title-icon
Яндекс.Метрика
» » Свойства шлаков в производстве меди

Свойства шлаков в производстве меди

При выборе шлака следует стремиться к тому, чтобы полученный расплав был легкоплавким, жидким (текучим), легким, не растворяющим штейна, достаточно электропроводным в случае электроплавки, не чрезмерно агрессивным в отношении огнеупоров. Выход шлака должен быть по возможности наименьшим. Экономисты рекомендуют получать наиболее дешевый шлак, т. е. при составлении легкоплавкой шихты надо использовать местные материалы, чтобы снизить расходы на перевозку флюсов.
Обычно шлака получают в 2—3 раза (иногда в 8—10 раз) больше, чем штейна. Меньше всего шлака получают во время отражательной плавки богатых концентратов, а больше всего во время шахтной плавки руды. Массы шлака и штейна в случае применения автогенных плавок относятся примерно как 2,5 : 1.
Все это значит, что выбору состава шлака следует уделять большое внимание и хорошо знать основные свойства шлака.
Химический состав шлаков. В основном шлаки медеплавильных заводов состоят из трех окислов: кремнезема SiO2, закиси железа FeO и окиси кальция CaO.
Как правило, часть закиси железа окисляется и образует магнетит Fe3O4. В шлаках присутствуют суммарно 10—15% других окислов: глинозема Al2O3, окиси цинка ZnO, окиси свинца PbO, окиси магния MgO. Преимущественно присутствуют ZnO и Al2O3. Ho современным взглядам, шлаки состоят из ионизированных соединений Fe2SiO4 и Ca2SiO4. В шлаках растворяется в виде в основном сульфида железа 0,3—1,5% серы. Основные составляющие шлака могут присутствовать в нем в следующих концентрациях, % (по массе): 25--55 кремнезема, 25— 55 закиси железа, 2—20 окиси кальция.
Низкое содержание кремнезема (25—32%) характерно для шахтной плавки вторичного сырья, старых способов шахтной плавки и новых процессов: КФП, ПВС, КЙВЦЭТ и др Такие шлаки называют основными. Шлаки отражательных печей содержат по 36—38% FeO и SiO2, 5—10% CaO. Высокое содержание кремнезема (45—55%) характерно для электропечных шлаков. Эти шлаки называют кислыми. Плотность шлаков зависит от их состава. Закись железа и окись цинка имеют плотность 5,5, кремнезем 2,6, окись кальция 3,4 г/см3. Их сплавы имеют примерно средневзвешенную плотность. При нагревании составляющие шлака расширяются. Плотность расплавленного кремнезема 2,2, закиси железа 4,4, окиси кальция 3,3 г/см. Поэтому расплавленные шлаки различного состава имеют плотность от 2,6 (кремнистые) до 4 (железистые и цинковистые), а типичные шлаки 2,8—3,2 г/см3. При перегреве шлаков их плотность снижается примерно на 0,2 ед. на 100° С. Штейн тонет в шлаке вследствие действия силы, которая возникает от разности между его плотностью и плотностью шлака. Эта разделяющая сила может снижаться до 4,2—4,0 = 0,2 и возрастать до 5,2—2,6=2,6. Типична разность 1,6—1,8 Чем легче шлак, тем быстрее отделяется от него тяжелый штейн. Ho это только одно из условий их разделения.
Вязкость шлаков. Вязкость шлаков сильно влияет на полноту разделения Для практической ориентации интересно знать вязкость некоторых жидкостей, Пз: вязкость воды при 20° С 0,01, при 100° С 0,003, расплавленные металлы 0,01—0,02, смазочные масла при 20° С 1—2, шлаки при 1300° С 1—200.
В очень вязких шлаках разделение может и не осуществляться. Для успешной работы рекомендуется применять шлаки, имеющие вязкость 1—30 Пз.
Отметим, что вязкость заметно зависит от температуры. В рабочем интервале температур 1200—1400° С она изменяется в 10—100 раз. Для шлаков с высоким содержанием кремнезема изменение вязкости меньше.
Железистые шлаки — наименее вязкие. При содержании 50—55% FeO их вязкость снижается до 0,5—1,0 Пз. Ho, как мы уже знаем, эти шлаки тяжелые.
Окись цинка влияет на вязкость шлаков аналогично закиси железа.
Кремнезем заметно повышает вязкость шлаков с 40—42%. Уже при этом необходима температура 1300—1350° С при вязкости 10—20 Пз. При содержании 55—60% кремнезема нужно нагревать шлак до 1400—1450° С (вязкость 50—70 Пз). Кремнеземистые шлаки наиболее легкие, растворяют мало сульфидов.
Окись кальция в пределах 1250—1300° С плавно снижает вязкость шлаков до 5—10 Пз при доведении содержания ее до 22%. Уве течение дозировки окиси кальция сверх 22% приводит к росту вязкости.
В шлаках медеплавильных заводов содержание MgO и Al2O3 редко превышает 5—8% и поэтому мало сказывается на вязкости и плотности шлака Повышение содержания Al2O3 сверх 8—10% повышает вязкость.
Температура расплавления шлака. Важнейшие составляющие шлака имеют следующие температуры плавления, °С: 1370 FeO; 1710 SiO2; 2570 CaO; 2050 Al2O3; 1600 Fe3O4; 2640 MgO.
Основные составляющие шлака образуют между собой соединения тоже тугоплавкие, °С: 1205 Fe2SiO4; 2130 Ca2SiO4; 1550 CaAl(SiO4)2. Тем не менее, из них можно составить смеси, плавящиеся уже при 1000—1050° С. Таковы, например, смеси, содержащие по 40—42% FeO и SiO2 и около 16% CaO. При 1250—1300° С эти смеси вполне разжижаются, имея вязкость 5—10 Пз. Очевидно, что плавление начнется там, где есть все три основные составляющие шлака. Точек, где начинается плавление, будет тем больше, чем мельче смесь и чем лучше она перемешана. Центры первичного плавления удачно создаются, если в смесь добавлен легкоплавкий материал (оборотный шлак, конверторный шлак, см. рис. 16). Легкоплавкие кусочки оборотного шлака образуют жидкие перемычки между твердыми тугоплавкими частицами смеси, улучшают контакт между ними и способствуют быстрому плавлению.
Электропроводность шлака, содержащего по 40—42% FeO и SiO2 и 16—20% CaO, при 1200° С составляет около 0,55 Ом-1*см-1. Далее надо знать следующую общую примерную зависимость электропроводности шлаков от температуры. Часто после нагревания шлака от 1200 до 1400° С электропроводность возрастает в 4—5 раз.
От состава шлака электропроводность зависит очень сильно. Если при 1350° С сохранять содержание CaO равным 20% и увеличивать FeO от 25 до 55— 56%, то электропроводность возрастает с 0,2 при 55% кремнезема до 3,6 при содержании его 25%, т. е. в 18 раз. Практически встречающиеся шлаки медеплавильных заводов при 1350° С имеют электропроводность 0,45—0,8 Ом-1*см-1.
Теплосодержание шлаков. Основные составляющие шлаков имеют в твердом состоянии следующие теплоемкости, средние в интервале 25—1300° С:

Теплота плавления реальных шлаков, по В.И. Бершаку, в среднем 273 кДж/кг. Можно приближенно определять теплосодержание жидкого шлака, как смеси окислов и соединения Ca2SiO4, и добавлять к полученной величине теплоту плавления.
Если средняя теплоемкость шлака 1 кДж/(кг*град), то его теплосодержание при 1300 С составит 1*1300 + 273 = 1600 кДж/кг. Для конкретных образцов шлаков медеплавильных и свинцовоплавильных заводов В.И. Бершаком были найдены значения теплосодержания при 1300 С от 1390 до 1560 кДж/кг.
Для жидких шлаков с высоким содержанием окисей магния и кальция теплосодержание выше: 1820—1900 кДж/кг.
Потери меди в шлаках зависят от составов шлаков и штейна. Из практики известно, что отношение содержания меди в штейне к содержанию меди в шлаке чаще всего равно примерно 70. При содержании меди в штейне более 50% и особенно при неспокойной ванне содержание ее в шлаке быстро повышается до 1—2%. Поэтому плавка на штейны, содержащие более 50% меди, почти не практикуется.
Потери меди растут в окислительной атмосфере, когда в шлаке образуется много магнетика (железистый шлак).
Основной вид потерь — механические потери в виде взвеси. На их долю приходится 60—80% от содержания меди в шлаке.
В заключение отметим, что шлаки могут быть использованы для получения горячей воды, изготовления шлаковаты, теплоизоляционных плит, литых блоков для дорожного строительства. Из шлаков можно доизвлекать цинк, свинец и редкие металлы В будущем из шлака предполагается извлекать железо, а богатые кварцем остатки — ситалы — использовать для литья изделий.

title-icon Подобные новости