1.5.5 Процесс «Норанда»
По принципу процесса «Норанда» непрерывную плавку сухих медных концентратов осуществляют в горизонтальном цилиндрическом поворотном аппарате. Длина его составляет 21,3 м, диаметр 5,18 м. Схема устройства цилиндрической плавильной печи процесса «Норанда» приведена на рисунке 1.11.
Дутьё, обогащенное кислородом, вводят через фурмы. Фурмы расположены на участке загрузки шихты. Обогащение дутья кислородом достигает 37 %. Шихту непрерывно загружают через отверстие в торцевой части печи. Концентрат, содержащий 25% Cu и 30% S, подсушивают до 7% влаги, окатывают в грануляторах и сырые окатыши вместе с флюсами загружают в печь. Для регулирования теплового режима в агрегат периодически загружают уголь, а в торцевых горелках сжигают топливо (мазут, природный газ)
При работе на воздушном дутье газы содержат до 7% SO2. Они направляются на после очистки на производство серной кислоты. Применение
1– питатель концентратов и флюсов; 2–створки напыльника; 3- горловина;
4-горелка 5-ковш для шлака; 6- слой штейна; 7-слой шлак; 8-слой меди;
9 – шпуры для меди и штейна; 10-ковш для меди и штейна; 11-фурмы
Рисунок 1.11 - Схема устройства цилиндрической плавильной печи процесса «Норанда».
дутья, обогащённого кислородом, концентрация SO2 в отходящих газах повышается до 25%. Вынос пыли из печи составляет порядка 3%.
Плавку ведут на штейн. Содержание меди в штейне составляет 70-75%. Шлаки, получающиеся в процессе плавки, содержат 3-8% меди. После охлаждения они дробятся, измельчаются и подвергаются флотации. Хвосты после флотации содержат 0,25-0,4% Cu и направляются в отвал, а медный концентрат, содержащий 25-30% Cu, возвращается в шихту для плавки.
В начальный период эксплуатации печи в процессе плавки получали черновую медь. Но от этого быстро отказались, так как в результате плавки на медь получались очень богатые по меди шлаки. Содержание меди в них составляло 8-12%. Переработка таких шлаков сильно затруднена.
Разновидностью процесса «Норанда» является процесс «Эль-Тениенте». Он осуществляется в модифицированном конвертере «Эль-Тиниенте» (Рисунок 1.12).
Отличительными особенностями процесса «Эль-Тениенте» являются:
- периодическая добавка штейна совместно с концентратом для регулирования теплового режима плавки;
- ввод части сухого концентрата через фурмы и загрузка другой его части на поверхность расплава;
- непрерывная плавка осуществляется на белый матт с выпуском шлака и матта через лётки с противоположных торцов конвертера.
В шихту плавки входят концентрат, кремниевый флюс, оборотные материалы (концентрат после флотации шлака). Дополнительное топливо в процессе не используется.
1-заливка штейна; 2-отходящие газы; 3-загрузка шихты; 4-выпуск шлака;
5- выпуск белого мата; 6-фурмы; 7- воздух, обогащённый кислородом;
8-загрузка концентрата флюса; 9–поворотный механизм.
Рисунок 1.12- Модифицированный конвертер «Эль-Тениенте»
Содержание меди в шлаке составляет порядка 8%. Шлак подвергается обеднению методом флотации.
Содержание меди в белом мате составляет порядка 72-77%. Концентрация SO2 в отходящем газе составляет порядка 12%. Уловленная пыль возвращается на плавку. Обогащение дутья кислородом составляет порядка 30%. В конвертере можно перерабатывать шихту влажность до 8%.
Процесс «Эль-Тениенте» внедрён в Чили на заводах в «Калетонес», «Чукмкамата», «Лас-Вентанас»
1.5.6 Процесс «Аусмелт»
Процесс «Аусмелт» разработан фирмой «Аусмелт»(Австралия). Агрегат для осуществления процесса представляет собой вертикальный огнеупорный цилиндр оборудованный сливными каналами, фурмой, системой автоматизации и газоходом ( Рисунок 1.13)
В рабочем пространстве печи можно выделить следующие зоны. Реакционная зона у конца фурмы. В зависимости от вида дутья она может быть окислительной, восстановительной или нейтральной.
