Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ способов переработки сульфидного медного сырья и обоснование направления исследования
1.1 Характеристика автогенных процессов
1.2 Автогенные процессы на основе горизонтального конвертера
1.3 Распределение металлов в автогенных процессах
1.4 Состав сырья уральских предприятий
1.5 Обоснование направления и задачи исследования
2 Межфазное распределение меди и сопутствующих металлов п нагреве и плавке сульфидного сырья
2.1 Поведение металлов при нагреве сульфидного сырья
2.2 Межфазное распределение элементов в сульфидно-металлических системах
2.3 Расслаивание штейно-шлаковых эмульсий
2.4 Структура охлажденных штейнов
2.5 Структура охлажденных шлаков
2.6 Выводы
3 Разработка технологически совмещенного модудя СПК, адаптированного с работой смежных переделов
3.1 Распределение металлов при конвертировании штейнов
3.2 Распределение металлов при плавке концентратов и руд в агрегате совмещенной плавки конвертирования
3.3 Переработка штейнов СПК до чернового металла
3.4 Переработка пылей
3.5 Переработка шлаков
3.6 Выводы.
4 Опытно-промышленные испытания и экономическая оценка технологии 100
4.1 Конструкция агрегата 100
4.2 Плавка медных концентратов в агрегате СПК 109
4.3 Плавка селективной руды Сафьяновского месторождения 116
4.4 Программа металлургического расчета плавки сырья в агрегате СПК 120
4.5 Технологическая схема интегрированного пирометаллургического модуля на базе агрегата СПК 122
4.6 Экономическая оценка процесса 126
4.7 Выводы 128
Заключение 130
Список использованных источников 132
Приложения 144
- Автогенные процессы на основе горизонтального конвертера
- Межфазное распределение элементов в сульфидно-металлических системах
- Распределение металлов при плавке концентратов и руд в агрегате совмещенной плавки конвертирования
- Плавка селективной руды Сафьяновского месторождения
Введение к работе
Металлургическое производство тяжелых цветных металлов на Урале характеризуется относительно невысокой комплексностью использования сырья, тяжелыми условиями труда и большими выбросами вредных веществ е окружающую среду. Так, при переработке медно-цинковых концентратоЕ используется устаревшая технологическая схема, включающая обжиг концентрата, отражательную или шахтную плавку огарка и конвертирование штейна до чернового металла (ОАО "Святогор", "СУМЗ", "Кировоградская металлургическая компания" и "ММСК").
Технологические схемы предприятий отличаются многостадийностью, чтс обуславливает существенные грузопотоки (в том числе нагретых материалов і расплавов), большое количество пыли и газов, требующих сложных і индивидуальных для каждого агрегата систем очистки. Используемые процессы не обеспечивают доизвлечения цинка и меди из отвальных шлаков, цинка и свинца и пыли и шламов. Со шлаками, пылью и кеками в отвал направляют около 70 тыс цинка, 10 тыс.т свинца и 10 тыс.т меди.
На большинстве пирометаллургических заводов зарубежных страї используются автогенные способы (Оутокумпу, Норанда, КФП и др.) плавк: сульфидного сырья. Среди разработок отечественных металлургов следует отметит процесс Ванюкова (ОАО "Норникель", "СУМЗ", "Балхашмедь") и КИВЦЭ' ("УКСЦК", "Лениногорский комбинат"). Использование этих процессов позволяе значительно сократить энергозатраты и выбросы серы в газовую фазу, улучшит условия труда на рабочих местах и снизить численность персонала, занятого в вредном производстве, повысить извлечение ценных металлов и коэффициен комплексности использования сырья.
На сегодняшний день для металлургических предприятий актуальна задач технического перевооружения с переходом на автогенную технологию переработю сульфидного сырья. Одним из вариантов, позволяющим минимизировать затраты н
модернизацию производства, является совмещенная плавка-конвертирование в реконструированном горизонтальном конвертере с использованием элементов технологии "Норанда" и "Тениенте". Несомненные преимущества такого процесса -уменьшение количества пирометаллургических переделов и энергозатрат.
