Содержание к диссертации
Введение
1. Пирометаллургическая переработка вторичного сырья, содержащего медь, никель и кобальт (литературный обзор) 8
1.1. Переработка вторичного сырья и промышленных отходов в пирометаллургическом производстве цветных металлов 8
1.2. Производственный опыт усовершенствования работы руднотермических электропечей, перерабатывающих сульфидные медно-никелевые материалы 21
1.2.1. Энерготехнологический режим 22
1.2.2. Потери цветных металлов с отвальными шлаками 27
1.3. Заключение по главе 1 33
2. Исследование состава и физико-химических свойств шихты РТП 35
2.1. Металлсодержащая шихта электроплавки 36
2.2. Физико-химическое исследование озерных илов и импортных концентратов 45
2.2.1 Рентгенофазовый анализ 45
2.2.2. Термогравиметрические исследования илов 47
2.2.3. Исследования проб илов и импортных концентратов методами РЭМ и РСМА 54
2.3. Заключение по главе 2 64
3. Исследование и освоение электроплавки техногенного сырья 65
3.1. Электропечная установка и методика проведения работы 65
3.2. Начальный период освоения плавки нового сырья 70
3.3. Исследование режима и расчет рационального рабочего напряжения РТП при переработке илов 76
3.4. Исследование и освоение плавки илов на модернизированных печных трансформаторах 80
3.5 Опытно - промышленные испытания работы РТП на пониженной ванне 91
3.6. Анализ производственных данных работы РТП с использованием методов математической статистики 97
3.7. Режимная карта процесса переработки техногенного сырья на РТП 102
3.8. Заключение по главе 3 103
4. Исследование физико-химических свойств продуктов электроплавки 106
4.1. Исследование термодинамических свойств медно-никелевых штейнов с повышенным содержанием меди и никеля методом высокотемпературной масс-спектрометрии 106
4.1.1. Методика масс-спектрометрических исследований штейнов 106
4.1.2. Результаты масс-спектрометрических исследований штейнов 111
4.2. Исследование фазового состава продуктов электроплавки 118
4.2.1. Исследование форм потерь цветных металлов в отвальных шлаках 118
4.2.2. Исследование фазового состава штейнов при электроплавке отечественного и импортного сырья 129
4.2.3. Исследование фазового состава пылей электроплавки техногенного сырья совместно с отечественной рудой
и импортными концентратами 135
4.3. Заключение по главе 4 139
5. Совершенствование энерготехнологического режима и конструкции электропечи для переработки техногенного сырья 142
5.1 Направления совершенствования режима РТП и технологии переработки техногенного сырья 143
5.2. Направления совершенствования конструкции РТП 147
5.3. Расчет параметров и показателей плавки техногенного сырья для усовершенствования технологии и конструкции печи 152
5.3.1. Инженерные методы расчета РТП 152
5.3.2. Математическая модель для расчета параметров и показателей РТП с учетом перспектив усовершенствования процесса плавки и конструкции печи 159
5.3.3. Результаты расчета показателей плавки при условии реализации новых разработок 168
5.4. Заключение по разделу 5 178
Общие выводы по работе 181
Список использованных источников
- Производственный опыт усовершенствования работы руднотермических электропечей, перерабатывающих сульфидные медно-никелевые материалы
- Физико-химическое исследование озерных илов и импортных концентратов
- Исследование режима и расчет рационального рабочего напряжения РТП при переработке илов
- Методика масс-спектрометрических исследований штейнов
Введение к работе
Современное общество всё больше сталкивается с проблемами, связанными с результатами деятельности человека. Одна из этих проблем обусловлена истощением запасов сырья и необходимостью вовлечения в переработку как забалансовых и труднообогатимых полиметаллических руд, так и накопленных в производстве отвалов с достаточно высоким содержанием ценных металлов (шлаков, шламов, клинкеров и др.). Переработка отходов различных отраслей промышленности, а также вторичного сырья в известной степени способствует решению этой проблемы.