Зона плавления, расположенная на поверхности шлака. Процессы плавления в этой зоне могут протекать в окислительной, восстановительной или в нейтральной среде.
Отстойная зона, расположенная на дне печи. Здесь происходит расслаивание и отстаивание металлической (Cu) и сульфидной фаз (матт) перед их выпуском из печи.
1-зона горения и окисления; 2 – зона плавления;
3 – зона отстаивания; 4- зона догорания газов
Рисунок 1.13- Схема устройства печи процесса «Аусмелт».
Зона догорания газа, расположенная над ванной расплава. Здесь происходит догорание углеводородного топлива.
Одним из основных элементов плавильного агрегата является вертикальная фурма конструкции» «Сиромелт», состоящая из двух концентрических труб, выполненных из нержавеющей стали. (Рисунок 1.14).
В полость внутренней трубы помешена трубка меньших размеров для подачи жидкого топлива, распыляющегося через сопло. Воздух для охлаждения подают в межтрубную полость, образованную наружной и внутренней трубами. В этой полости вмонтированы устройства для закручивания газового потока. Возникающая при этом циркуляция газа охлаждает корпус фурмы и, что обеспечивает образование на её внешней поверхности гарнисажа. Сгорание топлива в смеси с воздухом происходит в камере зажигания в нижней части фурмы.
Фурму закрепляют на подъёмнике и помещают в специальное устройство, расположенное над печью в центральной её части. Установку фурмы по вертикальной оси и величину её заглубления осуществляют с помощью подъёмного механизма.
По мере разрушения нижней части фурмы её опускают, и продувка ванны продолжается. Номинальное заглубление фурмы в шлак составляет порядка 15см. Замену фурмы производят тогда, когда разрушится 1м её нижней части. К отработанной фурме приваривают новую трубу, соответствующего диаметра
1- стальной корпус; 2-мазутная сетка; 3-мазутный фильтр;
4-устройство для закручивания воздушного поток
Рисунок 1.14 - Фурма конструкции «Сиромелт».
Фурму можно использовать для продувки шлакового и штейнового расплавов воздухом и топливом. В качестве топлива могут служить мазут, природный газ ил угольная пыль.
Образующийся на внешней поверхности фурмы шлаковый гарнисаж позволяет вводить дутьё глубоко в шлак, создавая интенсивное перемешивание расплава в ванне.
При поднятии фурмы процесс плавления может быть прерван. В этот период отстаивается металлическая и штейновая фазы, которые после отстаивания выпускаются из печи.
Получение черновой меди в процессе «Аусмелт» может осуществляться в двух агрегатах (г. Хуома, Китай). В плавильной печи получают штейн, а черновую медь получают в печи конвертирования. В этом случае технология процесса плавки включает подсушивание концентрата, который затем распределяется по бункерам. Из бункеров с помощью весовых дозаторов концентрат направляется на ленточный транспортёр, где смешивается с необходимым количеством флюсов. В качестве флюсов используются кварцит и реже известняк. Размеры кусков шихты не должны превышать 25 мм. Затем шихта поступает в плавильное отделение в смеситель, где смешивается и увлажняется.
Из смесителя шихта поступает в загрузочное устройство в верхней части печи. Первоначально в печь загружают твёрдый шлак до уровня порядка 2м. Затем шлак расплавляют, используя фурму в качестве кислородно-топливной горелки. После образования жидкой ванны шлака на его поверхность загружают шихту и приступают к её плавке.
Процесс плавления на штейн осуществляется водном агрегате, а процесс конвертирования в другом. Их конструкция и размеры практически не отличаются друг от друга. Высота печи составляет порядка 12 м, диаметр 4м, длина фурмы плавильной печи 13,6 м, конвертера -12,8 м. Плавильная печь и конвертер расположены каскадом, что обеспечивает естественный перелив расплава. Черновая медь из конвертера поступает на разливочную машину. Слитки на разливочной машине охлаждаются водой.
Шлак из плавильного отделения по закрытому жёлобу непрерывно протекает в печь отстойник, который обогревается мазутом. Шлак, содержащий 0,5-0,7% Cu из отстойника направляют на грануляцию.
