Экологические проблемы основных производств (стр. 26 )

Рис. 14.4. Плавка в отражательной печи:

1 – загрузка шихты, 2 – факел горящего топлива, 3 – шихтовый откос, 4 – направление потоков теплоизлучения от факела, 5 – стекающий поверхностный слой расплавленной шихты, 6 – легкая фракция расплава, обогащенная кварцем, 7 – тяжелая фракция расплава, обогащенная оксидами железа и сульфидами,

8 – штейн.

Получающийся при плавке жидкий штейн (в основном Cu2S и FeS) направляют в конверторную печь и через расплав продувают сжатый воздух. Конвертирование штейна протекает в две стадии. Сначала окисляется сульфид железа; для связывания оксидов железа в конвертер добавляют кварц. Образующийся конвертерный шлак вследствие повышенного содержания в нём меди (1,5-3%) возвращается в отражательные печи. Затем окисляется сульфид меди и образуется SO2. Получающаяся при конвертировании черновая медь с целью извлечения сопутствующих металлов (Au, Ag, Se, Te, Bi и другие) и удаления вредных примесей направляется на рафинирование, сначала на огневое, а затем – электролитическое. Огневое рафинирование основано на большем чем у меди, сродстве металлов-примесей к кислороду; жидкая медь насыщается кислородом, при этом железо, цинк, кобальт и частично никель и другие примеси переходят в шлак, а сера удаляется с газами. После удаления шлака окисленную часть меди восстанавливают древесинными опилками, пылевидным углём, мазутом или обычным и конвертированным природным газом. Полученные отливки являются анодами. Электролитическое рафинирование меди проводят в сернокислых растворах. В общем виде процесс электролиза описывается следующей электрохимической схемой:

катодная основа (-) – электролит ( CuSO4, H2SO4, Н2О, примеси, добавки) – анодная медь (+).

Катоды наращивают на тонких медных листах, также получаемых электролизом в специальных матричных ваннах. Для получения плотных осадков в электролит вводят поверхностно-активные добавки (столярный клей, тиомочевину и др.). Получающаяся катодная медь после промывки направляется на переплавку.

Благородные металлы, селен, теллур и другие ценные спутники меди концентрируются в анодном шламе и направляются на специальную переработку. Никель накапливается в электролите и может быть получен в виде никелевого купороса (NiSO4) путём выведения части электролита на упаривание и кристаллизацию.

Рис. 14.5. Электроплавильная печь

Наряду с описанными пирометаллургическими способами применяются также гидрометаллургические методы получения меди, преимущественно из бедных окисленных и самородных руд. Эти методы основаны на селективном растворении медных минералов обычно в слабых растворах серной кислоты и аммиачных растворах. Из раствора медь осаждают железом (так называемая цементация меди) либо выделяют электролизом с нерастворимыми анодами.

К комплексному сырью, служащему источником для получения меди, относятся также сульфидные медно-никелевые руды, на которых в основном базируется производство никеля в России. Эти руды, наряду с медью и никелем, содержат кобальт, селен, теллур и значительное количество металлов платиновой группы. Это разнообразие ценных элементов требует организации комплексного их использования. К этим рудам относятся прежде всего руды Норильского, Талнахского месторождений и месторождений Кольского полуострова.

Средний коэффициент использования сырья, поступающего на медеплавильные заводы, рассчитанный по извлекаемым компонентам, составил в 1980 г. 63,5%, а с учётом меди и серы в цинковых концентратах – 64,4%. При обогащении руд он составляет 58,8%, а в металлургическом производстве 82,8%. При обогащении наибольший резерв повышения коэффициента использования сырья скрыт в пиритных концентратах, с которыми в настоящее время теряется большая часть благородных металлов, а также цветных, редких и рассеянных элементов. В них переходит 75-80% серы, 10-20% меди, 15-20% цинка, до 70% золота, до 60% серебра, 60-80% редких и рассеянных элементов. Из всего этого богатства на химических предприятиях, куда направляется далеко не вся масса пиритных концентратов, извлекают только серу в виде серной кислоты. Остальные компоненты остаются главным образом в огарке, который предприятия обычно направляют на получение цемента. Организация комплексной переработки пиритных концентратов с использованием всех ценных компонентов, в том числе оксидов железа, на предприятиях химической промышленности является актуальнейшей задачей.