Острый недостаток сырья в настоящее время наблюдается на комбинате «Североникель». В то же время на его промплощадке накопилось большое количество различных «лежалых» никель-медьсодержащих отходов и оборотов действующих цехов. В их числе илы донных отложений озера Нюд-Явр, которые образовались за годы работы в результате накопления в донных отложениях озера никеля, меди и кобальта. Согласно гидрогеологическим прогнозам запасы илов в донных отложениях озера Нюд-Явр достаточны для непрерывного использования в течение 10 лет. Поскольку добыча илов не требует больших материальных затрат, переработка такого сырья в сложившихся условиях представляется весьма перспективной и экономически выгодной. Она оправдана также соображениями обеспечения экологической безопасности работы комбината, т.к. при складировании отвальных продуктов в составе массивов оказываются токсичные вещества, выход которых в атмосферу и водоёмы наносит ощутимый вред окружающей среде [1].
С учетом указанных обстоятельств было принято решение организовать на комбинате «Североникель» переработку накопленного техногенного сырья совместно с текущими металлсодержащими оборотами, используя свободные плавильные мощности предприятия. Исследованию и разработке процесса плавки указанного сырья в руднотермических электропечах с получением штейна заданного состава посвящена настоящая работа.
Диссертационная работа включает критический анализ литературных данных о методах пирометаллурги ческой переработки вторичного сырья и промышленных отходов, содержащих медь, никель и кобальт. Установлено, что промышленного процесса самостоятельной переработки техногенных отходов в отечественной промышленности до настоящего времени нет. Поэтому для его разработки и внедрения в работе выполнен комплекс промышленных и лабораторных исследований.
Для научного анализа рассматриваемого процесса проведено изучение некоторых физико-химических свойств техногенного сырья и продуктов его переработки. В частности, выполнен рентгеноструктурный анализ образцов, термогравиметрические исследования илов, изучен фазовый состав исходного сырья и продуктов электроплавки, включая пыли процесса. Кроме того, с использованием метода высокотемпературной масс-спектрометрии проведено изучение термодинамических свойств промышленных медно-никелевых штейнов, полученных при исследованиях в производственных условиях и освоении электроплавки техногенного сырья.
При разработке технологии создана модель для расчета параметров электропечной установки. Определены параметры режима работы электропечи, и электроплавка техногенного сырья внедрена в производство на комбинате «Североникель».
Научную новизну работы можно сформулировать следующим образом:
Изучены фазовые составы илов и новых для передела шихтовых материалов, а также продуктов их переработки в РТП, образующихся при электроплавке техногенного сырья, с использованием методов растровой электронной микроскопии (РЭМ), рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) и термогравиметрических исследований. Исследованы формы потерь цветных металлов с отвальными шлаками, полученными при электроплавке илов.
Определены парциальные давления меди, железа, никеля и серы над расплавами медно-никелевых штейнов с повышенным содержанием меди и никеля при температуре 1500 К методом высокотемпературной масс-
спектрометрии. На основании полученных экспериментальных данных рассчитаны значения активностей и коэффициентов активности этих компонентов в исследованной системе, которые использованы для расчета величины растворимых потерь цветных металлов со шлаками электроплавки техногенного сырья.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
1. Разработана технология электрогшавки техногенного сырья, содер
жащего илы и промышленные отходы, с получением штейнов с содержанием
суммы цветных металлов около 30 %. На основе выполненных промышлен
ных испытаний и анализа полученных данных с использованием методов ма
тематической статистики определены рациональные энерготехнологические
параметры режима работы электропечей.
Процесс внедрен на РТП комбината «Североникель». Увеличение прибыли за счет организации переработки илов на предприятии составляет 1,2 млн. долларов в год.
Разработана математическая модель инженерного расчета параметров и показателей работы руднотермической печи, которая может использоваться как при модернизации действующих многошлаковых РТП, так и при проектировании новых производств для переработки как традиционного, так и техногенного сырья с учетом перспектив усовершенствования технологии и конструкции электропечной установки.
Определены основные направления усовершенствования электроплавки техногенного сырья (илов) и даны соответствующие оценки их эффективности.