Содержание меди в штейне составляет 58-62%, в черновой меди - более 95,8%. Конверторные шлаки содержат порядка Содержание меди в конверторном шлаке 8-12% Cu. Отходящие из плавильной печи газы содержат 11% SO2. В конвертерных газах содержится 13% SO2. На входе в сернокислотный цех концентрация SO2 в объёдинённом потоке газа составляет 6-8%. Извлечение меди в штейн составляет порядка 95%. Пылевынос из плавильной печи составляет 1%, , из конвертера -2%. Извлечение меди в черновую составляет 97,5%.
Охлаждение плавильного агрегата и конвертера осуществляется орошением кожуха печи оборотной водой.
Отходящие газы от плавильной печи проходят через котёл-утилизатор, сухие электрофильтры, смешиваются с конверторным газом и направляются в сернокислотный цех.
Процесс «Аусмелт» по сравнению с традиционной технологией (плавка на штейн, конвертирование в горизонтальных конверторах) обладает рядом преимуществ:
- простота конструкции и лёгкость управления процессом;
- высокая степень использования кислорода дутья (95%);
- низкое содержание серы в черновой меди (менее1%);
- высокое прямое извлечение в черновую медь (более 90%);
- эффективная утилизация серы;
- минимальные потери тепла, что позволяет перерабатывать низкосортные концентраты и техногенные отходы.
Особое внимание заслуживает простота управления процессом и его режимами с помощью оперативного излечения (погружения) фурмы. Печь «Аусмелт» является экологически безопасной, так как работает при разряжении, что предотвращает выброс сернистого газа в атмосферу цеха.
Короткий срок ввода печей в эксплуатацию, сравнительно низкие капитальные и эксплутационные затраты выгодно дополняют выше приведённые технологические преимущества.
1.5.7 Процесс «Айзасмелт»
Процесс «Айзасмелт» разработан фирмой «Маунт Айза» (Австралия) включает использование плавильной печи «Айзасмелт», которая работает в непрерывном режиме, периодический процесс конвертирования и рафинирования меди (рисунок 1-15). Штейновый и шлаковый расплав периодически выпускаются из плавильной печи в электропечь, где происходит расслоение шлаковой штейновой фаз. Шлак после гранулирования направляется в отвал, а штейн поступает на конвертирование. Черновая медь подвергается огневому рафинированию в цилиндрической наклоняющейся печи. Анодная медь разливается в аноды и поступает на электролитическое рафинирование. Конвертерный шлак направляется в электропечь для обеднения, а шлак из рафинировочной печи направляется на конвертирование.
Рисунок 1.15 - Технологическая схема процесса «Айзасмелт».
Печь «Айзасмелт» (рисунок 1.16) представляет собой вертикальный стальной цилиндр высотой около 12 м и диаметром 4,6 м., футерованный изнутри хромомагнезитовым кирпичом. Толщина футеровки составляет порядка 0,55 м. В свод печи вмонтирована радиационная секция котла – утилизатора, представляющая собой трубчатую мембрану. В своде печи имеются отверстия для введения вертикальной подвижной фурмы, горелки и загрузки шихты. У основания газоотвода монтируется дополнительный медный блок для защиты газоотводящей системы от всплесков расплава. Загрузка увлажнённой гранулированной шихты осуществляется с помощью ленточных конвейеров через загрузочные отверстия в своде печи. Шихта состоит из медьсодержащего концентрата, кокса и флюсов, в качестве которых используются известняк и золотосодержащая кварцевая руда. Шихта содержит порядка 81,9% медного концентрата, 14,6% кварцевой руды, 2% известняка и 1,5% кокса. Влажность шихты составляет порядка 8%, крупность гранул не должна превышать 15 мм. Расплавленные продукты печи штейн и шлак периодически выпускаются через водоохлаждаемые выпускные отверстия, расположенные на определённой высоте для полного выпуска расплава из печи перед длительной остановкой печи или заменой футеровки. Глубина расплава в печи составляет порядка 1,5-2 м. Температура расплава составляет порядка 1180оС. Остальная часть высоты печи используется для реакций догорания и высвобождения газа из шлака и перехода их в котёл-утилизатор, который установлен непосредственно после печи. Поток отходящего газа контролируется путём использования вытяжного вентилятора для создания минимального разряжения в печи, что предотвращает поступление технологических газов в атмосферу цеха. Отходящие газы имеют температуру порядка 1200оС. После котла – утилизатора температура отходящих газов составляет порядка 350оС. Содержание SO2 в отходящих газах составляет порядка 8-20%.
