате физико-химических процессов, протекающих в шахте и отстойной ванне, образуются штейн и шлак. Содержание меди в штейне составляет порядка 40-60%, а в шлаке – 1-2% Cu.

Образующиеся газы, в которых содержится 10-70% SO2 и нагретые до температуры 1300-1400оС, поступают через аптейк в котёл-утилизатор, где вырабатывается насыщенный пар, используемый для подогрева дутья и нужд производства. Вместе с газами из печи выносится пыль. Пылевынос из печи составляет порядка 9%.

Из котла–утилизатора охлаждённые до 350-400оС газы поступают в электрофильтры, где происходит их очистка от пыли. Уловленная пыль направляется в бункера, откуда вместе с концентратом загружается в печь. Очищенные от пыли газы направляются на производство серной кислоты.

Медный штейн периодически выпускают из печи и направляют на конвертирование. Шлаки взвешенной плавки и конвертерные шлаки подвергаются обеднению. Обеднение шлака может осуществляться в электропечи или путём флотации. Вторичный штейн, полученный в электропечи, направляют на конвертирование, а флотационный концентрат направляют в голову процесса, где он шихтуется с исходным концентратом и после сушки направляется в печь. Обеднённый шлак, содержащий порядка 0,3% Cu, подвергается гранулированию и направляется в строительную индустрию.

Печь изготовлена из листовой стали и изнутри футерована магнезитовым кирпичом. В футеровку плавильной камеры вмонтированы медные водоохлаждаемые кессоны. Это позволяет увеличить срок службы футеровки.

Достоинствами взвешенной плавки являются: сравнительно высокая кампания печи (около года), небольшой объём отходящих газов (35-55тыс. м3/час) и практически полная автогенность.

Плавка во взвешенном состоянии применяется на предприятиях «Харьявалта» (Финляндия), «Тойо» (Япония), «Сан-Мануэль» (США) «Норддойче Аффинери» ( Германия), «Диас-Давила» (Бразилия).

Технология взвешенной плавки может быть использована для плавки на черновую медь в одну стадию с получением богатого шлака по схеме:

CuFeS2+ CuS +Cu5FeS4 + O2→[Cu] + (FeO + Fe3O4 + SiO2) +SO2 (1.62)

В этом случае технологическая схема состоит из операций: подготовка концентрата, плавка на медь концентрата с использованием обогащённого кислородом дутья, электропечное обеднение шлака, конвертирование штейна полученного в электропечи, с получением меди. Недостатком процесса является низкое извлечение меди, которое составляет порядка 70%.

Более перспективной является технология взвешенной плавки с последующим конвертированием штейна также в агрегате взвешенной плавки. По такой схеме работает завод «Гарфильд» (США). По этой технологии концентрат и кремниевый флюс сушат в барабанной сушилке, Сухую шихту вместе с оборотным конверторным шлаком перерабатывают в печи взвешенной плавки с получением богатого медного штейна, содержащего до 70% Cu. Штейн измельчают и конвертируют в печи взвешенной плавки, откуда черновую медь выпускают непосредственно в анодную вращающуюся печь. Применение взвешенной плавки и взвешенного конвертирования позволяет увеличить производительность сократить эксплутационные расходы и значительно экономить энергетические ресурсы по сравнению с традиционной технологией: плавка на штейн, конвертирование штейна в конвертерах.

Существует мнение, что потенциальные возможности взвешенного конвертирования практически неограниченны.

1.5.3 Кислородно-взвешенная (факельная) плавка (КФП)

Кислородно-взвешенная плавка нашла применение на заводах «Копер-Клиф» (Канада) и Алмалыкском горно-металлургическом комбинате (Узбекистан)

Схема устройства печи для кислородно-взвешенной (факельной) плавки приведена на рисунке 1.9.

В печах кислородно-взвешенной плавки сухую шихту сжигают в горизонтальном факеле. Горелки для сжигания шихты устанавливаются в торце печи. Образовавшиеся в факеле капли сульфидно-оксидного расплава падают на поверхность шлакового расплава. Здесь происходит разделение и отстаивание жидких продуктов плавки шлака и штейна.