Производственный опыт усовершенствования работы руднотермических электропечей, перерабатывающих сульфидные медно-никелевые материалы
Решая задачу повышения технико-экономической эффективности производства, коллективы предприятий никелевой промышленности СССР резко увеличили производительность электропечных установок. Это достигнуто, в основном, за счет интенсификации процесса плавки при одновременном совершенствовании конструкции и режима работы агрегатов.
К числу наиболее значительных усовершенствований режима работы и технологии электроплавки следует отнести следующие [33, 35]: - увеличение глубины шлаковой ванны; - усовершенствование загрузки шихты; - повышение единичной мощности печей без изменения их размеров в плане; - повышение рабочего напряжения и уменьшение заглубления электродов в шлак; - увеличение кислотности отвального шлака; - металлизацию штейна.
В числе основных изменений и усовершенствований конструкции электропечных установок следует отметить: - повышение мощности печных трансформаторов: трехфазных - до 30 MB А, однофазных - до 25 МВ А; - увеличение высоты внутреннего пространства печей; - применение водяного охлаждения выпускных отверстий и шлакового пояса футеровки, а также использование водоохлаждаемых шлаковых желобов; - внедрение системы загрузки шихты в печь "без разрыва" потока материалов; - освоение гидравлической системы перепуска и перемещения электродов; - механизацию операций закрывания выпускных отверстий, дробления и загрузки электродной массы.
Комплекс перечисленных мероприятий позволил существенно увеличить производительность установок, одновременно улучшив основные показатели процесса, что видно, например, из отчетных данных предприятий (табл. 1.1).
Рост производительности и снижение удельного расхода электроэнергии при плавке были обеспечены, прежде всего, за счет изменения электрического режима работы печей (повышения мощности установок при одновременном увеличении их рабочего напряжения). Наиболее показательными в этом отношении являются печные установки комбината «Североникель», мощность которых в период с 1944 по 1963 гг. была поднята с 7,5 МВА до
MBA, а напряжение - с 266 до 566 В. На комбинате «Печенганикель» мощность электропечей №№1 и 2 в результате трех реконструкций (1949, 1956, 1964 гг.) была повышена с 12 до 32 МВ А, а на Норильском комбинате Ф/ во время капитального ремонта 1962 г. суммарная мощность трансформато ров одной из печей доведена до 45 МВ А (первоначально 32 МВ А) при одновременном увеличении рабочего напряжения. В дальнейшем мощность печей НГМК была еще более повышена и доведена до 75 МВ А.
Поскольку повышение мощности электропечных установок произво дилось практически без изменения размеров электропечей в плане, их удель (х ная мощность значительно возросла. Самая высокая удельная мощность дос тигнута на комбинате «Североникель», где она изменилась со 130 до 517 кВ А/м пода [36, 37]. В результате повышения мощности удельный проплав руды и концентрата в электропечах комбината увеличился в 4 раза и по данным балансовых плавок возрос с 3,6 до 14,6 т/м2 пода в сутки. Из данных работы [30], где приведены основные показатели электроплавки на штейн по комбинатам за 1963 г., следует, что на электропечах комбината «Северони-кель» удельный проплав был в два раза выше, чем на печах комбината «Печенганикель» и в 2,38 раза выше, чем на НГМК.
По отчетным данным комбината «Печенганикель» за 1960 и 1966 гг. среднесуточный проплав одной печи повысился с 596 до 842,5 т при измене нии мощности с 17,40 до 24,25 МВт, а за период с 1949 по 1964 гг., когда мощность электропечи увеличили с 12 до 25,2 МВ А, ее производительность возросла в 2,5 раза [37].
Длительный опыт эксплуатации электропечей никелевых комбинатов показал, что по мере повышения мощности установок и их производительности удельный расход электроэнергии снижается [36-47]. На комбинате «Се-вероникель» за период с 1953 по 1963 гг. удельный расход электроэнергии уменьшился с 924 до 819 кВт ч/т при изменении мощности печей с 7,5 MB А до 30 МВ А [30, 40] (рабочее напряжение при этом было поднято с 266 до 566 В). Освоение повышенных мощностей на печах комбинатов «Печенганикель» и Норильском также показало, что и в этом случае удельный расход электроэнергии снижается [41-46,48,49].
