Количество Fe, находящегося в шлаке в форме FeO

5. Количество Fe, находящегося в шлаке в форме FeO

348,59-62,8=285,8 кг.

Количество FeO в шлаке

(285,8*71,8)/55,8=367,7 кг.

Общее количество О₂ необходимое для окисления Fe до FeO

367,7-285,8=81,9 кг.

6. Количество О₂, необходимое для окисления S

(246*32)/32,07=245,4 кг.

Всего SO₂ в газовой фазе

245,4+230=475,4 кг.

В шлак полностью перейдет полностью из концентрата SiO₂ и прочие

Таблица 4 – Состав и количество шлака при плавке без флюсов

Компонент	Cu		Ni		Fe			S		O2		SiO2		Прочие		Итого
кг.	13,8		1,46		285,8			3,72		81,9		5		9		399,7
Компонент		Cu		Ni		Fe	S		O2		SiO2		Прочие		Итого
%		3,3		0,4		73	1		21		1		0,9		100

плавка взвешенный состояние штейн

Со шлаками такого состава теряется много Cu, поэтому плавку необходимо вести с флюсами. В качестве флюса используется кварцевая руда, %:

SiO₂ – 74,8; Fe(в FeO) – 3,8; прочие – 17,8.

Расчет шлака при плавке с флюсом

В качестве исходных данных для состава рационального шлака взято содержание в нем SiO₂,равное 30 %, и содержание Fe₃O₄ равное 14 %.

0,784Х+5=0,3(391,4+Х+Y)

Y=0.0691*0.14(391.4+X+Y)

Y=0.00967*(391,4+X+Y)

Y=3.79+0.00967X+0.00967Y

где, 0,786 – доля SiO₂ в песчанике; 5 – масса SiO₂ из концентрата;

0,3 – доля SiO₂ в шлаке (30 %); 391,4 – масса первичного шлака; 0,0691 – коэффициент пересчета на О₂.

Решив уравнение получил

X=256 кг;

Y=6,6 кг.

Приняв пылевынос 4 %, получаем массу песчанника, добавляемого в шихту

256/0,96=266,7 кг.

В 256 кг. Песчанника содержится

256*0,784=200,8 кг.

256*0,038=9,7 кг.

прочие 256*0,178=45,6 кг.

Масса шлака

391,4+256+6,6=654 кг.

Так как в песчанике содержится 9,7 кг. FeO, находим количество Fe, поступившего с флюсом

(9,7*55,8)/71,8=7,5 кг.

С ним связано 2,2 кг. О₂

Так как содержание Fe₃O₄ в шлаке равно 14 %, то масса его составит

(654*14)/100=91,6 кг.

В 91,6 кг. Fe₃O₄ содержится

Fe – 66,3 кг.

О₂ – 91,6-66,3=25,3 кг.

Всего Fe в виде закиси

219,5+7,5=227 кг.

С 227 кг. Fe будет связано О₂

(227*16)/55,8=65,1 кг.

Таблица 5 – Количество и состав шлака с учетом флюса

Компонент	Cu	Ni	Fe	S	O2	SiO2	Прочие	Всего
Cu2S	12,8	–	–	3,22	–	–	–	16
Ni3S2	–	1,46	–	0,5	–	–	–	1,96
FeO	–	–	227	–	65,1	–	–	292,1
Fe3O4	–	–	66,3	–	25,3	–	–	91,6
SiO2	–	––	–	–	–	200	–	200
Прочие	–	–	–	–	–	–	9	9
Итого	12,8	1,46	293,3	3,72	90,4	200	9	610,7

Расчет пыли

1. Количество Cu, перешедшей в пыль

280-278,9=1,1 кг.

2. Количество Ni, перешедшего в пыль

9,96-8,5=1,46 кг.

3. Количество S перешедшей в пыли

349-347,6=1,3 кг.

4. Количество SiO₂ перешедшего в пыль

5-4,98=0,02 кг.

из песчаника

200-192=8,02

Всего SiO₂ в пыли 8+0,02=8,02 кг.

5. Количество прочих в пыли

из концентрата – 16,3-16,2=0,1 кг.

из песченика – (266,8-256,1)*0,178=1,9 кг.

Всего прочих в пыли

0,1+1,9=2 кг.

6. Количество Fe в пыли

Из концентрата – 349-348,5=0,5 кг.

Из песчаника – (266,8-256,1)*-0,038=0,4 кг. FeO или 0,31 кг. Fe

Всего Fe в пыли

0,315+0,5=0,815 кг.