Прямой перенос опыта зарубежных заводов, как по конструкции агрегатов, так и режимам процесса, осложнен и требует учета следующих факторов:
- сульфидные концентраты Урала и Казахстана имеют существенно меньшее
содержание меди и более высокое - сопутствующих металлов;
- работа головного плавильного агрегата должна быть адаптирована со
смежными переделами;
- повышения комплексности использования сырья целесообразно достигать не
только за счет использования газов в сернокислотном производстве, но и
доизвлечения целевых (Си, Аи, Ag) и сопутствующих (Zn, Pb и др.) металлов.
В последние годы на ООО "ММСК" и ОАО "Святогор" для переработки сульфидных медных концентратов сооружены опытно-промышленные агрегаты совмещенной плавки-конвертирования. Однако, в связи с недостаточной научной и технической проработкой, процесс, осуществляемый на этих агрегатах, следует рассматривать как конвертирование с несколько увеличенным объемом переработки холодных материалов (пыль, концентраты и др.). Кроме того, работа опытно-промышленных установок не адаптирована с переделами обеднения шлаков и переработки пылей. Это не позволяет, на настоящий момент, произвести реконструкцию предприятий по выбранной технологии.
Целью настоящего исследования является физико-химическое обоснование процесса совмещенной плавки-конвертирования, выявление оптимальных режимов работы агрегата, доработки продуктов плавки и разработка технологии, позволяющей повысить комплексность использования сырья.
Следует отметить, что многие проблемы, касающиеся комплексности использования сырья, до сих пор не решены и на предприятиях РФ, использующих автогенную плавку сульфидных концентратов. Выполнение работ в направлении совершенствования технологии медеплавильного производства целесообразно как с
точки зрения развития физико-химических основ пирометаллургических процессов, так и совершенствования режимов работы агрегатов и их сопряжения со смежными переделами.
Автор выражает благодарность коллективам лаборатории пирометаллургии цветных металлов Имет УрО РАН и ОАО "Святогор" за помощь в работе над диссертацией.
Автогенные процессы на основе горизонтального конвертера
Переработку медных концентратов в горизонтальных конвертерах проводили еще в 20-х годах [37]. Так на заводе "Коппер-хилл" (США), полученный от полупиритной плавки руды штейн с 13,7 % Си конвертировали на воздушном дутье совместно с концентратом, содержащим 17,1 % меди. На БГМК с 60-х годов перерабатывали в конвертерах (21-27 % кислорода в дутье) джезказганские концентраты в виде окатышей (в последние годы - частично без окатывания) в количестве около 30-50 % от массы горячего штейна [38, 39]. Возможност горизонтальных конвертеров, как плавильных агрегатов определены расчетом избыточного количества тепла при продувке штейна до белого матта. В зависимости от исходного содержания меди в штейне, количество тепла, выделяемого при плавке, определяется следующими уравнениями [40], кДж/т штейна: для воздушного дутья q = 621,66 - 9,23 1 Для дутья с 25 % 02 q = 1323,39 -14,86 Сштси.
На НГМК проводили промышленные испытания по переработке сульфидного сырья в горизонтальных конвертерах [41] на воздушном дутье. В конвертер подавали до 40 т богатой жильной медно-никелевой руды (37 % Fe, 32 % S, Cu/Ni 9) на 100 т штейна (30 %Си, 2,7 % Ni).
В последние годы наметилась тенденция к специальному переоборудованию горизонтальных конвертеров для непрерывной плавки концентратов. В первую очередь сюда следует отнести зарубежный опыт — промышленное внедрение процессов "Норанда" (Канада) [42], "Тениенте" (Чили) [43], агрегатов СПК (Россия) [44-46] и "Победа" (Россия) [47].