- печь; 2 - фурма; 3 - аптейк
Рисунок 1.16 - Схема устройства печи «Айзасмелт».
Дутьё, обогащённое кислородом, подаётся печь через вертикальную выдвижную фурму, которая погружается в шлаковый расплав. Во время первоначального разогрева печи через отверстие для фурмы в печь вводится специальная горелка. Для поддержания теплового режима в печи в процессе выпуска расплава температура в печи поддерживается за счёт сжигания дизельного топлива в стационарной горелке. Положение фурмы в шлаковой ванне тщательно контролируется. При изменении уровня расплава фурма с помощью специального устройства передвигается с тем, чтобы её наконечник был всегда погружен в расплав на постоянную глубину. Фурма устроена таким образом, что при эксплуатации изнашивается только её наконечник. По мере износа нижней части фурмы на определённую высоту она извлекается из печи и к ней приваривается новый наконечник. Схема устройства фурмы «Айзасмелт» приведена на рисунке 1.17.
Рисунок 1.17 - Устройство фурмы «Айзасмелт».
Помимо расплава из плавильной печи в электрическую печь загружают конвертерный шлак, флюс, кокс и возвраты.. В качестве флюса используют известняк. Добавление кокса осуществляют с целью восстановления магнетита конвертерного шлака и кислорода штейна. Расход кокса составляет порядка 3%, а известняка порядка 18% от массы штейна. Три электрода, погруженные в слой шлака, обеспечивают хороший прогрев расплава за счёт пропускания через слой шлака электрического тока. Температура расплава в печи поддерживается в пределах 1185-1200оС.
Штейн, выпускаемый из печи, содержит порядка 60% Сu, 10% Fe, 22%, S, 3,6% Pb и 2,6% Zn. Содержание меди в отвальном шлаке не превышает 0,8%. Вынос пыли из печи не превышает 2%.
Из электрической печи штейн периодически сливают в ковш и направляют на процесс конвертирования. Помимо штейна в конвертер загружают шлак из анодной печи и кварцевый флюс. Продуктами конвертирования является черновая медь, содержащая 98,3% Cu, конвертерный шлак и отходящие газы. Конвертерный шлак содержит 7,3% Сu и направляется на переработку в электропечь, а отходящие газы, содержащие до 10% SO2 на производство серной кислоты. Полученная в конвертере черновая медь разливается в аноды и направляется на огневое рафинирование.
Огневое рафинирование меди осуществляется в наклоняюшейся цилиндрической печи. Окислительное рафинирование осуществляется путём продувки через расплав меди сжатого воздуха. В процессе окислительного рафинирования вредные примеси окисляются и переходят в шлак. По окончании окислительного рафинирования образующийся шлак, содержащий 55% Сu, удаляется из печи, разливается в изложницы, охлаждается и направляется па переработку в анодную печь. После окислительного рафинирования медь содержит достаточное количество кислорода в виде Сu2О. Удаление кислорода из меди осуществляется на стадии восстановительного рафинирования. Восстановительное рафинирование осуществляется подачей восстановителя в расплавленную массу. В качестве восстановителя используется дизельное топливо, которое подается в струе сжатого воздуха. Количество восстановителя должно обеспечивать полное сгорание кислорода воздуха. В противном случае будет иметь место поглощение кислорода воздуха расплавленной медью. Анодная медь содержит порядка 99,31% Сu. Очищенная от примесей расплавленная медь на карусельной машиной разливается в анодные изложницы. После охлаждения аноды направляются на электролитическое рафинирование.
