Расчет технологического процесса отражательной плавка сульфидного медного концентрата

Переработка сырых бедных концентратов, связанная  с большим выходом конвертерных шлаков, и плавка огарка сопровождаются получением штейнов с высоким содержанием' магнетита. Повышение содержания меди в концентратах, внепечная переработка жидких конвертерных шлаков, контроль за образованием магнетита в металлургических процессах способствуют снижению содержания магнетита в штейнах. Известно, что в старой металлургической практике при переработке бедных концентратов и отсутствии контроля за образованием магнетита его концентрация в штейнах отражательной плавки достигала 28—32%.

  Никель  в довольно значительных количествах  присутствует в штейнах отражательной плавки медно-нике-левых концентратов. В штейнах никель находится в форме сульфида Ni₃S₂—одного из наиболее легкоплавких сульфидов цветных металлов. Медно-никелевые штейны имеют невысокую температуру плавления, но при их конвертировании образуются шлаки с высоким содержанием феррита закиси никеля, переработка которых ,в отражательных печах вносит серьезные затруднения ,в технологию процесса.

  Штейн является отличным коллектором золота и серебра, растворимость золота в полусернистой меди при 1250°С составляет 74 кг на 1 т, в сернистом железе растворяется золота 52 кг на 1 т. Содержание золота в штейнах некоторых заводов достигает 50 г/т серебра--1000 г/т.

  Мышьяк, сурьма и висмут в различных количествах содержатся в штейнах почти всех медеплавильных заводов. Наибольшее количество мышьяка и сурьмы наблюдается в штейнах Карабашского и Красноуральскп-го комбинатов и чилийских заводов «Калетонес» и «Чу-кикамата». Значительное количество висмута (до 0,05%) содержится в штейнах медеплавильных заводов 

3. КОНСТРУКЦИЯ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕИ

1. Общая   характеристика отражательных   печей

  Современная отражательная печь — крупнейший металлургический агрегат большой тепловой мощности. По своим размерам она значительно превосходит.другие пламенные плавильные печи, в частности мартеновские

  Современные отражательные печи медеплавильной промышленности СНГ имеют арочные, распорно-подвесные и подвесные своды, площадь пода печей 240— 276 м².

  Отражательные печи, построенные за рубежом после начала 50-х годов, оборудованы подвесным сводом. Последние печи с арочным динасовым сводом были построены в 1950 и 1952 гг. на заводах «Нью-Кор-нелия» и «Чукикамата». В последующем на заводе «Чукикамата» печи были реконструированы и свод на первой половине длины сделан подвесным. Благодаря применению подвесного свода большинство современных отражательных печей зарубежных заводов имеет большую ширину рабочего пространства.

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  РАСЧЕТ

ЗАДАНИЕ

    Произвести  расчет процесса отражательной плавки и печи для переработки обожженного медного концентрата. Рассчитать также газоходную систему, тяговые устройства печи и утилизацию тепла отходящих газов. Исходные данные для расчета:

1. Производительность печи по обожженному концентрату 1000 т/сутки.
2. Обороты — весь конвертерный шлак от переработки штейна.
3. Состав необожженного концентрата на сухую массу, %: 16,5 Сu; 30.6 Fe; 35,7 S; 14.5 Si0₂; 1.2 A1₂0₃; 0.7 CaO; 0.8 прочие; влажность концентрата 4%.

    Сульфидными минералами концентрата являются халькопирит, халькозин и пирит; окисленное железо находится в форме гематита.

4. Предусмотреть подогрев вторичного воздуха до 300° (температура поступления в печь).
5. Состав кварцевого флюса, %: 83,0 Si0₂; 6,0 СаО; 8,0 А1₂0₃; 3,0 —прочие. 
6. Состав известняка, %: 44,0 СаО; 4,0 Si0₂; 2,0 FeO; 50,0 прочие.
7. Расстояние от печи до дымовой трубы 120 м.

1. Расчет рационального состава концентрата

    Рассчитаем  рациональный состав на 100 кг сухого концентрата.