Процесс "Q-S" [2], разработанный в США, представляет собой барботажный агрегат для одностадийного получения меди при противоточном движении продуктов плавки. В агрегате в разных зонах одновременно протекают следующие процессы: плавка на штейн, конвертированием бедного штейна, обеднение шлака, огневое рафинирование. Процесс ведут с использование технического кислорода, а для отдельных видов сырья - воздуха, обогащенного кислородом до 40%. Реактор представляет собой герметичную, удлиненную, круглую (в сечении) печь типа конвертера. С противоположных концов печи предусмотрены отверстия для выпуска чернового металла (или штейна) и отвода газов. Фигурная футеровка печи имеет выступ, отделяющий зону конвертирования от зоны обеднения шлака. Агрегат наклонен в сторону выпуска металла приблизительно под углом 5 и снабжен устройствами поворота в пределах 20-40 и выполнения от 1 до 6 возвратно-поступательных движений в минуту. Фурмы для подачи концентрата и флюсов установлены в верхней части реактора, а для введения кислорода с восстановителем - вмонтированы в огнеупорную футеровку нижней части реактора.
Для охлаждения фурм используют СН4 или инертные газы. Плавке по способу "Q-S подвергают концентраты, высушенные до содержания влаги 1 %. Процесс ведут при температуре 1673-1923 К.
Институтом "Унипромедь" разработана технология совмещенной плавки и конвертирования (СПК) в модернизированном горизонтальном конвертере, работающем в периодическом и непрерывном режимах. Особенность процесса СПК - подача шихты через фурмы в массу сульфидного расплава. Организация процесса в таком режиме позволяет получать шлаки с минимальным содержанием магнетита ( 6%) и, следовательно, с пониженным содержанием цветных металлов. В окислительной зоне активно протекают процессы возгонки свинца, цинка и других летучих элементов. Процесс СПК испытан на 2,5-тонном конвертере с получением белого матта [44] из концентрата, содержащего, %: 18,7 Си, 31,8 Fe и 37,5 S. Концентрат и кварц подавали через фурмы одновременно с дутьем, обогащенном кислородом до 33-35 %. На 1м3 дутья перерабатывали 1,3 кг концентрата. Пылевынос не превышал 0,5 % от массы шихты. Шлак содержал, %: 6-12 Рез04, 22-29 Si02, 1,15-1,93 Си при содержании меди в сульфидном расплаве до 75%. Концентрация SO2 в отходящих газах составляла 32,1 %. Извлечение меди в белый матт 98,2 %. К недостаткам разработанного процесса следует отнести необходимость подготовки исходного сырья (измельчение, сушка), применение кислорода для обогащения дутья и сложность подачи шихты через фурмы.
Переработка медьсодержащих концентратов по способу фирмы "Noranda" [42,48-49] также предусматривает совмещение плавки и конвертирования в одном агрегате, представляющем собой стальной цилиндрический реактор с огнеупорной футеровкой. Диаметр промышленных реакторов на заводах "Горн" и "Гарфилд" -5,2 м, длина - 21,3 м. С одной стороны реактора через каждые 160 мм установлены фурмы диаметром 54 мм в количестве 52 (завод "Гарфилд") и 60 штук (завод "Горн"). Привод обеспечивает поворот реактора на угол до 48. Отвод газов производят через горловину с водоохлаждаемым напыльником оборудованным подвижными створками, исключающими попадание газов в атмосферу. Исходные концентраты окатывают и вбрасывают ленточным питателем в барботируемый расплав. В агрегате Норанда" перерабатывают медные концентраты, содержащие, %: 22-28 Си, 27-28 Fe, 26-33 S, 7,5-10 Si02. Отходящие газы содержат 17-21% S02. Общая глубина ванны расплава около 1020 мм, слой штейна составляет 710 мм, а шлака - 310 мм. Температура расплава не превышает 1473 - 1523 К. Регулирование параметров процесса осуществляют за счет изменения соотношений концентрат/ кислород дутья и концентрат/флюсы. Первоначально в агрегате получали сырую медь с 2 % серы, которую конвертировали до чернового металла, но затем перешли на получение богатого штейна с 70-75 % меди. Производительность агрегата на заводе "Горн" составляет - 1800 т/сутки, обогащение дутья кислородом - до 30-40 %, содержание меди в шлаках - 4,5-5,5%. Межремонтный срок службы агрегата доведен до 400 суток. Шлаки процесса подвергаются медленному охлаждению, дроблению в две стадии до крупности 8 мм, измельчению в шаровых мельницах и флотации. Содержание меди во флотоконцентрате - 40-50%, в хвостах - 0,3%.
