Процесс плавки в жидкой ванне (ПЖВ) - Цветные металлы в строительстве

Оригинальный процесс автогенной плавки сульфидных мед-ных и медно-цинковых концентратов, названный авторами данной книги "плавкой в жидкой ванне", начал разрабатываться в Советском Союзе в 1951 г Дальнейшие разработка и внедрение до 1986 г. велись под общим научным руководством проф. А. В. Ванюкова.

Первые испытания этого метода плавки были проведены в лабо-раторных и заводских условиях в 1954--1956 гг. В настоящее время по методу плавки в жидкой ванне работают промышленные установки на медном заводе Норильского ГМК и Балхашском горнометаллургическом комбинате.

Схема печи для плавки в жидкой ванне:

1 -- шихта; 2 -- дутье; 3 -- штейн; 4 -- шлак; 5 -- газы; 6 -- кладка печи; 7 -- медные литые кес-соны; 8 -- фурмы; 9 загрузочная воронка; 10 -- аптейк; 11 -- штейновый сифон; 12 шлаковый сифон

Процесс ПЖВ запатентован в ряде зарубежных стран. При разработке процесса плавки в жидкой ванне ставилась задача создания максимально благоприятных условий для проте-кания всех физико-химических процессов. Предложено несколько вариантов технологического и аппара-турного оформления процесса в зависимости от состава исходного сырья и конечных результатов его переработки. Рассмотрим работу плавильной печи для автогенной и полуавтогенной плавки сульфид-ных медных концентратов с получением богатого штейна. Для осуществления процесса плавки предложено использовать частично кессонированную печь шахтного типа. Оптимальная длина промышленных печей определяется потреб-ной единичной мощностью агрегата, т. е. его абсолютной суточной производительностью, и может изменяться от 10 до 30 м и более. Ширина печей при этом с учетом возможностей дутьевого хозяйства и свойств расплавов составляет 2,5--3, высота шахты 6--6,5 м. Отличительной особенностью конструкции печи является высокое расположение дутьевых фурм над подом (1,5--2 м).

Содержание кислорода в дутье для обеспечения автогенного режима при плавке сухой шихты с влажностью менее 1--2% со-ставляет 40--45%, влажной (6--8% влаги) 55--65%. В печи можно плавить как мелкие материалы, так и кусковую шихту. Крупную и влажную шихту загружают непосредственно на поверхность рас-плава. При необходимости сухие мелкие и пылевидные материалы могут вдуваться через фурмы. Таким образом, плавление шихты и окисление сульфидов в процессе ПЖВ осуществляются непосред-ственно в слое расплава.

Шлак и штейн выпускаются раздельно из нижней части ванны с помощью сифонов.

Характерной особенностью плавки в жидкой ванне, отличающей ее от всех рассмотренных ранее процессов, является то, что плав-ление и окисление сульфидов осуществляются в ванне шлака, а не штейна, и шлак движется в печи не в горизонтальном направлении, как это имеет место во всех известных процессах плавки, а в верти-кальном -- сверху вниз.

Горизонтальной плоскостью по осям фурм расплав в печи делит-ся на две зоны: верхнюю надфурменную (барботируемую) и ниж-нюю подфурменную, где расплав находится в относительно спокой-ном состоянии.

В надфурменной зоне осуществляются плавление, растворение тугоплавких составляющих шихты, окисление сульфидов и укрупне-ние мелких сульфидных частиц. Крупные капли сульфидов быстро оседают в слое шлака, многократно промывая шлак за время его движения сверху вниз в подфурменной зоне. При непрерывном осу-ществлении процесса устанавливается динамическое равновесие между количеством поступающих с загрузкой мелких сульфидных частиц, скоростью их укрупнения и отделения от шлака. В резуль-тате одновременного протекания этих процессов устанавливается постоянное содержание сульфидов (капель) в шлаке, лежащее на уровне 5--10% от массы расплава. Таким образом, все процессы в надфурменной области протекают в шлако-штейновой эмульсии, в которой преобладает шлак.

