Плавка во взвешенном состоянии в атмосфере технологического кислорода

1.2 Плавка во взвешенном состоянии в атмосфере технологического кислорода

Отличительной особенностью плавки во взвешенном состоянии на кислородном дутье является использование для её осуществления печей с горизонтальным факелом. Это обусловлено высокой скоростью окисления сульфидов в чистом кислороде и относительно низкой скоростью газовых потоков в печи в следствии небольшого объема образующихся технологических газов.

Кислородно-взвешенная (кислородно-факельная) плавка (КФП) применялась только на двух заводах в мире – в Канаде на заводе «Коппер – Клиф» и на медном заводе в Алмалыке (Узбекистан).

Печь для плавки во взвешенном состоянии на кислородном дутье (96 – 98 %) представляет собой плавильный агрегат с горизонтальным рабочим пространством с горелками для сжигания сульфидов, установленными на обоих торцах печи и центральным отводом газов.

Предварительно высушенная до содержания влаги менее 0,5 % шихта подается в струю кислорода горелками на одной из торцевых стен. В факеле печи протекают реакции диссоциации высших сульфидов:

2CuFeS₂→Cu₂S + 2FeS + 1/2S₂

FeS₂→FeS + 1/2S₂

3NiS→Ni₃S₂ + 1/2S₂

S + O₂→SO₂

и реакции окисления:

2FeS + 3O₃ + SiO₂=2FeO*SiO₂ + 2SO₂

FeS + 3/2O₂=FeO + SO₂

3FeO + 1/2O₂=Fe₃O₄

Cu₂S + O₂ = Cu₂O + SO₂

MeS + O₂=MeO + SO₂

Восстановления магнетита сульфидами происходит по реакции:

Fe₃O₄ + FeS + 2SiO₂⇄2 (2FeO*SiO₂) + SO₂

В противоположной стороне печи установлены для факельного сжигания в кислороде пирротинового или пиритного концентрата. В этом факеле образуются капли бедного по содержанию меди сульфидного расплава, служащего для промывки шлака перед выпуском с целью обеднения.

Штейн по мере накопления периодически выпускается через шпур, расположенный на одной из боковых стен.

Выпуск шлака осуществляется со стороны обеднительного торца. Отходящие газы, содержащие до 80 % SO₂, направляются на химическое производство.

При сжигании сульфидов в чистом кислороде в факеле развивается высокая температура 1550 – 1600 ⁰С. Для отвода избыточного тепла и защиты стен и свода от разрушения, кладку печи охлаждают, с помощью кессонов.

При высоких температурах факела в атмосфере технического кислорода горение сульфидов протекает очень быстро. И уже на расстоянии 0,6 – 1 м. от сопла, кислород полностью расходуется и горение заканчивается. Поэтому скорость горения сульфидов не влияет на конечную производительность.

Процесс КФП отличается высокой десульфуризацией, достигающей 75 %. Это позволяет получать очень богатые штейны, содержащие до 70 % меди.

Принципиальное единство технологических основ двух разновидностей плавки во взвешенном состоянии порождает общность их достоинств и недостатков [1].

Достоинства:

1.  Использование тепла сжигания сульфидов;

2.  Высокое извлечение серы в газы (70 – 80 %);

3.  Богатые по содержанию SO₂ газы;

4.  Высокая удельная производительность агрегата;

5.  Возможность полной автоматизации процесса.

Недостатки:

1.  Высокое содержание меди в шлаках (до 2 %);

2.  производительность процесса вследствие медленной скорости штейнообразования и шлакообразования и разделения фаз в отстойной зоне, низка и затраты на подготовку шихты высокие.

2. ПЛАВКА Cu–КОНЦЕНТРАТА ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ

Количество Cu

в CuFeS₂ (28*3)/4=21 кг.

в Cu₂S 28 – 21=7 кг.

Количество компонентов

CuFeS₂

63.5 : 55.8 : 64 = 21 : a : b

a= Fe= 55.8/64*21=18,3 кг

b= S= 63.5/64*21=20,8 кг

в Cu₂S

S= (32*7)/127= 1,76 кг

в NiS

S= 32/58.7*1=0,54 кг.

Fe

Оставшееся Fe 35 – 18,3 = 16,7 кг.

в FeS (16,7)/6=2,8 кг.

S=(32*2,8)/55.8=1.6 кг.

в FeS₂=16,7-2,8=13,9 кг.

S=(64*13,9)/55,8=15,9 кг.

Таблица 1 – Рациональный состав Cu – концентрата на 100 кг

Компонент	Cu	Fe	Ni	S	SiO2	Прочие	Итого
CuFeS2	21	18,3	-	18	-	-	57,3
Cu2S	7	-	-	1,76	-	-	8,76
NiS	-	-	1	0,54	-	-	1,54
FeS	-	2,8	-	1,6	-	-	4,4
FeS2	-	13,9	-	13	-	-	26,9
SiO2	-	-	-	-	0,5	-	0,5
Прочие	-	-	-	-	-	0,7	0,7
Итого	28	35	1	34,9	0,5	0,7	100

Расчет пыли

Механический унос пыли взвешенной плавки составляет 10 % от веса шихты, из них 4 % безвозвратно.