Особенностью электролитического рафинирования меди в процессе «Айзасмелт» является использование нерасходуемых катодов, изготовленных из нержавеющей стали. Электролитическое рафинирование осуществляется в ваннах, изготовленных из полимерного бетона. Каждая ванна содержит 50 анодов и 49 катодов. Масса анода составляет 405 кг. Электролиз проводят при плотности тока порядка 292А/м2. Цикл наращивания катодов составляет 7 дней. Масса катодного осадка составляет 57 кг. Сдирка катодов осуществляется с помощью катодосдирочной машины. Цикл растворения анода составляет 21 сутки. Выход анодного скрапа составляет порядка 14%. Катодный выход по току составляет 95%. Электролит содержит 50г/л Сu и 160г/л H2SO4. Для регенерации электролита часть его выводится из процесса и направляется на регенерацию. На регенерацию поступает электролит, содержащий до 50г/л меди. Регенерация электролита осуществляется в три стадии в электролитических регенеративных ваннах. В ваннах регенерации в качестве катодов используются листы из нержавеющей стали, а в качестве анодов - свинцово-серебрянный сплав. Первичное обезмеживание электролита осуществляется при плотности тока 280 А/м2. Электролиз ведут до содержания меди в электролите 35 г/л. В результате первой стадии обезмеживания получают товарную медь. В результате второй стадии обезмеживания содержание меди в электролите снижается до 5-6 г/л. В результате второго обезмеживания получают катодную медь, загрязнённую мышьяком и висмутом, которая направляется на огневое рафинирование в анодную печь. На последней стадии обезмеживания содержание меди в электролите снижается до 0,3 г/л. На этой стадии обезмеживания медь вместе с мышьяком осаждается на дне ванны в виде порошка. Образующийся мышьяковистый шлам содержит до 45% Cu и 55% Аs. После фильтрации мышьяковистый шлам брикетируется и направляется в анодную печь. Очищенный от меди раствор содержит 170 г/л H2SO4. После очистки в анионообменных колоннах от Ni, Fe, Cu, Sb и Bi сернокислый раствор возвращается в голову процесса электролитического рафинирования для приготовления электролита. Продуктами процесса электролитического рафинирования меди является катодная медь и шлам. Содержание меди в катодном осадке составляет 99,99%. Шлам, содержащий благородные металлы, селен и теллур, направляются на переработку с целью извлечения этих ценных компонентов.
1.5.8 Процесс «Мицубиси»
Процесс «Мицубиси» представляет собой непрерывную автогенную плавку, предназначенную для прямого получения черновой меди. При осуществлении этого процесса все основные стадии - плавление, конвертирование и обеднение шлаков проводят в отдельных стационарных печах. При этом промежуточные продукты непрерывно перетекают из одного агрегата в другой. Схема установки для плавки медных концентратов по способу «Мицубиси» приведена на рисунке 1.18.
1-плавильная печь; 2-вертикальные фурмы-сопла; 3-горелка;
4-электропечь для разделения штейна и шлака и обеднения шлака;
5-печь для конвертирования.
Рисунок 1.18 - Схема установки для плавки медных концентратов по способу «Мицубиси».
При проведении процесса сухой сульфидный концентрат в смеси с флюсами вдувают в плавильную печь через вертикальные фурмы-сопла. При этом нижние концы фурм располагаются в непосредственной близости от поверхности расплава, что обеспечивает интенсивное перемешивание расплава. В плавильной печи протекают все основные физико-химические процессы, в том числе процессы штейно– и шлакообразования. Штейн и шлак непрерывно и самотёком по обогреваемому жёлобу перетекают в электрическую печь
Разогрев расплава в электрической печи пропусканием через слой шлака электрического тока, для чего в слой шлака погружаются электроды. В электропечи одновременно протекает процесс обеднения шлаков. Обеднённые шлаки содержат 0,4-0,5% меди.
Отстоявшийся в печи штейн через сифон непрерывно перетекает в печь конвертирования. Конвертирование осуществляется воздухом. Дутьё в печь подаётся через вертикальные сопла-фурмы. Конверторные шлаки содержат 13-18% меди и возвращаются для переработки в плавильную печь. Полученная черновая медь сливается в обогреваемый миксер и поступает на огневое рафинирование.
Отходящие газы всех печей объединяются и поступают на производство серной кислоты. Содержание SO2 в отходящих газах составляет 12-15%.
1.5.7 Процесс Ванюкова
Процесс плавки в печи Ванюкова разрабатывался под названием плавка в жидкой ванне (ПЖВ). В настоящее время он получил название как процесс Ванюкова. Принципиальная схема устройства печи процесса Ванюкова представлена на рисунке 1.19.
1–выпуск штейна; 2–штейновый сифон; 3–чугунные и медные литые панели ; 4–шихта ; 5–загрузочные воронки; 6-аптейк; 7–отходящие газы;
8–медные кессоны; 9- шлаковый сифон; 10–выпуск шлака
Рисунок 1.19 - Схема печи процесса Ванюкова.