7. Количество О₂ в пыли

0,4-0,3=0,09 кг.

0,09+2,2=2,29 кг.

Таблица 6 – Количество и состав пыли

Компонент	Cu	Ni	Fe	S	O2	SiO2	Прочие	Итого
кг.	1,1	1,46	0,815	1,3	2,29	8,02	1,9	16,9
%	6,5	8,6	4,8	7,7	13,5	47,4	11,2	100

Расчет количества отходящих газов

Примем, что весь О₂, необходимое для окисления реакции поступает с подогретым дутьем.

1) Количество О₂, необхождимое для окисления Fe до FeO, составляет 90,4 кг.

2) Для окисления Fe до Fe₃O₄ необходимо О₂

5,5+25,3=30,8 кг.

3) Для окисления S требуется 245,4 кг. О₂

Общий расход на плавку О₂, составит 366,6 кг.

Вместе с О₂ в печь поступит N₂ при содержании О₂ в дутье 24,6 %:

366,6/0,246*0,754=1123,6 кг.

При содержании в концентрате влаги 0,1 % в печь поступит её

(1000+266,8)/0,999-(1000+266,8)=1,268 кг.

Таблица 7 – Количество и состав отходящих газов

Газы	кг.	м3	%(объемные)
SO2	475,4	165,9	15,9
N2	1123,6	876,5	84
H2O	1,268	1,577	0,15
Итого	1600	1043,97	100

Таблица 8 – Материальный баланс плавки сульфидного медного концентрата на подогретом воздушном дутье, кг

Поступило
Материал баланса	Всего	В том числе
		Cu	Ni	Fe	S	SiO2	O2	N2	Прочие	H2O
Загружено концентрата	1001,3	278,9	9,96	348,59	347,6	4,98	–	–	9	1,3
Песчаника	260,6	–	–	7,8	–	203	2,26	–	47,5	–
Воздуха	1490	–	–	–	–	–	366,6	1164	–	––
Итого	2752	279	9,96	356,4	347,6	208	368,9	1164	56,5	1,3
Получено
	Всего	Cu	Ni	Fe	S	SiO2	O2	N2	Прочие	H2O
Штейна	441	265,4	7,5	62,8	97,9	–	5,5	–	–	–
Шлака	610,7	12,3	1,46	292,5	3,7	200	90,4	–	54,6	–
Пыли	16,9	1,1	1	0,8	1,3	8	–	–	1,9	–
Газов	1683	–	–	–	244,7	–	273	1164	–	1,3
Итого	2752	279	9,96	356,4	347,6	208	368,9	1164	56,5	1,3

Степень десульфаризации

(244,7/347,6)*100=70 %

Расчет теплового быланса плавки

Приход тепла

Окисление сульфидов железа

Количество Fe, окисляемого до FeO, равно

219,5+1,4=220,9 кг.

По реакции:

2FeS + 3O₂=2Fe + 2SO₂ + 470786 кДж

Всего выделится тепла

(470786*220,9)/(2*55,8)=122789 кДж

Количество Fe, окисленного до Fe₃O₄ составляет

14,3+66,3=80,6 кг.

По реакции:

3FeS + 5O₂=Fe₃О₄ + 3SO₂ + 172537 кДж

Выделится тепла

1723537/(3*55,85)*80,6=855500 кДж

Всего при окислении FeS выделится тепла

122789+855500=977689 кДж

Окисление серы

Всего в газы переходит 244,7 кг., в том числе

от окисления FeS до FeO

244,7*32*55,8=140,3 кг.

От окисления FeS до Fe₃O₄

83.117*32/55,8=47,7

Количество S от диссациации составляет

244,7-47,7-140,3=56,7 кг.

Количество тепла выделяющегося при окислении S по реакции

S + O₂= SO₂ + 297086 кДж

47,7*2212=105512 кДж

Ошлакование закиси железа

Тепло от ошлакования FeO по реакции

2FeO = SiO₂ = 2FeO*SiO₂ = 29309 кДж

Всего тепла от ошлакования FeO выделится

(29309*244,4)/(2*55,8)=65119 кДж

Ошлакование CaO

Тепло от ошлакования CaO определим по реакции

CaO + SiO₂ = CaO*SiO₂ + 90020 кДж

На ошлакование 1 кг. CaO выделится тепла

21500/56=1605 кДж

В песчанике содержится 3 % СaO или 7,684 кг.

