28.03.2024 17:18

USD

EUR

Казань

Производство меди. Автогенные процессы плавки медного сырья

Полезное 12:52, 13.04.2012

Традиционно плавка на штейн проводилась в нагревательных металлургических агрегатах за счёт тепла сжигания углеродного, углеводородного топлива или электроэнергии. Анализ величин затрат технологической схемы металлургического производства меди показывает, что операционные затраты только на плавку с использованием традиционных металлургических процессов достигают 60 %. При этом затраты на основные фонды плавки и численность трудящихся, занятых в плавке составляют 50 % от всех затрат на получение меди. Слабые по содержанию сернистого газа технологические газы традиционных процессов плавки не пригодны для переработки их в сернокислотном производстве, выбрасываются и наносят вред окружающей среде. В связи с тем, что операция плавки занимает центральное место в технологии получения меди, требования экономики и экологии заставили металлургов перейти к другому виду технологических процессов плавки. Эти металлургические процессы плавки получили название автогенные. Автогенными в металлургическом производстве принято называть пирометаллургические процессы, температура в которых поддерживается полностью за счёт внутренних энергетических ресурсов перерабатываемого сырья без затрат традиционных источников энергии – топлива или электрического тока.

Автогенность пирометаллургического процесса достигается за счёт теплоты экзотермических реакций горения (окисления) сульфидов перерабатываемой шихты и реакции шлакообразования. Компоненты шихты – сульфиды используются в качестве вторичного топлива. В качестве окислительного реагента при автогенных плавках используют воздух, обогащённое кислородом дутьё или технологический кислород. С внедрением автогенных процессов в операции технологической схемы рассматривается не просто плавильный агрегат, а металлургический комплекс производств, объединенный плавильным агрегатом и включающий кислородную станцию получения технологического кислорода, систему подачи и смешения воздуха с технологическим кислородом, систему охлаждения печи, собственно металлургический агрегат, систему утилизации тепла отходящих газов, систему очистки и переработки технологических газов с извлечением ценных продуктов пылегазовой фазы плавки и получением серной кислоты, систему обеднения шлаков плавки.

В металлургии меди принцип автогенности широко используется при окислительном обжиге сульфидных концентратов, полупиритной плавке, конвертировании штейнов. Тепловыделение реакций окисления сульфидов в операциях обжига или конвертирования вполне достаточно для поддержания температуры процесса. В основе любого автогенного способа плавки сульфидных медных, медно-цинковых, медно-никелевых и других сульфидных концентратов лежат экзотермические реакции окисления сульфидов шихты, в первую очередь, сульфидов железа, и реакции шлакообразования. Используя автогенность металлургического процесса плавки, металлурги стремились и достигали замещения нескольких операций традиционной технологической схемы. В отдельных автогенных технологиях процессах это было замещение обжига и традиционной плавки на непрерывную автогенную плавку, в других замещение обжига, плавки и конвертирования на непрерывное получение черновой меди. Эти непрерывные автогенные технологии, в основе которых лежит плавка сырого концентрата на богатый штейн или черновую медь, осуществляются в одном многозонном или поточной линии нескольких технологических агрегатов.

К числу основных реакций, определяющих химизм и тепловую работу автогенной плавки, следует отнести химические реакции, протекание которых обусловлено присутствием в рудном сырье в наибольших количествах высокосернистых сульфидов, содержащих железо:

2FeS2 + 10 O2 + SiO2 = 2FeO · SiO2 +4SO2 + 155680 кДж

2FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeО · SiO2 +2SO2 + 1030290 кДж

Аналогичные реакции могут быть написаны для других минеральных соединений медных руд, которые включают сульфиды железа. На первом этапе высокосернистые минералы диссоциируют с выделением элементарной серы:

FeS2 = FeS + 1/ 2 S2 – Q

2CuFeS2 = 2FeS + Cu2 S + 1/ 2 S2 – Q

На втором этапе происходит окисление сульфидов железа с образованием оксида FeO и фаялита (2FeO · SiO2 ), который в дальнейшем при наличии хорошего контакта с кварцем и достаточно высокой температуре (> 1250 °С) взаимодействует с ним по реакции

2FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeО · SiO2 +2SO2 + 1030290 кДж,

которую можно представить в виде двух реакций - реакции окисления :

2FeS + 3O2 = 2 FeO + 2SO2 + 937340 кДж,

и реакции шлакообразования:

2FeO + SiO2 = 2FeO · SiO2 + 92950 кДж

Кроме того образовавшийся по промежуточной реакции вюстит может окисляться до магнетита :

6FeO + O2 = 2Fe3O4 + 635560 кДж

Все это очень важные реакции, влияющие на тепловыделение при плавке и свойства штейна и шлака, что в свою очередь влияет на потери меди со шлаком. Автогенные плавки по существу являются окислительными процессами. При их осуществлении степень десульфуризации можно регулировать в любых заданных пределах, изменяя соотношения между количествами перерабатываемого материала и дутья в единицу времени. Все эти реакции с теми или иными скоростями идут при всех видах автогенных процессов.

Тепловая работа печей автогенных плавок характеризуется тем, что температура отходящих газов превышает температуру плавления шлаков и составляет более 1250 °С. Это обуславливает большие потери тепла с газами, в результате чего при любом виде автогенной плавки флотационных концентратов обнаруживается значительный дефицит тепла. Недостаток тепла в автогенном процессе может быть компенсирован уменьшением статей расхода тепла или увеличением статей прихода тепла в тепловом балансе плавки.

Новости партнеров