Фирма "El Teniente" [50-51] разработала и осуществила на ряде медеплавильных заводов Чили ("Калетонес", "Чукикамата") совмещенный процесс конвертирования штейнов и плавки медных концентратов в модифицированных конвертерах (ТМС). С этой целью обычные горизонтальные конвертеры "Пирс-Смит" диаметром 4 м удлинены до 16 и 18 м. В торцовой стенке установлена пушка Гарра для постоянной загрузки флюса и концентрата. Горловина смещена к другому краю конвертера и служит для отвода газов, периодической заливки шлака обычных конвертеров и штейна отражательной печи. В непрерывном режиме в агрегате получают белый матт, который периодически сливают через шпур со стороны загрузки шихты, шлак - выпускаемый непрерывно с противоположной стороны, и газы, направляемые на производство серной кислоты. Недостаток тепла компенсируют обогащением кислородом дутья до 28-34% или увеличением производительности агрегата (заводы "Потрерильос" и "Лас-Вентас" используют только воздушное дутье).
Межфазное распределение элементов в сульфидно-металлических системах
Ряд пирометаллургических процессов производства цветных металлов сопровождается образованием оксидно-сульфидных расплавов (ОСР), расслаивание которых на штейн и шлак определяет извлечение цветных металлов. В литературе представлен спектр исследований по распределению цветных металлов и примесей между шлаком и штейном [3, 5, 49, 54, 75-77]. При этом наибольшее внимание отведено описанию конечного состояния систем, в то время как механизм и условия формирования расплавов изучены недостаточно. Весьма ограничены сведения о промежуточных продуктах расслаивания, таких как оксисульфиды, об их роли в процессах образования расплавов и межфазного распределения элементов.
Изучение расслаивания в системе Me-FeS-FeO (СаО), где Me - Fe, Си, Pb, Sn проведено методом равновесных тигельных плавок. Опыты выполнены в электропечи сопротивления с углеграфитовым нагревателем при 1513-1773 К. Смесь исходных материалов помещали в алундовый тигель, который устанавливали в разогретую до заданной температуры печь. После расплавления проводили выдержку распдавов в течение 15 мин, необходимую для достижения состояния, близкого к равновесному. После опыта тигель с расплавом извлекали из печи, охлаждали, разделяли продукты плавки и отбирали пробы для последующего химического и рентгенофазового анализов.
В качестве компонентов шихты использовали: железо карбонильное (оч); медный порошок (99,5% Си) марки ПМС - 1; свинец металлический (99,9% РЬ) марки СО; олово (99,9% Sn) марки чда; оксид железа (П) марки хч (99,5% FeO); оксид кальция (хч, содержащий не менее 99,7% СаО); сульфид железа (67% Fe и 32% S) полученный термолизом природного пирита при 1373 К.
Химический анализ образцов выполнен на содержание Fe, S, Pb, Sn и СаО по стандартным методикам. Рентгенофазовый анализ образцов проведён на дифрактометре ДРОН-2,0 (Со-Ка, Fe - фильтр). При расшифровке рентгенограмм использованы известные справочные данные по межплоскостным расстояниям.
