Расчет технологического процесса отражательной плавка сульфидного медного концентрата

___________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 

 
 
 

ТЕМА: «РАСЧЁТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ ПЛАВКА СУЛЬФИДНОГО МЕДНОГО КОНЦЕНТРАТА» 
 
 
 
 

Выполнил:                                                               _____________________                                                                         
 
 

Проверил:                                                  _____________________ 
 
 
 

______________________ 
 

РАСЧЁТ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ ПЛАВКА СУЛЬФИДНОГО МЕДНОГО  КОНЦЕНТРАТА 

     ВВЕДЕНИЕ

1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ  ПЛАВКЕ

1. Химические превращения в процессе плавки

2. Химическое взаимодействие компонентов шихты
3. Процессы штеино и шлакообразования
4. Десульфуризация  при отражательной плавке

 

2. ШТЕЙНЫ И  ШЛАКИ

1. Физико-химические свойства штейнов

2. Состав промышленных штейнов
3. Физико-химические свойства шлаков

 

3. КОНСТРУКЦИЯ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ  ПЕЧЕИ

1. Общая   характеристика отражательных   печей

2. Конструктивные элементы печей

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  РАСЧЕТ

1. Расчет рационального состава концентрата

2. Расчет обжига концентрата
3. Расчет пыли
4. Расчет штейна-и конвертерного шлака
5. Расчет газов
6. Материальный баланс процесса
7. Определение теплопотребления шихты
8. Тепловой баланс печи

5. МЕРОПРИЯТИЯ ПО БЕЗОПАСНОМУ ВЕДЕНИЮ РАБОТЫ
6. ЗАКЛЮЧЕНИЯ
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

      Гигантское  развитие энергетики требует значительного увеличения производства меди. Выпуск меди в десятой пятилетке повысится в 1,2—1,3 раза. Рост производства меди позволяет полнее удовлетворить потребности энергетики и других отраслей народного хозяйства в этом ценнейшем металле, а также будет способствовать решению другой важнейшей задачи — обеспечению химической промышленности серной кислотой для производства сельскохозяйственных удобрений.

      Увеличение  производства меди происходит за счет реконструкции действующих и строительства новых заводов. В медной промышленности наряду с внедрением таких прогрессивных процессов, как плавка во взвешенном состоянии на кислородном и горячем дутье, плавка концентрата в конвертерах, должны совершенствоваться и старые процессы, в частности отражательная плавка. Отражательная плавка — самый распространенный способ переработки медных флотационных концентратов. В мировом производстве меди более 80% первичной черновой меди выплавляется с помощью отражательной плавки.

      Из  восемнадцати североамериканских медеплавильных заводов пятнадцать перерабатывают концентраты с помощью отражательной плавки, один завод «Картерет» плавит сульфидные концентраты в отражательных, а окисленные в шахтных печах, два завода — «Копперхил» и    «Инспирейшен» — применяют электроплавку, первый огарка, второй подсушенных концентратов. Все чилийские медеплавильные заводы оборудованы отражательными печами, а из четырех канадских заводов три («Норанда», «Флин-Флон» и «Гаспе») перерабатывают концентраты в отражательных печах. Все медеплавильные заводы Замбии получают черновую медь с помощью отражательной плавки. В отечественной медеплавильной промышленности отражательная плавка также занимает доминирующее положение, с помощью этого процесса в СНГ производится около 80% первичной черновой меди.

      Отражательная плавка медных концентратов имеет большие  достоинства: высокое извлечение меди, малый унос пыли, хорошие условия  отстаивания шлака, несложное конструктивное оформление агрегата и легкую регулировку температуры в печи. В этом процессе просто обеднять конвертерные шлаки. Но для отражательной плавки характерны также и серьезные недостатки; относительно невысокая удельная производительность, высокий расход топлива, большой выход отходящих газов, что не позволяет утилизировать серу, редкие и рассеянные элементы. Эти недостатки отражательной плавки определили разработку финскими, канадскими, советскими и японскими металлургами процессов взвешенной плавки медных концентратов на горячем воздушном и кислородном дутье, а также плавки концентратов- в конвертерах на обогащенном кислородном дутье.