Всего тепла от ошлакования СаО выделится

1605*7,684=12333 кДж

Таким образом, от экзотермических реакциё поступит тепла

977689 + 105513 + 65119 + 12333 = 1160653 кДж

Физическое тепло

Твердая шихта поступает в печь взвешенной плавки предварительно подсушенной в распылительных сушилках. На выходе в печь температура шихты 25 ⁰С. Физическое тепло шихты при 25 ⁰С составит

4,187*1268*0,22*25=29202 кДж

а весь приход тепла составлит

1160653 + 29202 = 1189855 кДж

Расход тепла

1) Весь расход тепла на диссациацию 1 моля серы равен 83,7 кДж, получим расход на образование 47,3 серы равен

(47,3/32)*83,7=123,642 кДж

Количество тепла затрачиваемого на разложение 1 моля СаСО₃ равное 177947 кДж

Расход тепла на разложение СаСО₃ равен

177947*7,68/56,1=24382 кДж

Всего расход тепла на эндотермические реакции составит

1236+24382=24505,6 кДж

2) Расход тепла с продуктами плавки

При нормально ведении процесса температура продуктов плавки, то есть штейна, шлака и отходящих газов, составит соответственно 1180 ⁰С, 1250 ⁰С, 1300 ⁰С. При этом расход тепла с продуктами плавки составит, кДж

со штейнами – 4,184*441*0,22*1180=478999 кДж

 со шлаками – 4,184*610,7*0,29*1250=926249 кДж

с пылью – 4,184*16,9*0,836*1300=76847 кДж

с SO₂ – 4,184*475,4*715,3=1422784 кДж

c N₂ – 4,184*1123,6*444,9=2091538 кДж

с НО₂ – 4,184*1,5=6,3 кДж

Всего – 13332423 кДж

Потери через кладку и неплотноси в печи составляют 4,5% от общего расхода тепла. Тогда общий расход тепла составит

13332423/0,95=14034129 кДж

Теплосодержание 1м³ воздуха подогретого до 200 ⁰С равно 261,9 кДж/м³

Тогда с воздухом вводится тепла

261,9*1334,76=34574 кДж

Дефицит тепла составит

14034129-34574-2395803=11603752 кДж

Это тепло необходимо подать в печь путем сжигания природного газа

Природный газ имеет состав(по объему), %: СН₄ – 98; СО₂ – 1,2; N₂ – 0,8.

Для подсчета теплоты сгорания используем формулу

Q_H^P=(85,89*СН₄)*4,184=4,184*(85,89*98,7)=35469 кДж/м³

Принимаем коэффициент избытка воздухадля сжигания топлива α=1,1

Определим теоретическую потребность воздуха по реакции

СН₄ + 2О₂ → СО₂ + 2Н₂О

Потребность О₂ на 100 м³ природного газа составляет, м³

для сгорания СН₄ – 100*0,987*2=197,4

Всего потребуется 199,775 м³ О₂

С учетом α=1,1, всего потребуется О₂

199,775*1,1=219,753 м³

Теоретический состав газов от сжигания топлива следующий, м³

СО₂ – 0,6+0,987*100+0,00675*100*2=100,65

Р₂О – 0,987*100*2+0,00675*100*3+0,0025*100=199,45

N₂ – 673,55

Расход газа для восполнения потерь составим Х м³.

Для сжигания газа при α=1,1 на 1м³ газа потребуется воздуха 8,933 м³

Температура воздуха, подаваемого на сжигание Х м³ газа равна 30 ⁰С, а его теплоемкость 1,3 кДж/м³*⁰Сследовательно, тепло, вносимое воздухом, будет

Х*8,933*301,3=Х*348,4 кДж

Тепло от сжигания газа равно Х*8584,238

С отходящими газами при 1300 ⁰С расход тепла, кДж

с СО₂ – 1,0065*Х*2992,4=3012*Х

с Н₂О – 1,9945*Х*2327=4641*Х

с N₂ – 6,671*Х*1863=12428*Х

с О₂ – 0,195*Х*1970=384*Х

Всего – 20465*Х

По приходу и расходу тепла от сжигания природного газа составляет уравнение

348,4Х+35941Х-20465Х=11603752

Х=6733 м³

Таким образом количество природного газа, необходимое для поддержания теплового баланса плавки во взвешенном состоянии на 1000 кг концентрата равно 62,2 м³.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Металлургия тяжелых цветных металлов [Электронный ресурс]; электронный учебное пособие. Н.В. Марченко, Е.П. Вершинина, Э.М. Гильбенбрандт. Красноярск ИПК СФУ, 2009.

2. Металлургия меди, никеля и сопутствующих элементов. Б.П. Бледнов, В.Е. Дульнева. Красноярск, 1983 – 104 с.