При исследовании расслаивания составы исходных смесей меняли в пределах, заведомо позволяющих, согласно известных диаграмм состояния, выделять расслаивающиеся жидкости — металлизированный и оксисульфидный расплавы. Для этого массу металла в шихте брали в количестве 30-70 % от суммы сульфида и оксида железа (кальция). Отношения FeS/FeO и FeS/CaO меняли в пределах от 0 до 1.
По результатам опытов определено, что составы равновесных фаз в системе Me-FeS-FeO(CaO) зависят от содержания серы в оксисульфидном расплаве или шлаке. Масса образующегося сплава больше количества введённых железа и меди, в то время как для свинца и олова — меньше. Это можно связать с условиями протекания обменных взаимодействий: оценить растворимость металлов в оксисульфидном расплаве в случаях, когда известны активности соответствующих компонентов.
В проведённых опытах расслаивание на металлизированную и оксисульфидную фазы существенно отличается для каждого из выбранных металлов.
Для расплавов Me-FeS-FeO (таблица 2.4), где в качестве металла взяты Си, РЬ и Sn, наблюдали ограниченную растворимость серы (FeS) и кислорода (FeO) в металлической фазе, отвечающую диаграммам состояния рассмотренных систем. Увеличение отношения FeS/FeO сопровождается ростом содержания этих цветных металлов в оксисульфидном расплаве. Одновременно с этим повышается и содержание серы в металлизированной фазе. Указанное положение можно пояснить большой ролью сульфидной растворимости цветных металлов в оксисульфидных расплавах. Таблица 2.4 - Составы оксисульфидных расплавов при расслаивании системы
В сравнении с оксисульфидной системой FeO-FeS, растворимость цветных металлов в расплавах CaO-FeS существенно меньше. Расслаивание в этих системах также идет на металлическую и оксисульфидную фазы (рисунок 2.4). Металлическая составляющая частично растворяется в оксисульфидной фазе, сама, при этом, насыщается серой и железом. Растворимость меди, свинца и олова в оксисульфидном шлаке существенно выше в сравнении с никелем, это положение можно использовать при проведении рафинировочных процессов или разделении металлов.
Как в системе FeO-FeS, так и CaO-FeS увеличение доли оксидной составляющей ведёт к снижению растворимости цветных металлов в оксисульфидной фазе. Согласно данным РФА оксидно-сульфидных расплавов, насыщенных цветными металлами, основные фазовые составляющие представлены сульфидами и оксидами железа. Линии, отвечающие сульфидам и оксидам цветных металлов слабо выражены, тем не менее, ряд рефлексов свидетельствует о предпочтительной связи цветных металлов с серой в виде простых (Me-S) и сложных (Me-Fe-S) сульфидов. В изученных образцах присутствуют также оксиды и сульфиды кальция.
Таким образом, расслаивание в оксисульфидно - металлических системах Ме-FeS-FeO(CaO) сопровождается перераспределением металлов и серы между фазами. Снижение отношения FeS/FeO уменьшает растворимость никеля, меди, свинца и олова в ОСР. Замена FeO на СаО в оксисульфидном расплаве снижает потери с ним цветных металлов. Такое положение можно пояснить с позиций сульфидной растворимости цветных металлов в оксисульфидных расплавах.
Применительно к плавке сульфидного медного сырья установленные закономерности показывают, что при бесфлюсовом окислении смеси сульфидов возможно образование самостоятельных металлических фаз. Для предотвращения выделения меди и сопутствующих металлов следует принимать меры по их растворению в оксисульфидном расплаве, например, поддерживая большее отношение FeS/FeO в первом периоде конвертирования.
Исследования, выполненные [9, 78] применительно к окислительной плавке медных сульфидных концентратов однозначно позволяют утверждать о первоначальном формировании гомогенных оксисульфидных расплавов, расслаивание которых на шлак и штейн связано с введением Si02 и СаО, дополнительным окислением расплава (Рог)» изменением температуры.