    Однако  внедрение новых способов переработки  медных концентратов не означает, что в ближайшее время отражательная плавка будет повсеместно заменена указанными процессами, так как это связано с трудностью реконструкции действующих предприятий и дополнительными капитальными затратами. Можно предполагать, что в ближайшие десятилетия переработка концентратов отражательной плавкой не только не снизится, но и возрастет, а удельный вес ее в производстве первичной черновой меди останется достаточно высоким.

1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ  ПЛАВКЕ

  В отражательной  печи сжигается большое количество топлива. Под воздействием выделяющейся при этом тепловой энергии в рабочем пространстве и ванне печи протекают различные физико-химические процессы: испарение влаги, нагрев и плавление шихты, химические превращения и взаимодействия компонентов шихты, штейно и шлакообразование, взаимодействие газовой фазы с шихтой и расплавами, а также твердых, жидких и газовой фаз с футеровкой печи.

  При отражательной  плавке сырой  (подсушенной) и обожженной шихты одни физико-химические процессы имеют большее, другие меньшее развитие. Так, при плавке сырой шихты испаряется большое количество влаги, при плавке огарка она отсутствует, а высокая температура загружаемого материала значительно сокращает период нагрева. Процессы диссоциации сложных соединений в большей своей части проходят при обжиге, поэтому при плавке огарка они менее развиты, чем при плавке сырой шихты. Химическое взаимодействие компонентов при плавке сырой шихты, наоборот, менее развито, чем при плавке обожженной, в составе которой много окисленных соединений. В данной главе и основном рассматриваются процессы химического превращения и взаимодействия компонентов шихты, штейно - и шлакообразования.

1. Химические превращения в процессе плавки

  Химические  превращения составляющих шихты  при отражательной плавке совершаются  под воздействием высоких температур. Поэтому представление об этих процессах  можно получить из анализа многочисленных исследовательских работ по поведению отдельных соединений при нагреве.

Соединения  меди

  В концентратах медь находится в виде сложных  и простых сульфидов: борнита, халькопирита, сернистой и полусернистой меди. В огарке, кроме простых сульфидов, присутствуют окислы, сульфаты, и ферриты меди.

  Борнит  Cu₅FeS₄ при нагрев диссоциирует по реакции 

2Cu₅FeS₄=5Cu_aS + 2FeS + ¹/₂S₂. (1) 

  Изучив  поведение борнита, X. К. Аветисян и А. Д. Абланов отмечают, что он диссоциирует в атмосфере воздуха при 800—840°С с выделением сернистого ангидрида, а в атмосфере азота при 825°С с выделением элементарной серы.

  Халькопирит CuFeS₂ при нагреве диссоциирует по реакции

2 CuFeS₂ = Cu₂S + 2 FeS + ¹/₂S₂ (2)

  По  данным указанных выше исследователей, диссоциация халькопирита протекает в атмосфере воздуха при 515—555°С с выделением SO₂, в атмосфере азота— при 540°С с выделением элементарной серы, при повышении температуры до 845—850°С наблюдается образование штейнов и спекание.

А. Н. Вольский и Р. А. Аграчева приводят несколько отличные сведения, указывающие на большую устойчивость халькопирита при нагреве. Они отмечают, что диссоциация    этого    соединения    интенсивно протекает только при     температуре   1000—1100°С, при этом образуются твердые растворы   Cu₂S и FeS. 

  Сернистая медь (ковеллин) CuS при нагреве в восстановительной и нейтральной атмосфере очень легко разлагается, упругость паров серы при 502°С достигает 595 мм рт. ст.. При нагреве сернистая медь диссоциирует по реакции

4 CuS = 2Cu₂S + S₂. (3)

  В слабоокислительной атмосфере отражательной печи сернистая  медь должна полностью разлагаться.