Окисление сульфидов, как известно, является очень быстрым процессом и обычно не ограничивает конечную производительность агрегатов. В производственных процессах желательно не только не повышать, но даже замедлять скорость окисления сульфидов. Дей-ствительно, большие скорости окисления сульфидов, например при продувке жидких сульфидов кислородом, приводят к чрезмерному повышению температуры в области фурм.

Окисление сульфидов в шлако-штейновой эмульсии протекает менее интенсивно, чем в сульфидном расплаве, фокус горения рас-тягивается, что позволяет избежать локального повышения темпе-ратуры в области фурм даже при использовании чистого кислорода. Это в свою очередь облегчает задачу создания надежной и дол-говечной аппаратуры. При этом скорость окисления остается доста-точно высокой и степень использования кислорода на окисление сульфидов практически равна 100% при любом необходимом его количестве, подаваемом в расплав. Таким образом, и при окислении сульфидов в шлако-штейновой эмульсии скорость их окисления не лимитирует производительности агрегата. Возможность интенсив-ного окисления сульфидов в шлако-штейновой эмульсии без боль-шого локального повышения температуры в области фурм является важным достоинством плавки в жидкой ванне.

Окисление сульфидов в шлако-штейновой эмульсии представля-ет собой сложный многостадийный процесс, состоящий из окисле-ния капелек штейна, окисления растворенных в шлаке сульфидов, окисления FeO шлака до магнетита и окисления сульфидов магне-титом. Таким образом, шлак также является передатчиком кисло-рода. По последним данным, наибольшее значение имеет стадия окисления сульфидов, растворенных в шлаке.

Характерная особенность окисления сульфидов в шлако-штейно-вой эмульсии состоит в том, что оно не сопровождается образова-нием первичных железистых шлаков и выпадением мелких суль-фидных частиц. Оксиды, образующиеся на поверхности сульфидных капель, немедленно растворяются в шлаке конечного состава.

Отсутствие условий для образования значительных количеств мелкой сульфидной взвеси является важным достоинством плавки в жидкой ванне, создающим предпосылки для получения бедных отвальных шлаков.

Высокая степень использования кислорода обеспечивает про-стое управление составом штейна и соотношением количеств пода-ваемого через фурму кислорода и загружаемых за то же время концентратов. Состав штейна можно регулировать в широком диа-пазоне вплоть до получения белого матта или даже черновой меди. Напомним, что потери меди со шлаком начинают резко воз-растать, когда ее содержание в штейне превысит 60%. Поэтому при плавке на штейн, если в технологической схеме не предусматрива-ется специальное обеднение шлака, увеличивать содержание меди в штейне свыше 50--55% нецелесообразно. При получении белого матта или черновой меди в технологическую схему должна обяза-тельно включаться операция обеднения шлаков.

Растворение тугоплавких составляющих шихты является одним из относительно медленных процессов. Энергичный барботаж ванны резко ускоряет процесс растворения кварца и компонентов пустой породы, что позволяет использовать даже сравнительно крупные флюсы. Промышленные испытания показали, что при крупности кварца около 50 мм скорость его растворения не влияет на произ-водительность печи, по крайней мере, вплоть до удельного пропла-ва, равного 80 т/(м2 * сут). Высокая скорость растворения туго-плавких составляющих является важной особенностью плавки в жидкой ванне.

Минимальное содержание магнетита в шлаках -- обязательное условие совершенного плавильного процесса. Как уже говорилось, с увеличением содержания магнетита резко возрастает содержание растворенной меди в шлаках. Кроме того, повышение содержания магнетита (степени окисленности системы) приводит к снижению межфазного натяжения на границе раздела штейна и шлака.

Похожие статьи




Процесс плавки в жидкой ванне (ПЖВ) - Цветные металлы в строительстве

Предыдущая | Следующая