Равновесия в системе штейн-шлак для расплавов, характерных медеплавильному производству, исследовано достаточно подробно [79-84]. Для системы Cu2S - FeS - FeO - БіОг - СаО выявлен ряд областей, охватывающих образование гомогенных оксисульфидных, штейновых и металлических расплавов, а также расслаивание на две (шлак-штейн, шлак-металл) и три (шлак-штейн-металл) фазы. Известные данные не дают полного представления о всем многообразии распределения элементов в столь сложных многокомпонентных системах, к которым относятся расплавы автогенной плавки медных концентратов. Применительно к плавке медных руд и концентратов на богатый штейн в агрегате СПК условия формирования и расслаивания фаз можно представить реакциями:
Распределение металлов при плавке концентратов и руд в агрегате совмещенной плавки конвертирования
Распределение сопутствующих металлов в процессе совмещенной плавки-конвертирования представляет интерес с точки зрения особенностей присущих процессам плавки в объеме и на поверхности расплава. Отличия в распределении элементов могут возникать по причинам: особенностей состава сырья, температуры процесса, парциального давления кислорода в системе и т.д.
На действующем опытно-промышленном агрегате СПК, сооруженном в металлургическом цехе ОАО "Святогор" были отобраны образцы шлаков и штейнов. В период испытаний, для пуска агрегата использовали штейн отражательных печей, содержащий, %: 24-25 Си, 37-38 Fe, 23-24 S, 3-4 Zn, 2-2,5 Pb, 0,02-0,04 As, 0,05-0,1 Sb. Штейн в реактор заливался при температуре 1423 - 1443 К. В качестве основной шихты для агрегата СПК служила смесь медно-цинковой руды Сафъяновского месторождения (таблица 3.3) с кварцсодержащим флюсом или медный концентрат, также в смеси с флюсом. Режим плавления-конвертирования отвечал принятым на предприятии технологическим инструкциям.
Таблица 3.4 - Составы равновесных фаз и коэффициенты распределения элементов между штейном и шлаком
По ходу конвертирования отбирали пробы шлака (с поверхности жидкой ванны) и штейна(через фурмы). В образцах химическими методами определяли содержание основных компонентов (Си, Fe, Si02, CaO, А1203, MgO, S) и сопутствующих металлов (Zn, Pb, Sb и As). Взятые для исследования образцы (таблица 3.4) штейнов охватывали весь спектр изменения содержания меди в донной фазе вплоть до получения белого матта. Железосиликатные шлаки, близкие к равновесным указанным составам штейнов, содержали, %: 1,22-2,05 Си, 10,95-17,58 Fe3+, 21,24-23,81 БіОг и по составу отвечали системе FeO-Fe203 Si02.
В процессе работы агрегата была снята гистограмма процесса и исследованы составы сырья и продуктов плавки. Сравнительный анализ составов пылей конвертера и агрегата СПК представлен в таблице 3.5. Таблица 3.5 - Состав пыли конвертера и СПК
Обработка данных промышленных испытаний процесса СПК с помощью программ статистической обработки данных позволила выявить следующие зависимости коэффициентов распределения металлов КМе (г - 90,1; 95,3; 90,4; 92,5; 78,2 %, соответственно):
Полученные зависимости практически аналогичны полученным ранее (3.8 3.12) и позволяют прогнозировать влияние содержаний меди в штейне и диоксида кремния в шлаке на коэффициенты распределения меди и сопутствующих (Zn, Pb, As и Sb) металлов (рисунок 3.2). г/м пыли. Увеличение нагрузки головного агрегата (СПК) по примесям, за счет вовлечением в переработку низкосортного сырья, изменения потоков оборотных материалов, а также переработки рудных концентратов совместно со штейном приводит к снижению качества черновой меди. Это требует оптимизации параметров процессов с целью вывода вредных составляющих.
