По расчетным данным пылевынос печи взвешенной плавки составляет 12-15% от количества загружаемой шихты, где на долю золы приходится значительная часть. Так как вся пыль улавливается и возвращается в процесс, то увеличение зольности угля ведет к пропорциональному увеличению оборотной пыли.
Зола различных углей обладает различной температурой плавления. При температуре 1350°С зола находится в полурасплавленном состоянии, и при выходе из аптейка на границе радиационной части котла-утилизатора при соударении со стенками, будет налипать на поверхность футеровки (горловины) и образовывать настыли. При удалении настылей тем или иным способом, будь то обдув паром высокого давления или воздухом, также не исключена возможность применения буровзрывных работ, а это связано о открыванием смотровых люков, отверстий, что в свою очередь может привести к расстройству процесса и вынужденным остановкам печи.
Углерод и летучие компоненты угольной пыли взаимодействуют с сернистым ангидридом, восстанавливая его до элементарной серы.
Восстановление протекает в общей форме по уравнениям:
SO2+C=1/2S2+ CO2
SO2 +2Н2=1/2S2+2H2O
При этом имеют место побочные реакции, что значительно снижает извлечение серы.
При взаимодействии сернистого ангидрида с пылеуглем в интервале температур 1300-700°С доля образующихся компонентов H2S, CO, COS довольно высокая. Степень восстановления сернистого ангидрида в элементарную серу обычно не превышает 20-25%, т.к. основная масса угля расходуется на образование побочных продуктов.
Когда в газовой фазе присутствуют водородные соединения, в том числе и вода., количество нежелательных реакций увеличивается, что приводит к снижению содержания элементарной серы в газовой фазе.
В результате восстановления получается многокомпонентный газ, и, с практической точки зрения, особую важность в этом составе представляет сернистый ангидрид и элементарная сера. Восстановленный газ из аптейка ПВП с температурой 1330°С поступает в котел-утилизатор. В котле-утилизаторе газ охлаждается до температуры 350°С. При этой температуре СО и COS почти отсутствуют, а содержание элементарной серы почти достигает максимума.
При охлаждении газа в котле-утилизаторе протекают основные реакции:
CO+1/2 S2 = COS
COS+H2O=CO2+H2S
H2+1/2S2=H2S
Из представленных реакций первая реакция протекает быстро, а следующая реакция очень медленно и для полного протекания реакции необходим катализ.
При температуре 1330°С в аптейке ПВП наступает термодинамическое равновесие между компонентами упомянутыми выше.
Кроме восстановления газа в аптейке ПВП происходит восстановление окислов пыли.
В общем виде реакцию восстановления компонентов пыли можно представить уравнением:
4МеО + 3S2®4МеS + 2 SO2
Этот процесс идет с поглощением тепла, что снижает температуру отходящих газов,
Восстановленная оборотная пыль содержит в себе следующие соединения: NiS, CuS, FeS, CoS, ZnS, PbS, As2S2, Cu2Se, SiO2, Аl2O3, CaO, MqO, прочие и свободный углерод.
При сравнении компонентов окисленной и восстановленной пылей видно, что в процессе восстановления происходит поглощение серы и выделение свободного кислорода для связывания которого требуется дополнительная затрата углерода. Следовательно, можно сделать вывод, что снижение пылевыноса в процессе плавки выгодно как с экономической точки зрения по расходу угля, так и с точки зрения снижения безвозвратных потерь цветных металлов.
4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА
| Показатель | Значение |
| Производительность печи, т/сут | 445,44 |
| Удельный проплав, т/(м2 х сут) | 10-15 |
| Содержание О2 в дутье, % | 26 |
| Температура дутья, С | 25-40 |
| Содержание Ni, %: | |
| В штейне | 34,9 |
| В шлаке | 1,4 |
| Пылеунос, % | 10-15 |
5. Металлургический расчёт.
Исходные данные для расчёта: содержание Ni в концентрате – 8 %;
cодержание Сu в концентрате – 4 %;
Расчёт производим на 100 кг концентрата.
Химический состав концентрата:
Cu – 4 %; Ni – 8 %; Fe – 46 %; S – 30 %; SiO2 – 3,5 %; CaO – 2,3 % ; MgO – 2 %; Al2O3 – 1,38 %; прочие – 2,82 %.
По минералогическому составу ориентировочно 60% меди находится в кубаните, 40% в халькопирите, никель находится в пентландите
Состав концентрата.