Уменьшение удельного расхода электроэнергии при повышении мощности электропечей подтверждается не только опытом их эксплуатации, но и значительным экспериментальным материалом, полученным при балансовых плавках на разной удельной мощности. В табл. 1.2 представлены результаты трех балансовых плавок, проведенных на НГМК в период 1960-1965 гг., и пяти плавок (из 17 плавок за 1949-1965 гг.), выполненных на электропечах №№1 и 2 комбината «Печенганикель» с близкими по составу отвальными шлаками [30].
Физико-химическое исследование озерных илов и импортных концентратов
Исследование илов включало в себя проведение рентгенофазового анализа проб илов, термогравиметрическое изучение отобранных проб при нагреве в инертной и восстановительной средах, исследования огарков илов с применением методов растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа (РЭМ и РСМА).
Результаты химических анализов состава исходных проб илов, выполненных методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на спектрометре AtomScan 25 фирмы ТШ (США), атомно-абсорбционной спектрометрии на спектрометре SH-22 фирмы TIH (США) представлены в табл.2.7.
Рентгенофазовый анализ илов и концентратов выполнялся на рентгеновском дифрактометре ДРОН -ЗМ.
Озерные илы
Рентгенограммы образцов иллюстрируют малую степень кристаллизации и, как следствие, отсутствие дифракционных линий, необходимых для проведения полного фазового анализа, при этом число самих линий велико. Поэтому с уверенностью можно говорить лишь о следующем: - рентгенограммы образцов незначительно различаются только интенсивностью отражений (иначе говоря, количественным соотношением установленных фаз) и представлены линиями а-кварца, талька, кальцита, хлорита, каолина (возможно, в сочетании с серпентином); - с достаточной степенью вероятности можно предположить присутствие полевошпатного минерала из ряда плагиоклазов.
Импортные концентраты
Рентгеноструктурный анализ двух проб ирландского концентрата показал, что основные рудные минералы: пирротин, соответствующий составу Fe7Sg (моноклинный) в пробе №1, присутствует в большем количестве, чем в пробе №2, а пентландит, строго отвечающий составу и стехиометрии (Fe,Ni)c,S8, присутствует в больших количествах в пробе №2, чем в пробе №1. В незначительном количестве имеется тальк Mg3Si40io(OH)2 — в пробе №1 несколько больше, чем в пробе № 2, В обеих пробах в заметном количестве обнаружен MgCOj (в пробе №1 больше, чем в пробе №2). Во всех образцах наблюдается ряд линий малой интенсивности, не поддающихся надежной идентификации.
Рентгеноструктурный анализ финского концентрата показал, что основные рудные минералы: пирротин, соответствующий составу Fe7Sg (моноклинный) и пентландит, строго отвечающий составу и стехиометрии (Fe,Ni)9Se, присутствуют в соизмеримых количествах (не менее 15-20%). Можно предположить наличие следовых количеств халькопирита (FeCuS2).
Из нерудных минералов уверенно идентифицируется тальк--Mg3Si40io(OH)2 и, возможно, минералы группы слюд, ромбических амфиболов типа антофиллита - (Mg,Fe)7[OH]2Si6022 и (в малом количестве) минерал из группы магнезиальных хлоритов, ориентировочный состав которого можно записать как- (Mg,Fe)6.2x(Al,Fe)2x[OH]g{Si4-2xAl2xOio}.
Термогравиметрические исследования проводились на установке, спроектированной и изготовленной в институте Гипроникель для изучения кинетики взаимодействия кислорода газовой фазы (азото-кислородные смеси) с сульфидными расплавами [93], пригодной для изучения любых гетеро-фазных взаимодействий, сопровождающихся изменением массы и (или) состава газовой фазы над образцом. Установка снабжена системой тангенциального подвода газа и термокондуктометрическим блоком анализа отходящей из реактора газовой смеси на содержание в ней газа, отличного по своим теплофизическим свойствам от реакционного газа (газов) или газа-носителя. Анализ изменения массы образца и отходящего газа в совокупности с данными химического, рентгенофазового и микрорентгеноспектрального методов анализа образующихся в процессе твердофазных продуктов реакции позволяют полнее изучить кинетические аспекты и уточнить механизм протекания процесса в целом.