    Количество  халькопирита CuFeS₂   16,5*0,9(183,5/63,5)=42,9кг

    Fe в CuFeS₂            16,5*0,9(56/63,5)=13,1кг

    S в CuFeS₂ 16,5*0,9(64/63,5)=14,97кг

    Количество  холкозина  CuS:      16,5*0,1(95,5/63,5)=2,48кг

    S в CuS:                16,5*0,1(32/63,5)=0,83

    Количество  пирита FeS₂ определяем по сере. Количество S в FeS₂

    35,7 — (14,97+0,83) = 19,9 кг.

     Количество  FeS₂            19,9(120/64)=37,31

    Fe в FeS₂                       19,9(56/64)=17,41

    Количество  гематита Fe₂О₃ рассчитываем по железу. Количество Fe в Fe₂0₃

    30,6-(13,1+17,41)=0,09

    Количество  Fe₂0₃         0,09(160/112)=0,13

    В табл. 1 приведен рациональный состав сухого концентрата.

    Таблица 1

    Рациональный  состав сухого концентрата

 

    4.2. Расчет обжига концентрата

    1)  Степень десульфуризац,и и при обжиге

    Исходя  из содержания меди в концентрате  16,5%, принимаем степень извлечения меди в штейн при плавке 96%.

    Извлечение  меди из необожженного концентрата  в огарок при обжиге (с учетом оборотов) принимаем 99%.

    Тогда количество меди в штейне из 100 кг сухого необожженного концентрата

    16,5*0,96*0,99= 15,68 кг.

    При расчете обжига ориентируемся на получение штейна с содержанием 30% Си. Получение более богатого штейна из концентрата с высоким содержанием серы потребовало бы чрезмерной интенсификации процесса обжига и привело бы к поступлению в отражательную печь больших количеств высших окислов железа. 

    Количество  штейна на 100 кг сухого концентрата

    15,68(100/30)=52,27кг

    В 30%-ном штейне содержание серы теоретически составляет 24,8%. Отсюда находим количество серы в штейне:

    52,27*0,248=12,96кг

    При плавке обожженного концентрата  степень десульфури-зации в отражательной  печи обычно колеблется в пределах 5— 30% и зависит прежде всего от количества высшие окислов железа в огарке. Учитывая высокое содержание серы в необожженном концентрате и невысокое содержание в нем гематита, за_;-даемся относительно небольшой степенью десульфуризации при плавке— 10%.

    Количество  серы в огарке: 12,96(100/100-10)=14,4кг

         Удаляется серы в процессе обжига:  35,7-14,4=21,3кг

    Степень десульфуризации при обжиге: (21,3/35,7)100=59,65%

    2)  Окисление   железа   при   обжиге

    Для расчета продуктов обжига необходимо решить вопрос и степени окисления  железа в ходе обжига. Подсчитываем десульфуризацию за счет диссоциации высших сульфидов по реакциям:

    2CuFeS₂ = Cu₂S + 2FeS + S.

    Количество  освобождающейся серы:  42,9(32/2*183,5)=3,74кг

    FeS₂ = FeS + S.

    Количество  освобождающейся, серы:  37,31(32/120)=9,95

    Всего удаляется серы в результате диссоциации  3,74 +9,95 = 13,69 кг, или 38,35%.

    В результате окисления FeS удаляется серы 59,65—38,35 = 21,3%.;

     Таким  образом, наблюдается достаточно  глубокий обжиг.

    Так как  имеет место достаточно глубокий обжиг, принимаем, что 30% всего окисляющегося  при обжиге железа окисляется до FeO, а 70%— до Fe₂0₃.

    Исходя  из суммарного извлечения металлов при  обжиге 99%, количество их в огарке:

    Сu    16.5*0,99=16.33 кг

       Fe  ……………. 30.6*0,99=30.29кг

    Количество  Fe₂0₃,  перешедшее из  необожженного   концентрата в огарок

         0,13*0,99 =0,129 кг;

    в нем Fe:                       0,129(112/160)=0,09кг

        Количество S в Сu₂S огарка: 16,33(32/127)=4,11кг

    Количество  S в FeS огарка

    14,4 - 4,11=10,31кг

    Количество  FeS в огарке: 10,31(88/32)=28,35кг

    в нем  Fe:     10,31(56/32)=18,04кг

    Количество  Fe в огарке в окисленной форме

    30,29 – 18,04 = 12,25кг,

    из них окислилось в ходе обжига:   12,25 – 0,09 = 12,16кг.