Качество черновой меди во многом определяется режимом работы конвертерного передела. Металлы-примеси, имеющие высокое сродство к кислороду, окисляют в конвертере и переводят в шлак или газовую фазу [109, 110, 112-116]. Особое внимание уделяют второму периоду конвертирования, обеспечивающему получение черновой меди требуемого состава. В этот период проводят рафинирование металла, а насыщенные примесями высокомедистые шлаки, как оборотный полупродукт, оставляют в конвертере на последующий цикл набора штейна.
Для дополнительной очистки черновой меди от примесей предложены [110-112,117] методы, основанные на использовании добавок оксидов щелочных и щелочноземельных металлов в период рафинирования. Предполагается, что эти оксиды образуют прочные соединения с оксидами примесных элементов, снижают их активность в шлаке и, тем самым, способствуют рафинированию меди. В связи с напряженностью теплового режима второй стадии конвертирования, применение широко распространенных флюсов (известняк, сода, обожженная известь) осложнено и требует компенсации затрат тепла на разложение карбонатов и гидратов. Помимо того, интенсивное газовыделение при разложении карбонатов и локальное охлаждение расплава могут привести к вспениванию шлака в конвертере.
В этой связи, вопросу состава рафинировочных флюсов, обеспечивающих повышение качества черновой меди и снижение содержания в ней примесных элементов, следует уделить особое внимание. Флюсами служили промышленные отходы стекольного производства и концентраты, содержащие оксиды бора, бария и натрия (таблица 3.6). Концентраты представляли собой сыпучие материалы крупностью менее 1 мм, а отходы стекольного производства - волокна.
Плавка селективной руды Сафьяновского месторождения
Опытно-промышленные испытания совмещенной плавки и конвертирования продолжены в период с 5.12.03 по 26.12.03 по программе, утвержденной главным инженером. В ходе испытаний использовали шихту составленную из смеси селективной сафьяновской богатой медной руды с кварцсодержащими флюсами, содержащую, %: 8,7-14,6 Си, 30-35 Fe, 42,1-44,3 S, 10,8-14,6 Si02,3,3-4,5 W.
Во время кампании была снята гистограмма процесса (рисунок 4.8) и отобраны образцы сырья и продуктов плавки (таблица 4.8). Статистическая обработка результатов химического анализа образцов по программам статистической обработки данных (Statgraph) позволила выявить зависимости состава штейна от интенсивности загрузки: зависимости от интенсивности загрузк
Согласно этих данных, для поддержания постоянного состава штейна необходимо подавать шихту в количестве 13-14 т/час. По данным опытно-промышленных испытаний построена номограмма (рисунок 4.9), позволяющая прогнозировать содержание меди в штейне СПК по данным о продолжительности времени продувки и интенсивности загрузки агрегата шихтой. Среднесуточные данные по составам шихты, шлака и сульфидной массы приведены в таблице 4.9. Суточные показатели работы СПК представлены в таблице 4.10.
На основании данных опытно-промышленных испытаний рекомендован базовый режим для переработки медного сырья (таблица 4.11).
Как показали испытания, опытно промышленный агрегат СПК, сооруженный на ОАО "Святогор" обеспечивает переработку сульфидного медного концентрата с выделением штейна с 55-75 % меди. Для поддержания необходимого теплового режима требуется при переработке концентрата сжигать до 500 м3/час природного газа. Другим вариантом является добавка жидкого штейна отражательных печей и регулирование соотношения концентрат/штейн. В пределах 0,6-1,2. Необходимое содержание диоксида кремния в шлаке 18-27 %. При этих условиях содержание меди в шлаке составляет 1,5-3,5 %, что незначительно превышает значения характерные для других автогенных агрегатов.