Схема установки представлена на рис. 2.1. Блок автоматической регистрации массы образца состоит из весового устройства, усилителя и потенциометра-самописца типа КСП-4. Блок автоматической регистрации содержания газа, выделяющегося в процессе взаимодействия, содержит детектор, усилитель и потенциометр-самописец типа КСП-4. Температура в рабочей зоне реактора измеряется с помощью термопары ШТ-1 и потенциометра-самописца типа КСП-4. При необходимости реакционная газовая смесь составляется в специальной емкости на базе стандартного газового баллона на 40 л и перед использованием с целью наиболее полного перемешивания выдерживается не менее 10 дней.
Исследование режима и расчет рационального рабочего напряжения РТП при переработке илов
Выделенная для переработки илов озера Нюд-Явр бывшая обеднитель-ная печь ЭПО-8 (в дальнейшем РТП), была специально сконструирована в конце 70-х годов для обеднения шлаков автогенной плавки сульфидной мед-но-никелевой руды на комбинате "Североникель", а также конвертерных шлаков из конверторов главного пролета. Она представляет собой прямо-угольную электропечь с площадью пода 82 м и тремя самоспекающимися электродами диаметром 1200 мм (рис. 3.1). Печь имеет размеры по кожуху в плане 16,16x5,76 м. Кожух печи сварен из листовой стали толщиной 16-25 мм и заключен в каркас из спаренных балок №45, скрепленных между собой продольными и поперечными тягами с пружинными компенсаторами.
В шлаковом поясе корпус печи выполнен из медных холодильников по всему периметру печи кроме штейнового торца. В шлаковом торце над первым рядом установлены симметрично относительно оси печи 2 кессона с центральными отверстиями для крепления водоохлаждаемых медных втулок, через которые осуществляется выдача шлака (рис. 3.2). В штейновом торце установлены 2 штейновых водоохлаждаемых кессона (штейновые рамы), каждый из которых имеет в средней части прямоугольное отверстие 800x400 мм для крепления штейновой водоохлаждаемой плиты (рис. 3.3) и один кессон с центральным отверстием для крепления водоохлаждаемой втулки для выдачи оборотного шлака. Шпуры для выпуска штейна расположены на высоте 400-500 мм от нижней точки подины, а отверстие для выпуска оборотного шлака - на уровне 1400 мм; два легочных отверстия в шлаковом торце также расположены на высоте 1400 мм от нижней точки подины. Фундамент печи - ленточный, на нем установлены поперечные балки, а на них - продольные. На подовый лист из стали толщиной 25 мм внутри кожуха уложена бетонная подушка в виде обратного свода с заложенными в нее трубами принудительного воздушного охлаждения подины; воздух для охлаждения подины подается вентилятором. На бетонной подушке на выравнивающем слое магнезитового порошка набирается подина толщиной 920 мм из 4-х окатов магнезитового кирпича.
Стены печи также выполняются из магнезитового кирпича и имеют переменную толщину: в нижней части 1150—1370 мм (со стороны штейновых шпуров) или 920 мм (со стороны шлаковых шпуров), в верхней - 460 мм. В кладку печи заложены 7 рядов водоохлаждаемых холодильников с расстоянием между рядами по высоте 115 мм. Первый ряд холодильников расположен на уровне 1000 мм от нижней точки подины.
Свод печи - арочный, распорный толщиной 320 мм из шамотного кирпича со стрелой прогиба 600-700 мм. В своде имеется 3 отверстия диаметром 1400 мм для электродов, по 8 отверстий с каждой стороны печи для загрузочных течек и 2 отверстия элипсовидной формы для удаления газов. Газоходы футерованы шамотным кирпичом и имеют внутренний диаметр 1500 мм.