    Исходя  из того что в ходе обжига 30% Fe окисляется до FeO, 70% до Fe₂0₃, находим количество FeO и Fe₂0₃ в огарке.

     Количество  Fe в FeO: 12,16(30/100)=3,65кг

    Количество  FeO:        3,65(72/56)=4,69 кг.

    Количество  Fe в Fe₂0₃:   12,16(70/100)=8,93кг

    Количество  Fe₂0₃:      8,93(160/112)=12,76

    Общее количество Fe₂0₃ в огарке: 12,76 + 0,13 =12,89 кг. 

3)  Определение  состав а   шт ей н а и конвертерного  шлака

    Для нашего штейна, содержащего 30% Си, балансовое содержание Fe₃0₄ и Si0₂ в конвертерном шлаке составит соответственно ,14,8% и 27%.

    Считая, что количество Fе₃0₄ в конвертерном шлаке на 10— 20% выше, чем количество Fe₃0₄ в штейне, найдем что действительное содержание Fe₃0₄ в шлаке составит

    14,8.1,15 = 17%

    Соответствующее этому содержанию Fe₃0₄ содержание Si0₂ в конвертерном шлаке, составит примерно 24%.

    Находим содержание других компонентов конвертерного  шлака. Для штейна с 30% Сu содержание меди в конвертерном шлаке составит примерно 3%.

    В конвертерном    шлаке медь находится    преимущественно    в виде Cu₂S, некоторая часть ее содержится   в окисленной    форме.  Для простоты   расчета принимаем,' что вея медь в конвертерном шлаке содержится в форме Сu₂S.    

    Количество  Cu₂S в шлаке 3(159/126)=3,75%

           Содержание FeO в конвертерном шлаке определяем по разности:

    100—  (17,0 4- 24,0 + 3,75 + 8,8 - 5,0) = 41,45%.

    Содержание  Fe в форме FeO в шлаке:  41,45(56/72)=32,1%

    Содержание  Fe в форме Fе₃0₄ в шлаке: 17(168/232)=12,3%

                Содержание Fe в форме FeS в шлаке :   8,8(56/88)=5,6%

    Общее содержание Fe в шлаке:  32,1 + 12,3 + 5,6 = 50,0%.

    Ориентировочный состав конвертерного шлака,   %: 3,0 Си; 17,0 Fe₃0₄; 24,0 Si0₂; 8,8, FeS; 41,45 FeO; 50,0 Fe; 5,0 прочих. 

4)  Количество  штейна и  конвертерного  шлака

    Из 100 кг необожженного сухого концентрата в результате обжига и отражательной плавки получается 52,27 кг штейна.

    Считая, что при конвертировании все  железо штейна переходит в конвертерный шлак, находим количество шлака, получаемого из 52,27 кг штейна:

                                   52,27(0,5227/0,5)=54,64кг

    При заливке конвертерного шлака  в отражательную печь из всего выделяются взвешенные частицы сульфидов меди и железа. Количество меди, извлекаемое из конвертерного шлака в штейн в отражательной печи, составляет обычно 70—85% от всей меди конвертерного шлака. Приняв извлечение меди из конвертерного шлака в штейн равным 80% и полагая в первом приближении, что сульфиды, выделяющиеся из конвертерного шлака в печи, образуют штейн того же состава, что и исходный штейн, найдем количество штейна, получаемого при переработке в печи 54,64 кг конвертерного шлака:

    54,64(0,03*0,8/0,3)= 4,37кг

    Из  этого количества штейна при конвертировании  получится в свою очередь конвертерного шлака

    4,37(0,5227/0,5)=4,57кг

    Из  этого шлака получится штейна

    4,57(0,03*0,8/0,3)=0,36кг

    Из  этого штейна образуется шлака

    0,36(0,5227/0,5)=0,38

    В итоге из 100 кг необожженного сухого концентрата будет получено штейна