Конструкция печи Ванюкова приведена на рисунке 1.20
Свод печи изготавливается из водоохлаждаемых чугунных панелей, футерованных огнеупорным кирпичом.
Боковые стенки печи (шахта) смонтированы из трёх рядов медных кессонов. Нижний ряд медных кессонов монтируется на медные водоохлаждаемые плиты, которые опираются на горн печи. В зоне первого ряда фурменных кессонов печь в поперечном сечении имеет прямоугольную форму. В зоне второго и третьего рядов кессонов печь выполнена с распором в виде трапеции. Аптейк имеет также прямоугольную форму. В нижнем ряду кессонов с обеих сторон печи находятся фурмы, через которые в слой шлака подают кислородно-воздушную смесь и природный газ. Фурмы, расположенные в верхнем ряду кессонов применяются для отопления печи природным газом в период останова, а также для дожигания элементарной серы в процессе плавки сульфидной шихты. В аптейке установлены ещё четыре фурмы для окончательного дожига элементарной серы в токе воздушно–кислородной смеси.
Рисунок 1.20- Конструкция печи Ванюкова
Выпуск шлака и штейна из печи Ванюкова происходит непрерывно и раздельно. Это осуществляется с помощью двух самостоятельных сифонов, расположенных на противоположных торцах печи. Штейновый и шлаковый сифоны выполнены из огнеупорного кирпича, в который вмонтированы водоохлаждаемые элементы. Шлаковый сифон отделён от плавильной зоны перегородкой из глиссажных медных труб, Перегородка сифона штейна выполнена из медных водоохлаждаемых кессонов. Своды шлакового и штейнового сифонов изготавливаются из панелей. Перед котлом – утилизатором имеется вертикальная шахта прямоугольного сечения-аптейк, который предназначен для отвода технологических газов из плавильной зоны печи. Стенки аптейка выполнены из огнеупорного кирпича.
Штейн и шлак из печи выпускаются в поворачивающиеся миксеры, которые служат для накопления расплавов, которые поступают в них по обогреваемым переточным желобам. Температура штейна составляет порядка 1180-1250оС, а шлака – 1250 - 1350оС. Штейн содержит 40-60% Сu. Состав шлака колеблется в пределах, %: Cu - 0,8-1,0; SiO2 – 36,0-42,5; CaO-1,8-4,5. Из миксеров расплавы сливаются в ковши. Миксеры снабжены горловинами для слива штейна и шлака. Для отопления сифонов и миксеров штейна и шлака, преточного жёлоба и ванны печи используется природный газ. Расход газа колеблется в пределах 800-2200 м3/час в зависимости от режима работы печи.
Печь снабжена автоматизированной системой управления, представленной ЭВМ «ALKONT». Имеются также локальные средства автоматики для измерения температуры, давления, уровней шихты в бункерах, расхода материалов. Анализа технологических газов, контроля работы электрофильтров, башни охлаждения газов.
Технологические газы из плавильной зоны поступают в котёл – утилизатор, в котором получают пар высокого давления. Температура газов на входе в котёл составляет порядка 1250оС, а на выходе из котла – 400оС. Из котла газы поступают в башню охлаждения, работающую в автоматическом режиме испарительного охлаждения, а затем поступают в электрофильтры для очистки от пыли.
Печь Ванюкова в состоянии перерабатывать относительно влажные материалы. Автогенность процесса в этом случае обеспечивается увеличением содержания кислорода в дутье. Так для переработки концентрата влажностью 1-2% требуется содержание кислорода в дутье 40-45%, а при содержании влаги 6-8% содержание кислорода в дутье должно составлять 56-65%. В печи Ванюкова можно плавить как мелкие материалы, так кусковую шихту.
В состав шихты входят сульфидные концентраты, кварцевая руда, известняк, оборотные материалы (дроблённые выломы и корки, клинкер и др.).
Плавление шихты и окисление сульфидов в процессе плавки осуществляется в слое готового перегретого расплава. Плоскость, проходящая через ось фурм, делит расплав печи на две зоны: верхнюю (надфурменную) и нижнюю (подфурменную). Верхняя зона печи всегда находится в состоянии интенсивного барботажа. Это обеспечивает интенсивное протекание физико-химических процессов. Здесь происходит нагрев, плавление шихты, окисления сульфидов и укрупнение мелких сульфидных капель.
