Десульфуризация

Цель работы: определить степень десульфуризации при плавке огарка заданного состава; по степени десульфуризации рассчитать количество и состав штейна, который получится при плавке. 
 
 
 

1 Теоретическое  введение 

Плавку на штейн  применяют для переработки сульфидных медных и никелевых концентратов и руд. Эту плавку можно проводить  в нейтральной  ( отражательная плавка) или в окислительной (автогенные плавки) атмосфере.

Отражательна  я плавка сохраняет свое ведущее  положение в металлургии. В настоящее  время доля меди, полученная  с  ее использованием, составляет 40-50%. Сущность процесса заключается в том, что  нагрев и расплавление шихты происходят за счет тепла от сжигания топлива  в газовом пространстве над ванной печи.(рис. 1) 

Рис.1 Принцип  отражательной плавки 

Печь имеет  следующие размеры, м: длину- 30-36, ширину- 8-10, высоту- 3,3-3,8.

Основная цель отражательной плавки- расплавление шихты, получение штейна и шлака заданных составов. Шихта состоит из обожженного или необожженного медного концентрата, оборотных материалов и флюсов. 

Шихта плавится за счет тепла газов и образует жидкую ванну печи, в которой завершаются  процессы шлако- и штейнообразования.

В  загружаемом  в печь огарке присутствуют  Сu₂O, Cu₂S, FeS, Fe₂O₃, Fe₃O₄ и другие компоненты.

Поэтому, если в шихте имеется достаточное количество FeS, большая часть меди сульфидируется.

Закись железа  взаимодействует с кремнеземом  SiO₂ и оксидом кальция, образуя легкоплавкие первичные шлаки. В этих шлаках растворятся более тугоплавкие оксиды и формируется шлак отражательной плавки. Чем полнее был проведен перед плавкой обжиг, и чем меньше серы осталось в огарке, тем больше железа переходит  в форме оксидов  в шлак.

При плавке обожженных концентратов степень десульфуризации может быть от 5 до 25 %. Чем больше степень десульфуризации, тем больше железа переходит в шлак. В штейн железа переходит меньше, и штейн получается более богатый медью.

Шлак и штейн  из печи выпускают раздельно.

Штейн-сплав  сульфидов. Главными составляющими  медного штейна являются CuS и FeS, в расплаве которых растворяются Ni₃S₂, ZnS, PbS, As₂S₃, Sb2S3, Fe₃O₄, Au, Ag. Плотность штейна определяется плотностью входящих в его состав сульфидов. В зависимости от состава плотность штейна колеблется от 4,8 до 5,6 г/см³ Как установлено проф. В.Я. Мостовичем, в медных штейнах содержится около 25 % серы.

Содержание меди в штейне зависит  от десульфуризации при плавке. При увеличении десульфуризации штейны получаются более богатыми.

Поступившие в  печь оксиды SiO2, Fe3O4, CaO, MgO, Al2O3, FeO и др. сплавляются, взаимно растворяются и образуют сплав оксидов непостоянного состава-шлак. При отражательной плавке потери меди со шлаками основные. Для снижения содержания меди в шлаках необходимо, чтобы они были достаточно жидкотекучими, относительно легкоплавкими, с удельной плотностью от 3,2 до 4,0 г/см³

Свойства шлака  зависят от его состава. Главными составляющими компонентами , влияющими на состав шлака, являются Feo, CaO, SiO₂ .

Состав шлака  стараются подобрать в соответствии с составом перерабатываемой шихты. Если шихта имеет избыток оксидов  железа, то и шлак выбирается с меньшим  содержанием кремнезема. Для каждой плавки выбирают оптимальный  состав шлака, получение которого обеспечивается введением в шихту флюсов в  количестве, определенном расчетом.

Содержание основных компонентов  в шлаках отражательной  плавки колеблется в следующих пределах, % : 27-45 SiO₂, 20-55 FeO, 2-25 CaO. Содержание меди в шлаке (Cu)_шл зависит от содержания меди в штейне [Cu]_шт:

(Сu)_шл=0,01/0,014[Cu]_шт 
 
 
 
 
 

2 Практическая  часть

1. Берем  навеску обожженного концентрата (огарка) массой 0,5 г и помещаем в фарфоровую лодочку. Записываем состав огарка (Cu-29%, Fe-30%, S-18%, SiO₂-2,5%, Ni-1,8%)
2. В поглотительную  колбу 1 заливаем  100 мл 0,1 Н раствора йода.
3. В контрольную колбу 2 заливаем 50 мл раствора йодистого калия.
4. Через нагретую до температуры 1 200-1 250 С трубчатую печь пропускается азот  в течении 5 мин для промывки всей системы от воздуха.
5. Не прекращая продувки, с левой стороны кварцевой трубы вставляют фарфоровую лодочку с навеской огарка до середины печи, присоединяют поглотительные колбы по схеме: печь-колба 1-колба 2.
6. Плавка длится 30 мин. Выделившийся в результате плавки газ взаимодействует с йодом в колбе 1 по реакции J₂+SO₃+2H₂O=H₂SO₄+2HJ
7. По окончании плавки баллон с газом закрываем.
8. Половину раствора  из колбы 1 (50мл) выливаем в коническую колбу и титруем 0,1 Н раствором тиосульфата натрия. При титровании определяется остаточное количество йода, которое связывается тиосульфатом по реакции

J₂+2Na₂S₂O₃=2NaJ+Na₂S₄O₆

Количество раствора тиосульфата натрия, пошедшее на титрование =5,4 мл

9. Рассчитаем количество сернистого ангидрида, образовавшегося в процессе плавки, по формуле

SO₂=(V₁N₁-V₂N₂) 0,0064

Где V₁-объем титруемого раствора йода, мл; N₁-нормальность раствора йода, Н; V₂-объем раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование, мл; N₂-нормальность раствора тиосульфата натрия, Н.

Тогда при плавке 0,5 г огарка, содержащего 18 % серы, выделится

SO₂=(50*0,1-5,4*0,1) 0,0064= 0,028544 г

А в пересчете  на серу 0,5*0,028544=0,014272 г

10. Определим степень десульфуризации:

Д_s=Sуд/Sог=0,014272/0,5*0,18=0,1586, или Д_s=15,86

11. Рассчитаем количество и состав штейна.

Расчет ведем  на 100 г огарка.  Так как Д_s=15,86, то оставшиеся 84,14 % серы, т.е. 18*0,8414=15,15 г, переходят в штейн.

Содержание серы в штейне в расчетах принимаем 25%, тогда количество полученного штейна составит 15,1452/0,25=60,5808 г 

Извлечение меди в штейн при плавке можно принять 97% В штейн перейдет меди из концентрата, содержащего29% меди, 29*0,97=28,13 г

Содержание меди в штейне будет 28,13/60,5808=46,43%

В штейне с 46,43% меди содержится 2,322% кислорода (метод интерполяции)

Содержание примесей принимаем 2%

Содержание железа находим по разности:

Fe%=100%-(%Cu+%S+%O₂+%прим)=100%-(46,43+25,0+2,322+2)=24,248%

Таким образом, в результате плавки огарка заданного  состава (18% S, 29% Cu) десульфуризация равна 15,86 и получается штейн, содержащий 46,43% меди, 25% серы, 30% железа, 2,322% кислорода и 2% примесей.