Печь оснащена двумя шихтовыми бункерами емкостью по 90 м каждый, двумя тарельчатыми питателями с тарелями диаметром 1900 мм и дву-мя скребковыми транспортерами тяжелого типа.
Печь укомплектована тремя однофазными трансформаторами типа ЭОЦН-8200/10-69УЗ, номинальная мощность каждого из которых 5,5 MB А. Паспортные данные установленных на печи трансформаторов представлены в табл. 3.1.
После капитального ремонта бывшая обеднительная электропечь была поставлена на разогрев дровами. Ее пуск происходил на жидком конвертерном шлаке, после заливки которого началась загрузка шихты. Начиная со 2 октября 1998 г., печь стала регулярно выдавать штейн и шлак и выполнять функции рудоплавильной печи. Фактически этот момент можно считать началом освоения технологии рудной плавки нового техногенного сырья -озерных илов [106,108].
Несмотря на хорошо проведенный почти месячный разогрев печи, ее пуск и дальнейшая работа на шихте с тонкодисперсными илами, железистыми кеками и ирландским концентратом, масса которых достигала 50% массы всей загружаемой шихты, уже в самом начале показали неприспособленность оборудования к работе в режиме рудной плавки с такими шихтовыми материалами. Прежде всего, это относится к силовым трансформаторам пе чи. Трансформаторы из-за низкого напряжения на стороне НН не обеспечивали необходимого выбора мощности для планового проплава шихты.
Освоение плавки нового сырья в РТП было разбито на четыре периода (этапа):
I. Начальный период (первые восемь суток) — работа печи с однофазными трансформаторами, рабочее напряжение которых (130-255 В) не соответствовало требованиям рудной плавки нового сырья, а отвечало режиму электропечного обеднения сравнительно электропроводных шлаков.
II. Период испытаний работы печи (10-31 октября 1998 г.) на модернизированных трансформаторах, рабочее напряжение которых приведено в соответствие с требованиями рудной плавки нового сырья и увеличено для этого до (325-510 В).
III. Период вывода печи на стабильный энерготехнологический режим для выполнения плановых заданий по переработке шихты и по выпуску товарной продукции (1-16 ноября 1998 г.).
IV. Период совершенствования технологии и отдельных узлов в конструкции печи (с декабря 1998 г).
Среднесуточные показатели работы РТП в каждом из перечисленных периодов представлены в табл. 3.2, где составы штейнов и шлаков приведены на основании средневзвешенных величин за сутки.
Методика масс-спектрометрических исследований штейнов
Выполненные на РТП исследования при плавке илов и проведенные на их основе расчеты позволили определить рациональный энерготехнологический режим работы электропечной установки. В соответствии с результатами этих расчетов модернизированы электропечные трансформаторы, их рабочее напряжение увеличено и на высшей ступени напряжения составляет 510 В при общей мощности 16,5 МВ А.
Технология плавки техногенного сырья в РТП на модернизированных трансформаторах освоена полностью. При этом разработан и внедрен в практику работы печи энерготехнологический режим плавки шихты, содержащей илы, а также комплекс оргтехмероприятий по реконструкции отдельных узлов РТП, усовершенствованию контроля шихты, улучшению ее подготовки и качества. В числе этих мероприятий - изменение системы загрузки шихты с периферийной на центральную, увеличение диаметра течек с врезкой воздушной завесы, реконструкция системы охлаждения щек бугеля на электродах, расширение рабочей площадки в месте замера ванны, улучшение качества проводимых ППР печи и т.п. В результате, помимо стабилизации производственного процесса и обеспечения плановых показателей по выпуску и качеству товарной продукции, удалось почти на 20% снизить удельный расход электроэнергии, повысить безопасность труда и уменьшить загазованность на площадках обслуживания печи.
