Плавка во взвешенном состоянии.
В настоящее время процесс фирмы «Оутокумпу» является наиболее освоенной технологией автогенных способов переработки медных сульфидных концентратов, получившей наибольшее распространение в мировой практике .Плавкой во взвешен-
ном состоянии называют плавку, совмещенную с обжигом, при которойшихту вдувают в печь подогретым воздухом или кислородом. При этом обжиг сульфидов происходит во время полета частиц – во взвешенном состоянии, поэтому он сопровождается высокой десульфуризацией, достигающей 75 %.
. Технологическая схема плавки медных концентратов во взвешенном состоянии
Смесь различных концентратов (концентрация меди 24…30 %) и флюса (кварцевый песок) складируют в бункерах и далее подают на сушку в барабанных печах до конечной влажности не более 1 %. Из сушильного отделения шихту пневмотранспортом направляют в бункер, откуда ее подают в печь .
Печь взвешенной плавки: 1 – штейн; 2 – шлак; 3 – горелка; 4 – реакционная шахта; 5 – аптейк; 6 – отстойник; 7 - фундамент; а – подача измельченного концентрата; б – ввод дутья; в – выход газов
Шихта при помощи специальной горелки вдувается кислородно-воздушной смесью (концентрация кислорода в дутье 35…80 об. %) в плавильную шахту печи, где сульфидные частицы воспламеняются и сгорают в потоке окислителя. Количество тепла, выделяемого при взаимодействии компонентов шихты с кислородом дутья, достаточно для плавления частиц, и в нижнюю часть реакционной шахты попадают капли первичного расплава. Расплавленные частицы шихты накапливаются в отстойнике печи, где происходит взаимодействие между сульфидами и оксидами.
Путь частиц концентрата в полете удлиняют, устраивая над передней частью печи цилиндрическую шахту, а воздух предварительно подогревают теплом отходящих газов до 500 °C (рис. 2.4). При вдувании шихты кислородом тепла достаточно для плавления и перегрева расплавов, дополнительного топлива не требуется, поэтому такую плавку называют автогенной. С помощью горелки совместно с шихтовыми материалами в печь вводят подогретое дутье: воздух или кислородно-воздушную смесь в коли-
честве, необходимом для замыкания теплового баланса процесса. Скорость падения частиц зависит от их диаметра и при плавке сульфидных концентратов не превышает 1 м/с, в связи c чем диаметр шахты составляет 3,0…5,5 м, а ее высота – 4,5…12,0 м.
Химизм процессов плавки во взвешенном состоянии по существу тот же, что и в отражательной плавке: десульфуризация высших сульфидов и карбонатов; окисление сульфидов практически полностью – за счет кислорода дутья:
Cu2 S +1,5O2 = Cu2O+ SO2 ↑
FeS +O2= FeO+ SO2 ↑
избирательное сульфидирование оксида меди и концентрирование меди в штейне; ошлакование оксида железа и перевод его в шлак. Процессы формирования шлака и штейна преимущественно развиваются в ванне печи, отстойная зона которой подобна отстойной зоне отражательной печи. Отстойная зона печи обеспечивают пребывание в ней шлака в течение 5…7 ч и имеет размеры, м: длина 12…32, ширина 3,5…10.
Из-за малой концентрации азота в дутье концентрация SO2 в отходящих газах достигает 75 % и после очистки от пыли концентрированный сернистый ангидрид легко сжижать. Эти газы с температурой 1300…1400 ºС поступают в котел-утилизатор, где улавливается основная часть пыли, их температура уменьшается до 350…400 ºС и вырабатывается пар, используемый для подогрева дутья и для бытовых нужд. После пылеочистки
в электрофильтрах газы направляют на производство серной кислоты. Использование кислородно-воздушного дутья позволяет сократить объем печных газов до 35…88 тыс. м3
с соответствующим увеличением в них концентрации диоксида серы, что позволяет практически полностью утилизировать серу шихты и исключить выбросы SO2 в атмосферу. Производительность плавки во взвешенном состоянии достигает
13 т/(м2·сут). Благодаря высокой десульфуризации, при взвешенной плавке получают богатые штейны (до 60 % Cu) и соответственно богатые шлаки (до 2 % Cu), которые требуют обеднения. Медный штейн периодически выпускают из печи и направляют на конвертирование. Шлак поступает на обеднение в электропечь, куда загружают кокс.
Процесс «Аусмелт». В настоящее время в мире работает более 20 печей «Аусмелт». В данном процессе используется вертикальная цилиндрическая печь (высота 13 м, диаметр 4,5 м), оборудованная погружной вертикальной фурмой длиной до 17 м и диаметром 0,5 м состоящей из концентрически расположенных стальных труб. Фурму закрепляют на подъемнике, расположенном над печью в центральной ее части. Номинальное заглубление горелки в шлак составляет 20 см, что обеспечивает турбулентное перемешивание расплава. По мере разрушения концевой части фурмы ее опускают
без остановки работы печи. Фурму заменяют, когда разрушиться примерно 1 м ее концевой части, и затем восстанавливают, приваривая новую концевую часть. Топливо (природный газ, до 1800 м3/ч) в смеси с воздухом сгорает в нижней части фурмы.
Воздух подают в полость, образованную кожухом и внутренней трубой, в результате чего охлаждается корпус фурмы и образуется на его поверхности слой защитного гар-
ниссажа. Концентрация кислорода в дутье составляет около 45 %, при этом концентрация SO2 в отходящих газах достигает 35 %, а извлечение серы – 98 %. Шлак (6…8 % Cu) подвергается электропечному обеднению.
Печь «Аусмелт»: 1 – реакционная шахта; 2 – штейно-шлаковый расплав; 3 – выпуск расплава; 4 – водяной холодильник; 5 – фурма; а – природный газ; б – кислород; в – воздух; г – газы; д – концентрат, флюсы; е, ж – вода
Печь отличается простотой конструкции, высокой производительностью (тыс. т/год: 45 – по штейну с концентрацией меди до 58 % Cu, 600 – по концентрату), малым пылевыносом (около 1 %), простотой в управлении, так как изменением заглубления фурмы в слой шлака регулируется интенсивность барботажа расплава. Процесс может быть прерван при поднятии фурмы, когда металлическая или штейновая фаза
отстаивается перед выпуском из печи. Достоинством технологии является также и то, что печь может быть остановлена или находиться на горячемхолостом ходу в течение длительного периода и при этом имеется возможность ее оперативного разогрева.