Крупные капли сульфидов оседают в слое расплава и попадают в подфурменную зону. В подфурменной зоне расплав находится в относительно спокойном состоянии. Капли сульфида, двигаясь в нижней зоне сверху вниз многократно промывают шлаковый расплав, что способствует его обеднению.
Характерной особенностью процесса плавки Ванюкова, которая отличает её от других плавок, является то, что процессы плавления шихты и окисления сульфидов происходят в объёме шлакового расплава, а не штейне. Продукты плавки в печи движутся не в горизонтальном, а в вертикальном направлении. Эти особенности процесса обеспечивают получение шлаков в самой плавильной печи с содержанием меди, позволяющим выводить шлаки из технологического процесса без дополнительной переработки.
Содержание меди в штейне составляет 45-55%, в шлаке - 0,5-0,6%. Содержание SO2 в отходящих газах - 20-40%. Вынос пыли из печи составляет 1%.
Размер печи Ванюкова колеблется в зависимости от производительности в пределах от 10 до 30м. Ширина печей составляет 2,5-3,0м. Общая высота шахты 6,0-6,5м. Особенностью печей является высокое расположение дутьевых фурм над подиной. Они располагаются на высоте 1,5-2,0м от подины.
Процесс Ванюкова внедрён в производство в Республике Казахстан (Балхашский ГМК), Россия (Норильский ГМК, г. Норильск; Среднеуральский металлургический завод, г. Ревда).
1.5.9 Совмещённая плавка – конвертирование
К плавкам в расплаве относится совмещённая плавка – конвертирование (СПК), представляющая собой плавку сульфидного сырья и конвертирование в одном агрегате. Особенностью данного процесса является подача шихты в агрегат через боковые фурмы непосредственно в объём сульфидного расплава или на поверхность расплава через горловину конвертера.
Совмещённая плавка – конвертирование с подаче шихты в сульфидный расплав реализована на Медногорском медно-серном комбинаие (Россия). Она осуществляется в плавильно-рафинировочном агрегате, схема которого приведена на рисунке 1.21.
1-цилиндрическая поворотная печь; 2- пневматическое загрузочное устройство; 3 –горловина для загрузки кусковых материалов; 4 – газовая горловина;
5 – стационарная часть напыльника; 6 – поворотная часть напыльника;
7–штейновый ковш, 8-стационарный шлаковый жёлоб; 9–летка для выпуска обогащённого штейна; 10 – фурмы для подачи обогащённого дутья;
11- летка для выпуска шлака; 12- стационарный шлаковый жёлоб;
13 – конвейерная шлакоразливочная машина
Рис 1.21 - Схема устройства плавильно-рафинировачного агрегата
Агрегат представляет собой горизонтальную цилиндрическую печь, которая способна поворачиваться вокруг горизонтальной оси. Ванна плавильно–рафинировачного агрегата имеет две зоны: плавильную и отстойную. Загрузка шихты в печь ведётся непрерывно в районе плавильной зоны. Кусковые и брикетированные шихтовые материалы загружаются через загрузочную горловину, расположенную над плавильной зоной. Крупногабаритные материалы загружают через газовую горловину. Пылеобразная шихта загружается через торец печи на поверхность расплава в реакционной зоне с помощью пневматического загрузочного устройства.
Воздушное или обогащённое кислородом дутьё (22-28%) подают через фурмы, расположенные по длине плавильной зоны, непосредственно в расплав. Для нагрева шлака с целью повышения его жидкотекучести в отстойной зоне расположены две фурмы для сжигания жидкого топлива или природного газа.
Агрегат способен перерабатывать как концентраты, так и различные медьсодержащие отходы. Плавку и частичное рафинирование проводят в автогенном режиме, что обеспечивается подачей в расплав дутья, обогащённого кислородом. Продуктами переработки медьсодержащего сырья в плавильно-рафинировочном агрегате являются штейн, содержащий 65-72% при применении воздушного дутья и 60-70%Cu при применении дутья, обогащённого кислородом. Содержание меди в шлаке при воздушном дутье составляет 3,7%Сu и 1,5-4,0% при применении дутья, обогащённого кислородом. После обеднения содержание меди в шлаке составляет 0,3-0,8% Сu.