Для получения шлака с малым содержанием меди в другом торце печи устанавливается горелка для сжигания пирита. Это сопровождается образованием бедного по меди сульфидного расплава, который служит для промывки шлака с целью его обеднения по меди. Обеднённый шлак содержит 0,6-0,65 % меди. При плавке получают штейн, содержании в меди в котором колеблется в пределах 47 - 50% меди.

Содержание SO2 в отходящих газах может достигать 80%. Газы могут быть использованы для получения жидкого сернистого ангидрида или для производства серной кислоты.

Производительность печи составляет порядка 10-12 т/(м2·сут).

1 - бункера для шихты; 2 - питатели; 3 - расходомеры; 4 - печь; 5 - газоход;

6 - выпускные желоба; 7 - штейновый ковш; 8 - шлаковый ковш

Рисунок 1.9 - Схема устройства печи для кислородно-взвешенной плавки.

Плавка сопровождается выделением большого количества тепла. Оно отрицательно влияет на срок службы огнеупорной футеровки. Рациональное использование избытка тепла затруднено. Поэтому отвод избытка тепла осуществляется с помощью водоохлаждаемых кессонов.

1.5.4 Кивцэтная плавка

В ДГП ВНИИЦВЕТМЕТ (г. Усть - Каменогорск ) был разработан принципиально новый вид плавки, которая была названа КИВЦЭТОМ.

Абравиатура названия расшифровывается следующим образом: кислородно - взвешенная циклонно-электротермическая плавка.

Процесс основан на сочетании взвешенной и циклонной плавок. При осуществлении плавки очень рационально расходуются кислород и электрическая энергия.

Стадии обжига, плавки перерабатываемого сульфидного материала, разделения шлака и штейна, обеднения шлака протекают в одном агрегате. При наличии в шихте цинка в этом агрегате возможно осуществление процесса конденсации паров цинка.

Принципиальная схема промышленной кивцэтной установки приведена на рисунке 1.10.

Для осуществления кивцэтной плавки требуется тщательно подсушенная шихта. Её влажность не должна превышать 1%. Подсушенный концентрат поступает в циклонную горелку сверху. Сбоку в циклон тангенциально подается технологический кислород, содержащий до 95% кислорода. Скорость подачи кислорода составляет порядка 150м/с. Вследствие большой скорости, газы дутья получают быстрое вращательное движение. Благодаря этому частицы шихты, находящиеся в начальный момент во взвешенном состоянии, отбрасываются на стенки циклона. Горение сульфидов в чистом кислороде сопровождается возникновением высоких температур.

1–отстойная камера; 2–газоохладительный стояк; 3-электрофильтр;

4-бункера для шихты; 5–шнек для подачи шихты; 6–плавильный циклон;

7– разделительная перегородка; 8–бункера для загрузки коксика;

9–электрообогреваемый отстойник; 10–струйный конденсатор цинка;

11- инерционный пылеуловитель; 12 - скруббер;

13 – камера дожигания паров цинка

Рисунок 1.10 - Схема промышленной кивцэтной установки.

Шихта плавится, образуя на стенках циклонной камеры тонкую, вращающуюся плёнку расплава. В ней протекают основные процессы плавки. Перегретый расплав стекает в отстойную камеру, где происходит разделение шлака и штейна.

По мере накопления в отстойной зоне шлаковый расплав поступает в электротермическую часть кивцэтного агрегата. В этой части агрегата поддерживается восстановительная атмосфера. Восстановительная зона отделена от окислительной зоны специальной перегородкой, погружённой в расплав шлака. Это предупреждает разбавление технологических газов газами восстановительной зоны.

В восстановительной отстойной зоне в шлак помещены электроды, между которыми пропускается электрический ток. В этой зоне весь цинк и частично свинец, содержащиеся в шихте испаряются, в виде паров переходят в газовую фазу и направляются в конденсатор, где они превращаются в жидкое состояние. В кивцэтном агрегате цинк может быть получен и в виде твёрдых оксидных возгонов, содержащих до 60 % цинка.