Переработка селективной медной руды Сафьяновского месторождения в агрегате СПК характеризуется некоторым снижением удельной производительности в связи с меньшим содержанием меди в сырье и более высоким - серы. Однако, в связи с большей теплотворной способностью руды и изменением условий ее окисления (крупные куски вмешиваются в барботируемую ванну и сера, от диссоциации высших оксидов усваивается расплавом), тепловой режим работы агрегата меняется в лучшую сторону. Это позволило исключить подачу природного газа в агрегат СПК. Следует отметить, что в отдельные смены агрегат работал без подачи жидкого штейна. Это свидетельствует о приближении режима к автогенному на воздушном дутье.
Таким образом, если повысить производительность агрегата (за счет увеличения его размеров) и коэффициент использования его под дутьем, вполне реально достижение автогенного режима на воздушном дутье при переработке селективной руды. Однако, относительно низкое содержание диоксида кремния в шлаке (снижение расхода флюсов также необходимо для снижения энергозатрат) накладывает определенные условия на ведение процесса: содержание меди в штейне не менее 55 %, расширение зоны (или продолжительности) отстаивания шлака и обязательное его последующее обеднение.
Сложность процессов производства черновой меди обусловлена одновременным протеканием значительного числа физических и химических процессов с участием жидких, твердых и газообразных фаз, высокими температурами, сложным характером гидродинамических и тепловых потоков, нестационарностью процессов. Эти аспекты проявляются в большом числе параметров, определяющих течение процессов, их взаимосвязи, причем изменение одних параметров влияет на многие другие. Изучение столь сложных объектов осуществляется при помощи построения моделей - упрощающих систем, которые отражают отдельные, наиболее существенные свойства и стороны рассматриваемого объекта.
В ходе опытно-промышленных испытаний технологии совмещенной плавки-конвертирования был накоплен обширный экспериментальный материал, выявлен ряд статистических зависимостей. Полученные экспериментальные данные использованы для составления программы расчета процесса СПК (рисунок 4.10). Модель составлена на базе программного комплекса Microsoft Excel. Пример расчета процесса при работе агрегата на богатый штейн (60 % Си) представлен в Приложении В.
Основными функциональными зависимостями,, заложенными в модель процесса служили: известные последовательности расчетов рационального состава сырья и продуктов [134-136]; выявленные в настоящей работе зависимости межфазного распределения меди и сопутствующих металлов; справочные данные [137-138] отдельных компонентов, составляющих продукты плавки. Рисунок 4.10 - Алгоритм металлургического расчета процесса СПК
Исходя из выполненных металлургических расчетов показано: переработка сульфидного концентрата с 13 % Си имеющего влажность 8%, требует сжигания природного газа в количестве 400 м3/час. Для снижения энергоемкости процесса целесообразно: проводить сушку концентрата до остаточной влажности 3-4 %; плавку вести на штейн с 70% меди и коэффициенте использования агрегата под дутьем не менее 90%. Конвертирование штейна с 70% меди возможно без дополнительного отопления при коэффициенте использования его под дутьем не менее 90%. Такой режим при переработке богатого штейна не может быть достигнут, в связи с чем необходимо предусмотреть отопление конвертера на периоды простоев; автогенный режим плавки кусковой руды (влажность 1%) достигается на воздушном дутье при содержании меди в штейне 65%. Этому способствует не только большее содержание серы в сырье, но и особенности окисления кускового материала, погружение которого в расплав способствует усвоению им серы от диссоциации высших сульфидов и большему выделению тепла в жидкой ванне; содержание серы в шлаке в пределах 1,5-2,5 %, необходимое для выделения кристофита при его охлаждении, достигается при 55-65% меди в штейне.
Исходя из предложенной модели представляется возможным прогнозировать составы и массы продуктов плавки по заданному составу исходного сырья и содержанию меди в штейне. Теплотехнические расчеты позволяют определить условие автогенности процесса или необходимое количество теплоносителя (природный газ, штейн).