Расчет на 1000 кг.

Количество CuFeS₂ в механическом уносе

573*0,1*0,04=2,3 кг.

В нем:

Cu – 210*0,1*0,04=0,84 кг.

Fe – 183*0.1*0.04=0.732 кг.

S – 180*0.1*0.04=0.72 кг.

Количество Cu₂S в механическом уносе

87,6*0,1*0,04=0,35

В нем:

Cu – 70*0,1*0,04=0,28 кг.

S – 17.6*0.1*0.04=0.07 кг.

Количество NiS в механическом уносе

154*0,1*0,04=0,616 кг.

В нем:

Ni – 10*0.1*0.04=0.04 кг.

S – 5.4*0.1*0.04=0.02 кг.

Количество FeS в механическом уносе

44*0,1*0,04=0,018 кг.

В нем:

Fe – 28*0.1*0.04=0.11 кг.

S – 16*0.1*0.04=0.064 кг.

Количество FeS₂ в механическом уносе

269*0,01*0,04=0,556 кг.

В нем:

Fe – 139*0.1*0.04=0.556 кг.

S – 130*0.1*0.04=0.52 кг.

Количество SiO₂ в механическом уносе

5*0,1*0,04=0,02 кг.

Прочие

0,7*0,1*0,04=0,003 кг.

Таблица 2 – Рациональный расчет концентрата с учетом уноса пыли на 1000 кг

Минерал		Компонент						Всего
		Cu	Ni	Fe	S	SiO2	Прочие	кг.	%
CuFeS2		209,2	–	182,3	179,3	–	–	571	57,6
Cu2S		69,7	–	–	17,5	–	–	87,2	8,8
NiS		–	9,96	–	5,38	–	–	15,34	1,5
FeS		–	–	27,89	15,94	–	–	43,83	4,4
FeS2		–	–	138,4	129,5	–	–	267,9	27
SiO2		–	–	–	–	4,98	–	4,98	0,5
Прочие		–	–	–	–	–	9	9	0,9
Итого	кг.	278,9	9,96	348,59	347,6	4,98	9	1000	100
	%	28,1	1	35,2	35,2	0,5	0,07	100

Расчет рационального состава штейна

На основании практики, принимаем извлечение Cu в штейн 95,4 %.

1. Количество Cu, перешедшее в штейн

278,9*0,954=266,1 кг.

Количество штейна про 60 % содержании Cu в нем составит

266,1/0,6=443,5 кг.

2. Количество S связанное с 266,1 кг. Cu

(266,1*32)/127,1=66,99 кг.

3. Количество Ni перешедшее в штейн

9,96*0,85=8,5 кг.

Количество S связанной с Ni

(8,5*64)/176=3,1 кг.

Количество Ni₃S₂ в штейне

3,1+8,5=1,6 кг.

4. Количество Cu₂S в штейне

266,1+66,99=333,1 кг.

5. Количество О₂ в штейне принимаем по данным практики: в содержании 60 % Cu равным 1,24 % О₂

443,5*0,0124=5,5 кг.

С ним связано Fe в виде Fe₃O₄ в штейне

5,5+14,4=19,9 кг.

Количество FeS в штейне

443,5-333,1-19,9-14,4=76,1 кг.

Количество Fe в FeS

(76,1*55,8)/87,8=48,4 кг.

С ним связано S

76,1/2,74=27,8 кг.

Общее количество S в штейне

66,99+27,8+3,1=97,8 кг.

Таблица 3 – Состав штейна

Компонент		Cu2S	Ni3S2	FeS	Fe3O4	Всего
						кг.	%
Cu		266.1	–	–	–	266,1	60,3
Ni		–	8.5	–	–	8,5	1,93
Fe		–	–	48.4	14.4	62,8	14,2
S		66.99	3.1	27.8	–	97,9	22,2
O2		–	–	–	5.5	5,5	1
Итого	кг.	333	11.6	76.2	19.9	441	100
	%	75.5	2.6	17.3	4.5	100

Расчет количества шлака

1. Количество Cu, теряющееся в шлаке

278,9-266,1=12,8 кг.

Количество S, связанной с 12,8 кг. Cu, в виде Cu₂S

(12.8*32)/127=3,22 кг.

2. Количество Ni, теряющееся со шлаком

9,96-8,5=1,46 кг.

Количество S, связанной с Ni₃S₂

(1.46*64)/176=0,5 кг.

3. Количество S, перешедшее в газы

S=S_к-та – S_ш-та – S_шл-ма=347,6 – 97,9 – 3,72=246 кг.

4. Количество FeS, окисляющегося до Fe₃O₄ и перешедшее в штейн по реакции

3FeS+5O₂→Fe₃O₄+3SO₂

(264*19,9)/22,7 кг.

Количество Fe, окисленного до Fe₃O₄

(22,7*55,8)/87,9=14,4 ru/

Количество О₂, необходимое для образования 19,9 кг. Fe₃O₄

(22,7*160)/264=13,7 кг.

19,9-14,4=5,5 кг. О₂ в Fe₃O₄