Полусернистая медь   (халькозин)   Cu₂S — устойчивое соединение при   высоких температурах,   упругость диссоциации Cu₂S при 1100°С равна 10^-6 ат,    что    значительно ниже парциального давления паров серы в газовой фазе отражательной- печи. При нагреве природного халькозина в атмосфере воздуха и азота наблюдается изменение в структуре минерала при 675—680°С, но существенного изменения состава Cu_aS вплоть до температуры   плавления (1125—1135°С) не происходит.  

Окись меди СuО—неустойчивое соединение при высоких   температурах,    упругость диссоциации СuО при 1030°С составляет 212 мм рт. ст., что значительно выше парциального давления кислорода в атмосфере отражательной печи. Диссоциация СuО приводит к образованию закиси меди Cu₂0, упругость диссоциации которой при  1185°С равна 0,041  мм рт. ст. Закись меди плавится при  1235"С без существенного изменения состава. 

  Согласно  исследованиям В. Я. Мостовича и Г. С. Успенского, феррит окиси меди CuO-Fe₂0₃ образуется при тесном контакте окисей меди и железа при 600—750°С, феррит закиси меди Cu_£0 - Fe₂0₃ — при температуре выше 1000°С. В окислительной атмосфере ферриты меди при высоких температурах представляют собой устойчивые соединения, но в атмосфере SO₂ они легко разлагаются уже при температуре 500—600°С. 

Учитывая  незначительное содержание окислов  меди в сульфидном концентрате и  их неустойчивость в присутствии сульфидов, можно полагать, что образование ферритов меди маловероятно при нормальном ведении отражательной плавки сырой шихты. При окислительном обжиге сульфидных концентратов происходит образование некоторого количества  ферритов меди. Этотпроцесс может продолжаться и при отражательной плавке огарка в случае достаточно высокого содержания кислорода в газовой фазе печи.

  При последовательном нагревании сульфат меди разлагается по следующим реакциям:

2 CuS0₄ == CuO*CuS0₄ + S0₃ (S0₂ + ¹/₂0₂); (4)

CuO*CuSO₄ =  2CuO + SO₃(SO_t + ¹/₂0₂). (5)

Упругость диссоциации нормального сульфата при 780°С Достигает 442 мм рт. ст., а основного сульфата при 812°С —354 мм рт. ст., что значительно выше парциального давления S0₂ в атмосфере отражательной печи. В связи с этим при температурах плавки сульфаты меди полностью разлагаются с образованием SO₂ и СuО, окись меди в последующем диссоциирует до Cu₂0. В концентратах, получаемых при обогащении смешанных- руд, обычно присутствует некоторое количество сложных окисленных соединений— малахита, азурита и др. Эти соединения при температуре 560—600°С диссоциируют с образованием СuО, поведение которого при нагреве рассмотрено выше.

Соединения  железа

  Кроме приведенных выше медно-железных сульфидов, в медных концентратах содержится пирит FeS₂, a в медно-никелевых пирротин Fe₇S₈, являющийся твердым раствором FeS и FeS₂. 

  При нагреве  в нейтральной и восстановительной  атмосфере пирит диссоциирует с  образованием твердых растворов  FeS₂ в FeS переменного состава и выделением элементарной серы, упругость диссоциации пирита при 680°С достигает 518 мм рт. ст. Полная диссоциация пирита с образованием FeS происходит при температурах около 1000°С.

  Сернистое железо в нейтральной и восстановительной  атмосфере при высоких температурах практически не разлагается, упругость  диссоциации вплоть до температуры плавления (1171°С) незначительна. В окислительной атмосфере нагревание сульфидов железа сопровождается образованием окислов Fe₂0₃ и Fе_з0₄.