Таблица №1
| Комп. | Cu | Ni | Fe | S | Оксиды | Прочие | Общ. мас. | |||
| Si | Ca | Mg | Al | |||||||
| NiFeS2 | 8,00 | 7,60 | 8,72 | 24,33 | ||||||
| CuFeS2 | 1,60 | 1,40 | 1,61 | 4,61 | ||||||
| CuFe2S3 | 2,40 | 4,21 | 3,62 | 10,23 | ||||||
| Fe11S12 | 32,78 | 16,04 | 48,83 | |||||||
| SiO2 | 3,50 | 3,50 | ||||||||
| CaO | 2,30 | 2,30 | ||||||||
| MgO | 2,00 | 2,00 | ||||||||
| Al2O3 | 1,38 | 1,38 | ||||||||
| Прочие | 2,82 | 2,82 | ||||||||
| % | 4,00 | 8,00 | 46,00 | 30,00 | 3,50 | 2,30 | 2,00 | 1,38 | 2,82 | 100,00 |
NiFeS2
58,7 Ni – 178,5NiFeS2 X= 24,33 (кг)
8 Ni – X NiFeS2
55,8 Fe - 178,5NiFeS2 X = 7.6 (кг Fe)
X Fe – 24,33 NiFeS2
64 S - 178,5 NiFeS2 X=8,73 (кг S)
X S - 24.33 NiFeS2
Проверка: 8,73+7,6+8=24,33
CuFeS2
63.6 Cu – 183.4 CuFeS2 X= 4.61 (кгСu)
1,6 Cu – X CuFeS2
55.8 Fe – 183.4 CuFeS2 X= 1.4 (кгFe)
X Fe – 4.61 CuFeS2
64 S – 183.4 CuFeS2 X= 1.61 (кг S)
X S - 4.61 CuFeS2
Проверка: 1,6+1,4+1,61=4,61
CuFe2S3
63,6 Cu – 271.2 CuFe2S3 X= 10.23 (кг)
2.4 Cu – X CuFe2S3
111.6 Fe – 271.2 CuFe2S3 X= 4.21 (кг)
X Fe – 10.23 CuFe2S3
96 S - 271.2 CuFe2S3 X= 3.62 (кг)
X S – 10.23 CuFe2S3
Проверка: 3,62+4,21+2,4=10,23
Fe11S12
Fe= 46-7.6-1.4-4.21=32.78
S = 30-8.72-1.4-4.21=16.04
Fe11S12 = 32.78+ 16.04= 48. 83 кг
Химический состав оборотной пыли ПВП:
Cu – 2,3%; Ni – 5,2 %; Fe – 26 %; S – 18,5 %; SiO2 – 24,5 %;
CaO – 2,6 % ; MgO – 2,1 %; Al2O3 – 2,3%; прочие – 16,5 %.
Учитывая, что шихта состоит на 85% из концентрата и на 15% из оборотной пыли, то рассчитываем химический состав шихты:
m (Cu) = 4*0,85 + 2,3*0,15 = 3,75 (кг);
m (Ni) = 8*0,85 + 5,2*0,15 = 7,58 (кг);
m (Fe) = 46,0*0,85 + 26*0,15 = 43 (кг);
m (S) = 30*0,85 + 18,5*0,15 = 28,28 (кг);
m (SiO2) = 3,5*0,85 + 24,5*0,15 = 6,65 (кг);
m (CaO) = 2,3*0,85 + 2,6*0,15 = 2,35 (кг);
m (MgO) = 2*0,85 + 2,1*0,15 = 2,02 (кг);
m (Al2O3) = 1,38*0,85 + 2,3*0,15 = 1,52 (кг);
m (проч.) = 2,82*0,85 + 16,5*0,15 = 4,87 (кг);
Химический состав шихты.
Таблица №2
| Комп. | Cu | Ni | Fe | S | Оксиды | Прочие | Общ. мас. | |||
| Si | Ca | Mg | Al | |||||||
| Конц-т | 4 | 8 | 46 | 30 | 3,5 | 2,3 | 2 | 1,38 | 2,82 | 100 |
| Обор. Пыль | 2,3 | 5,2 | 26 | 18,5 | 24,5 | 2,6 | 2,1 | 2,3 | 16,5 | 100 |
| Шихта | 3,75 | 7,58 | 43,00 | 28,28 | 6,65 | 2,35 | 2,02 | 1,52 | 4,87 | 100 |
Предварительный расчёт по выходу штейна.
Извлечение в штейн из шихты :
Cu – 91%
Ni – 91 %
Всего в штейн перейдет :
Cu 3,75х0,91= 3,41
Ni 7,58х0,91= 6,9
Вес штейна на 100 кг концентрата при 50 % содержании металлов :
(3,41+6,9)х0,5= 20,61
По данным Б.П. Недведецкого, в штейнах с 50% металла содержится 2% О2 и 23,7% S
В этом случае содержание железа в штейне составит:
Fe: 100-(50+2+23,7)= 24,3%
Предварительный состав штейна.
Таблица № 3
Хим. Сост. | Масса кг. | % |
| Ni | 6,9 | 33,48 |
| Cu | 3,41 | 16,55 |
| S | 4,88 | 23,7 |
| O2 | 0,41 | 2 |
| Fe | 5,01 | 24,3 |
| Итого | 20,61 | 100 |
Перейдет в шлак железа: 43-5,01=37,99 кг
Флюсы:
Расчет ведем на получение шлака, содержащего 30% SiO2.
Примем, что Х – общая масса шлака, кг; У – масса загружаемого песчаника, кг. Составляющие песчаника переходят в шлак целиком. Тогда общая масса шлака будет, кг:
Х=У+37,99х71,85/55,85+5,88+6,65= У+61,4
37,99х71,85/55,85 – количество FeO, образовавшаяся из железа концентрата, перешедшего в шлак.
6,65 – количество SiO2 в концентрате
5,88 – количество CaO,MgO, Al2O3
Второе уравнение получаем из баланса:
0,30 Х=6,65+0,8У
Решая систему уравнений получаем:
У=23,54 (песчаник) Х = 84,94 (шлак)
Результат проверяем подсчетом количества и состава шлака:
| FeO | 48,87+23,54х0,025=49,46 | 58,23 |
| SiO2 | 6,65+23,54х0,8=25,48 | 30,00 |
| Al2O3 | 1,52+23,54*,087=3,57 | 4,19 |
| CaO | 2,35+23,54х0,013=2,66 | 3,12 |
| MgO | 2,02+23,54х0,015=2,37 | 2,79 |
| Прочие | 1,42 | 1,67 |
| Итого | 84,94 | 100 |
Для расчета состава и количества отходящих газов примем, что весь кислород, необходимый для осуществления реакций, поступает с подогретым дутьем. При этом необходимо учитывать, что на практике имеются неорганизованные подсосы холодного воздуха, количество которого может колебаться от 2% до 6%.
Влажность шихты 0,2%, следовательно в печь поступит ее
(100+23,54)х0,002=0,25 кг