Сложную задачу представляет переработка шлаков цветной металлургии, в которых также содержится много ценных компонентов, что не позволяет считать их отвальными. К сожалению, в массовом масштабе переработка шлаков медной плавки ещё не внедрена, хотя подробно исследован ряд способов, например двухстадийный электролитический, цементационный, газоэлектротермический с использованием природного газа, восстановительный процесс в конверторе и др. Эти способы обеспечивают комплексную переработку шлаков с получением меднистого чугуна и стали, цинковых возгонов, минеральных удобрений, а из силикатной части – строительных материалов.

Отметим, что получение шлаковых удобрений, в частности шлакофосфата, сравнимого с суперфосфатом, очень важно.

В медеплавильном производстве образуется много пыли, степень улавливания которой зависит от совершенства применяемой аппаратуры пылеочистки. Состав пылей медеплавильного производства представлен в табл. 14.1.

Таблица 14.1

Состав пылей и возгонов медеплавильного производства, %.

Источник пыли	Состав
Цинк	Свинец	Медь	Кадмий	Сера общ.	Мышьяк	Сурьма	Селен	Теллур
Обжиговые печи кипящего слоя	4-5	-	10-12	-	18	-	-	-	-
Многоподовые обжиговые печи	4,8	0,7	16	-	12	-	-	-	-
Печи кислородно-факельной плавки	3,4	0,6	-	-	-	0,17	0,12	0,007	0,006
Отражательные печи	10-30	4-10	1-5	0,04	3,6	1,04	0,07	-	-
Конвертерные печи	9-13	41-45	1,4-2,1	-	8,2	0,8	0,1	-	-
Шахтные печи	8-20	6-10	3-15	-	-	2-15	-	-	-

Как видно из табл. 14.1, состав пылей довольно разнообразен, но во всех случаях в них содержится много ценных и токсичных компонентов (цинк, свинец, медь, кадмий и др.). Переработка пылей в общем аналогична таковой для пылей свинцово-цинкового производства. Наиболее целесообразно выщелачивание слабой серной кислотой соединений цинка и кадмия и использования нерастворимого остатка, содержащего свинец и медь в качестве добавки в шихту свинцовой или медной плавки.

Отходящие газы пирометаллургического производства меди, содержащие диоксид серы, перерабатывают на серную кислоту. Известную сложность представляет сбор сернистых газов и исключение их чрезмерного разбавления подсасываемым воздухом. Особенно это затруднительно в случае сбора газов при работе конвертеров. Поэтому усилия металлургов направлены на разработку таких конструкций конвертеров, которые обеспечивают лишь минимальное разбавление сернистых газов. Примечательно, что себестоимость 1 т серной кислоты, получаемой при производстве меди, на 30-40% ниже, чем себестоимость кислоты, производимой на заводах химической промышленности из пиритных концентратов, и более чем на 50% меньше получаемой из элементарной серы.

14.3. Свинцово-цинковое производство

Среднее содержание свинца (1,610-3%) и цинка (1,510-3%) в земной коре практически одинаково. Наиболее важный минерал свинца – галенит (свинцовый блеск, PbS) встречается во всех сульфидных рудах гидротермального происхождения. Основной минерал цинка – сфалерит (цинковая обманка, ZnS) входит в состав многих сульфидных комплексных руд.

Технологическая схема получения свинца и цинка на Усть-Каменогорском свинцово - цинковом комбинате приведена на рис. 14.6. На этом комбинате из полиметаллического сырья извлекали 18 элементов и выпускали около 40 видов товарной продукции. Полное извлечение свинца составляет 97,4%, цинка 96,5%.

Рис. 14.6. Технологическая схема металлургического производства Усть-Каменогорского свинцово-цинкового комбината

На схеме показано, что технология переработки свинцовых и цинковых (селективных) концентратов сопровождается образованием большого количества побочных технологических ветвей, характеризующих получение ценных веществ в виде самых разнообразных продуктов. Основная часть серы выделяется в виде сернистых газов при обжиге цинкового концентрата в печах КС (рис.14.7) и при агломерации свинцового сырья. Подавляющая часть газов перерабатывается на серную кислоту в специальном цехе, входящем в систему комбината.