Обогащённый штейн периодически выпускают через летку, расположенную в торцовой части печи со стороны плавильной зоны. Выпуск шлака осуществляется непрерывно через летку, расположенную в торце печи со стороны отстойной зоны.
Удаление технологических газов осуществляется через газовую горловину, расположенную над отстойной зоной, в стороне от плавильной зоны. Содержание SO2 в отходящих газах составляет 18-22%.
Переработка богатого штейна на черновую медь осуществляется в конвертере. Полученный конверторный шлак охлаждается, дробится и поступает на переплавку в шахтную печь.
Агрегат СПК располагает широкими возможностями для переработки различных медьсодержащих материалов в автогенном режиме. Он отличается простотой конструкции и обслуживания, характеризуется высокой надёжностью работы его механизмов.
Совмещённая плавка - конвертирование реализована также для переработки сульфидных медных концентратов на богатый штейн на предприятии «Святогор» (Россия). Технологическая схема включает в себя следующие основные операции: плавку концентрата на богатый штейн, конвертирование штейна с получением черновой меди, охлаждение и флотационное обеднение шлака, очистку газов о пыли и производство серной кислоты.
Содержание меди в штейне составляет порядка 60-75%. Содержание меди в шлаке после плавки на штейн составляет 2,5-3,5%. Шлаки подвергаются обеднению процессом флотации. Хвосты направляются на закладку горных выработок, а богатый по меди концентрат и направляется в плавильный агрегат.
Богатый по меди штейн подвергается конвертированию с получением черновой меди. Конверторные направляются на производство серной кислоты. Уловленная грубая пыль возвращается в плавильный агрегат, а из тонкой фракции пыли извлекают цинк и свинец.
Агрегат СПК оборудован системой подачи шихты в плавильный агрегат. Шихта включает в себя концентрат, содержащий 13-15% Cu, 36-37% Sb 30-32% Fe, и кремнезёмистый флюс, содержащий 75-80% SiO2. Загрузка шихты осуществляется с помощью пневматического загрузочного устройства, установленного в торце печи со стороны плавильной зоны. Загрузка шихты осуществляется на поверхность расплава. В торце печи со стороны отстойной зоны установлены горелки для сжигания жидкого или газообразного топлива для поддержания необходимого теплового режима печи.
В таблице 1 приведены технико-экономические показатели различных плавок сульфидных медных концентратов на штейн. Из приведённых показателей видно, что при прочих равных условиях плавка Ванюкова характеризуется высокой удельной производительностью.
Таблица 1 – Сравнение технико-экономических показателей основных видов плавки сульфидных медных концентратов на штейн
Показатель | Наименование плавки | ||||||||
Отраж. | КФП | ВП. | КИВ-ЦЭТ | НОРА НДА | МИЦ- УБИСИ | Аусм-елт | СПК | Ваню- кова | |
Про-ть, т/(м2·сут) Сод. меди,% в штейне в шлаке (без об.) Содер. SiO2 в шл Влаж. ших.,% Круп. ших, мм Пылевынос,% О2 в дутье,% Содер. SO2,% Расх. топ.,% | 4-5 20-30 0,4-0,5 34-42 6-8 до 5 1-2 до 25 1-2 18-22 | 10-13 38-40 до 1,2 28-34 до 1 0,1 9-12 95 70-75 до 2 | 8-12 60 1,0-1,5 29-30 до 1 0,1 7-10 35-40 18-20 до 5 | 3-5 40-50 0,3-0,6 - до 1 0,1 - 95 35-50 10-12 | 10-11 70-75 5,0 - 10-13 до 10 5 до 37 16-20 9-11 | 20 65 0,5* 30-35 до 1 до 1 3-5 45 35 - | 58-60 0,5-0,7 - - до 25 1 - 11 - | 10-16 60-70 1,5-4,0 - - - - до 28 18-22 | 60-80 45-55 0,5-0,6 30-32 6-8 до 50 1 60-65 20-40 до 2 |
Она в 15 раз превышает производительность отражательной печи и в 4-8 раз превышает производительность других плавок. Она выгодно отличается от многих плавок по крупности перерабатываемого сырья, влажности шихты, расходу топлива и содержанию меди в отвальных шлаках.