В результате проведенных на РТП испытаний и статистического анализа производственных данных работы печи при переработке илов в течение 1998-2000 г.г. определена оптимальная для данной конструкции печи глубина ванны — 1800 мм. Установлено, что при работе на такой пониженной против обычной практики ванне (которая обычно составляет 2200 мм) при соответствующем поддержании энерготехнологического режима потери никеля и меди снижаются примерно на 28 и 31% соответственно; потери кобальта практически не изменяются. При этом содержание серы в штейнах уменьшается с 24-25 до 23-21% при одновременном росте "металлизации" штейна от 8-9 до 18-19%,
При выплавке штейнов с пониженным содержанием серы у процесса появляются дополнительные преимущества, заключающиеся в экономии дефицитного и дорогого сульфидизатора - норильской руды или импортных сульфидных концентратов; в переработке дополнительных объемов холодных оборотов в конверторах за счет восполнения дефицита тепла при продувке штейнов с повышенной «металлизацией»; в улучшении экологической обстановки на промплощадках РТП и плавцеха ГМК «Печенганикель».
В результате выполнения статистического анализа данных оперативного учета и контроля электроплавки получены значения коэффициентов корреляции, характеризующие силу взаимодействия между факторами и показателями процесса, а также регрессионные модели, позволяющие прогнозиро вать показатели работы РТП при воздействии на управляющие факторы процесса в конкретных условиях переработки техногенного сырья [108].
Помимо такого традиционного подхода к статистическому анализу, создана модель, позволившая определить величину средних потерь мощности печью (3,8 МВт) и величину полезного удельного расхода электроэнергии (499 кВт ч), затрачиваемого собственно на плавку шихты и преобразование ее в жидкие продукты плавки при содержании в ней 20-25% илов [135].
Вычисленные таким образом потери мощности РТП и полезный удельный расход электроэнергии на переработку шихты, содержащей влажные илы, использованы в дальнейшем в настоящей работе для оценки показателей работы РТП при применении нового перспективного метода плавки неподготовленного сырья в печи усовершенствованной конструкции (см. разд. 5).
Современный научный подход к изучению распределения цветных металлов в системах штейн - шлак должен включать как исследование термодинамических свойств штейнов, так и определение соотношений форм потерь этих металлов в шлаках. Такая информация помогает выбрать более рациональный путь снижения потерь цветных металлов со шлаками.
Исследование термодинамических свойств расплавов штейнов представляет как научный, так и практический интерес. Сложность многокомпонентной сульфидной системы, которой является расплав штейна, определяет требования к методам исследования. Для решения поставленных задач использован метод дифференциальной высокотемпературной масс-спектрометрии, который позволяет экспериментально определять парциальные давления паров компонентов расплава и, задавая определенные стандартные состояния, рассчитывать активности и коэффициенты активности компонентов в расплаве.
Все исследования выполнены на масс-спектрометре МС-1301, предназначенном для изучения процессов парообразования труднолетучих веществ. Прибор представляет собой сочетание испарителя типа камеры Кнудсена с масс-спектрометрическим анализом даровой фазы. В комплект прибора входят два типа испарителей; низкотемпературный и высокотемпературный. Испарители имеют механическую систему перемещения блока с эффузионными
камерами для корректировки положения эффузионного отверстия относительно коллиматора водяной рубашки и работы в режиме дифференциальной масс-спектрометрии. В работе использовались оба типа испарителей; испарение исследованных образцов проводилось из молибденовых камер. Нагрев блока эффузионных камер низкотемпературного испарителя (ИНТ) производится печью сопротивления, обеспечивающей нагрев камер от комнатной температуры до -1600 К. Температура измерялась платина-платинородиевой термопарой, термоЭДС термопары фиксировалась цифровым вольтметром Щ-68003 с точностью ±10 мВ. Перевод значений термоЭДС в градусы Цельсия производился по стандартным таблицам ГОСТ 3044-84, Точность измерений температуры составляла ±0,5.
Нагрев камер высокотемпературного испарителя (ИВТ) производится электронной бомбардировкой. Стойка питания испарителя стабилизирует мощность тока бомбардирующих электронов с точностью ±10%, что позволяет поддерживать температуру, например, 2000 К с точностью ±10. Температура блока камер измеряется оптическим пирометром ЭОП-66, Пиромет-рирование производится через стеклянное окно вакуумной системы масс-спектрометра; перед каждой серией опытов определялась поправка на поглощение стекла.
