title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Плавка меди в шахтных печах

Плавка меди в шахтных печах

В отечественной металлургии известны следующие виды шахтной плавки: пиритная, полупиритная, медно-серная, восстановительная.
Пиритная плавка применялась на старых уральских заводах. Сырьем для этой плавки служила медная руда (2—4% Cu) с высоким содержанием серы (40—44%), на 80—90% состоявшая из пирита и халькопирита. Флюсами служили кварц и известняк. В качестве оборота подавали конверторный шлак. Плавку вели на отвальный шлак с высоким содержанием FeO (52—56%). Кремнезема в нем было 30—34%; остальное CaO (5—7%) и примеси.
При ведении пиритной плавки десульфуризацию доводили до 90—94%, а воздух подавали в больших количествах, но без избытка (до 1500—1600 м3 на 1 т шихты. Сравните с расходом при обжиге). Поэтому в печи развивалась температура до 1450° С и шихта расплавлялась. Плавку иногда вели совсем без топлива. Несмотря на высокую производительность по переработке руды, пиритная плавка давала мало меди. Например, печь, проплавлявшая 800 т шихты в сутки (руды в шихте 70%), могла выплавить за сутки всего при 3%-ной руде около 14 т меди.
Пиритная плавка была первым автогенным заводским процессом. На ее основе развились современные автогенные плавки медных концентратов во взвешенном состоянии. Плавка с минимальным расходом кокса ясно показала, что пирит и другие сульфиды сами являются топливом. Проф. В.Я. Мостович рассчитал, что 1 кг пирита энергетически эквивалентен 0,2 кг кокса.
Научное значение пиритной плавки состоит еще и в том, что на ее основе были разработаны полупиритная и медно-серная плавки.
Полупиритную плавку применяли для плавки медных и медноникелевых руд. На медеплавильных заводах этот процесс сохранит некоторое значение на ближайшие годы. Переход от пиритной плавки к полупиритной происходил постепенно по мере снижения добычи сплошных колчеданных руд.
По В.Я. Moстовичу, между содержанием серы в шихте и расходом кокса имеется следующая зависимость:

Данные Мостовича примерно соответствуют современной практике плавки с расходом кокса 7—9%.
В полупиритную плавку поступает много оборотов. Доля руды в шихте снижается до 30—40%. Ho кислород вдуваемого воздуха расходуется преимущественно на горение топлива. Поэтому десульфуризация меньше и составляет 60—80%. Штейн получается беднее (14—20% Cu). Воздуха на 1 т шихты в печи, работающие по режиму полупиритной плавки, вдувают до 2000 м3. Поэтому печь идет горячо, а газы по всей высоте сыпи содержат кислород. Содержание SO2 в газах 4—5%.
Вследствие горячего хода печи, работающие по режиму полупиритной плавки, могут проплавлять до 100—120 т шихты на 1 м2 в сутки. Ho при этом проплав руды невелик и составляет 30—40 т/(м2*сут). Производительность печи по выплавке меди в штейне остается низкой, а расход кокса в расчете на 1 т меди достигает 10 т, что очень удорожает медь. Особенность полупиритной плавки, отличие ее от пиритной — значительно меньшее содержание в шлаке закиси железа (38—42%) и более высокое содержание кремнезема (до 40—42%) при 0,3—0,4% меди. Извлечение меди при этом достигает 80—84%.
Медно-серная плавка. Этот вид плавки был разработан тоже на основе пиритной плавки. В своих работах проф. В.И. Смирнов называл эту плавку усовершенствованной пиритной. Суть улучшения легче всего можно уяснить на примере основных реакций: 2FeS2 = 2FeS + S2; 2FeS + 3O2 + SiO2 = Fe2SiO4 + 2SO2. В нейтральной среде и при температуре выше 400° С газы, полученные в результате двух указанных реакций, состоят из 1 моля S2 (при 400° С — это газ), 11,4 моля N2 и двух молей SO2, всего 14,4 моля и в них 4 г-атома S. Общий объем газов при нормальных условиях равен 14,4*22,4 = 325 л и содержание в них серы 4*32 : 0,325 — 400 г/м3. Причем половина этой серы находится в элементарной форме. Как же извлечь эту серу? Изобретатель процесса норвежский инженер Ленандер предложил две меры: 1) уплотнить колошник шахтной печи, не допустить сгорания серы в подсасываемом воздухе; 2) провести в шихте внутри печи реакцию SO2 + C = CO2 + V2S2.
Первое условие осуществляется тем, что кирпичную кладку верха печи окружают плотным кожухом из стальных листов, а шихту загружают не в окна шатра, а через двойной затвор сверху.
Второе условие обеспечивается тем, что в печь грузят мелкий кокс (10—25 мм, иногда подают и более крупный кокс 25—40 мм).
Для медно-серной плавки шихту готовят, как для пиритной (чистая богатая колчеданная руда, обороты, чистый кварц, известняк), но с подачей 8—10% мелкого кокса. В отечественной практике принято вместе с кусковой рудой подавать брикеты (диаметр 80, высота 80 мм) из мелкой руды и медного концентрата. Подача в печь брикетов из концентрата увеличивает ее производительность по выплавке меди.
Печь имеет из-за подачи кокса меньшую сократительную способность (около 4) и выдает бедные штейны (6—12% Cu).
В газы переходит примерно 80% серы от загруженной с шихтой. Проплав на 1 м2 за сутки — 45—50 т шихты. Полученный бедный штейн подвергают сократительной плавке в шахтных печах.
Печные газы прежде всего очищают от пыли в камерах и электрофильтре. Далее они поступают на специальную переработку в химический цех, а пыль перерабатывают в редкометальном цехе, где из нее извлекают летучие спутники меди. Общее извлечение серы на заводе может достигать 80—85 %. На 1 т выплавленной меди можно получить при переработке бедной колчеданной руды 6—8 т серы и серную кислоту.
Технические показатели этой плавки могут быть существенно улучшены при обогащении дутья кислородом.
Восстановительная плавка вторичного сырья. Этот вид шахтной плавки в ближайшее время сохранит большое значение. В печи (см. рис. 30) в случае плавки промышленных отходов поступает богатое медью сырье: лом медный, стружка, высечка, лом латунный, провода медные, отходы производства кабелей. Кроме того, в печь подают сравнительно бедное сырье, обороты и флюсы (известняк и кварц). Богатые медью материалы содержат ее 60—80%; более бедные (биметалл, шлаки литейные и рафинировочные) 10—35%. В биметалле содержится около 90% железа. В других материалах имеются типичные для медных сплавов компоненты: цинк, олово, свинец, алюминий, никель. Таким образом, медьсодержащие промышленные отходы, как и руды, — комплексное сырье. Часть спутников следует извлекать во время конвертирования. Для переработки особенно ценных оловосодержащих материалов желательно иметь еще и электропечи. Главная задача шахтной плавки — максимальное извлечение меди в черную медь, ошлакование железа и по возможности полная отгонка цинка. Шихту рассчитывают на шлак с низким содержанием кремнезема — 22—26%. Содержание FeO в шлаке поддерживают на уровне 36—44%. Известняк добавляют из расчета содержания CaO в шлаке 8—12%. Доля оборотов в шихте достигает 50%.
Подготовленная шихта отличается от всех ранее описанных тем, что в ней нет сульфидов. Во время плавки будут «гореть» и давать тепло только железо биметалла и алюминия из сплавов. Сгорит (окислится) и часть цинка. Ho тепла от окисления металлов обычно недостаточно для плавки Поэтому на каждую тонну шихты подают 130—150 кг кокса. Расход воздуха на 1 т шихты составляет 1100—1200 м3 (около 8 м3 на 1 кг кокса) Кокс у фурм печи должен сгорать в основном в CO2.
В итоге плавки получают четыре продукта: черную медь, шлак, пыль и газы.
Главный продукт плавки — черная медь. В ней обычно содержится, %: 86—90 меди, 3—6 цинка, 1—3 олова, 2—3 свинца, 0,5—1,0 никеля, 1—2 железа. В черную медь извлекают, %: около 97 меди, 12—15 цинка; по 60—65 свинца и олова, считая от загруженных в печь. Остальная часть цинка главным образом переходит в товарную окись цинка.
Газы подвергают последовательно грубой и тонкой очистке от пыли, во время которой (тонкая очистка в рукавных фильтрах) получают товарную окись цинка. Шахтные печи, перерабатывающие вторичное сырье, работают обычно очень интенсивно. Удельный проплав шихты составляет 80—90 т,(м2*сут).
Небольшая шахтная печь может выплавить за сутки до 200 т меди. Дальнейшая интенсификация этой плавки до удельного суточного проплава, равного 100—120 т/(м2*сут), возможна при подаче в печь дутья, подогретого до 300—600° С.

title-icon Подобные новости