Металлургия цветных металлов

жение высших сульфидов на простые сульфиды и серу по реакциям:

2FeS2->- 2FeS + S2; 4FeS + 702-^2Fe20 3 + 4S02; Cu2S ”f" 202—>- 2CuO -j- S02; 2ZnS + 302 + 2ZnO + 2S02;

S2 -j- 202-> 2S02.

Подобно высшим сульфидам диссоциирует арсено­ пирит:

FeAsS-^FeS + As.

Мышьяк легко летуч, он испаряется и окисляется в га­ зах до As20 3:

4As -j- 302 —>- 2AS20 3.

При большом избытке воздуха наблюдается дальней­ шее окисление:

As20 3 -f- 0 2 — AS20 5 .

Возможно и непосредственное окисление арсенопирита, однако оно приводит к тем же результатам:

2FeAsS + 502-^ Fe20 3 + As20 3 + 2S02.

Давление паров As20 3 достигает 98,1 кн/м2 (1 ат*) уже при 460° С, поэтому мышьяк легко удаляется из печи с обжиговыми газами. Давление же паров As2Os сравни­ тельно невелико; кроме того, этот кислотный окисел вза­ имодействует с основными окислами, с FeO или СаО, образуя арсенаты, например Fe3(As04hЧем больше из­ быток воздуха при обжиге, тем больше мышьяка связы­ вается в арсенаты и остается в огарке.

Сернистый газ частично окисляется избыточным кис­ лородом до S03, который с окислами металлов может образовать сульфаты, стойкие при высоких температурах, например сульфаты свинца и кальция.

Твердые составляющие обжигаемого концентрата вза­ имодействуют между собой: кислотные окислы Si02, А120 3, Fe20 3 реагируют с основными окислами FeO, СаО,1*

Cu20 и др., образуя соединения типа солей: силикаты, алюминаты и ферриты.

Разложению карбонатов способствует присутствие Si02 и S03, образующих более прочные соли, поэтому

СаСОз -|- S0 3—*■CaS04 -I- CQj; 2СаС03 -}- Si02 —>- Ca2Si04 2 с0 2; 2MgC03 + Si02->- Mg2Si04 + 2C02.

Реакции между твердыми веществами часто не завер­ шаются из-за нарушения контакта между ними, поэтому в обожженном концентрате мы зачастую находим значи­ тельное количество исходных веществ и конечных про­ дуктов реакций.

Температура в обжиговых печах зависит от содержа­ ния серы в концентрате, количества концентрата, загру­ жаемого в единицу времени, и количества поступающего в печь воздуха. С повышением температуры производи­ тельность печей увеличивается. Выбор температурного режима зависит от состава обжигаемого сырья, главным образом от наличия в нем легкоплавких составляющих. Спекание медных концентратов может быть вызвано об­ разованием сплавов FeS—Cu2S, минимальные температу­ ры плавления которых находятся в пределах 960—1000° С. Температура в отдельных очагах горения, например около движущегося гребка, часто значительно превы­ шает среднюю в массе шихты. Учитывая все эти факто­ ры, температуру при обжиге медных концентратов обыч­ но поддерживают не выше 850° С.

Количество подаваемого в печь воздуха ограничено необходимостью получать отходящие газы с содержани­ ем не менее 4% SO2, чтобы они были пригодны для про­ изводства серной кислоты. Кроме того, повышенный рас­ ход воздуха приводит к усиленному пылеобразованию: отходящие газы уносят из печи в виде пыли 10—-12% об­ жигаемого материала. „

Многоподовые обжиговые печи громоздки и мало про­ изводительны. Одна печь указанного выше размера об­ жигает в сутки до 250 тшихты, снижая содержание серы в ней с 24—25 до 10—12%• Обжиговые газы содержат до 7% S02. Надо заметить, что и эти сравнительно невысо­ кие технико-экономические показатели достигаются толь­ ко благодаря постоянному контролю химического состава

и крупности шихты, состава огарка, температуры газов на подах и количества подаваемого воздуха. Для посто­ янного контроля режима обжига—температуры и тяги в печи — применяются самопишущие приборы.

За последние годы в металлургии меди начали при­ менять более производительный способ обжига — в ки­ пящем слое. От описанного выше он отличается не толь­ ко высокой производительностью, но и возможностью по­ лучать отходящие газы, более богатые SO2. Если в 1 м3 объема многоподовой печи выгорает в сутки около 140 кг серы, то в печи'кипящего слоя 750 /сг, а содержа­ ние SO2 в газах достигает 14%.

Печь для обжига в кипящем слое имеет форму цилин­ дра или призмы. Свод и стены, укрепленные стальным кожухом, футерованы внутри жаростойким бетоном. По­ дом служит стальная плита, также защищенная от дей­ ствия высокой температуры слоем жаростойкого бетона.

рис. 74).

Если на под с воздушными соплами загрузить мелкую шихту, а снизу через воздушную коробку подать сжатый воздух, шихта придет в состояние, называемое псевдо­ ожижением. Частицы ее будут подниматься струйками воздуха на некоторую высоту, а затем падать. Такой слой шихты называют псевдоожиженным: он способен пере­ текать с высшего уровня на низший, подобно жид­ кости.

По внешнему виду псевдоожиженный слой похож на кипящую жидкость, поэтому его называют также кипя­ щим слоем. В кипящем слое каждая „частица окружена потоками воздуха, поэтому обжиг сульфидов протека­ ет быстро. Чтобы поддержать температуру на нужном уровне, приходится отводить тепло. Для этого -в зоне кипящего слоя устанавливают водяные холодильники.

Шихту в печь загружают непрерывно через загру­ зочную воронку, а в противоположном конце печи ога­ рок «стекает» в желоб. Степень десульфуризации зави­ сит от времени пребывания материала в печи — от ско­ рости загрузки. До 60—70% всей шихты уносится газа­ ми в виде пыли, которую улавливают и вместе с огарком направляют на плавку.

ла, возникающая при вихревом, спиральном закручива­ нии потока газа. Газ поступает в циклон со скоростью 15—20 м/сек по касательной и от-этого движется сверху вниз по спиральной траектории. Центробежная сила прижимает пылинки к стенкам циклона, они теряют ско­ рость и падают в бункер.

Циклоны делают из листовой стали: высота этих ап­ паратов 3—4 м, диаметр 0,8—2,5 м. В циклонах осажда­ ется до 90% крупной (крупнее 5 мкм) и 30—40% мелкой пыли (тоньше 3 мкм).

Поперечник наиболее мелких частиц, улавливаемых в циклоне, зависит от диаметра циклона:

®min = £ D .

Постоянная с зависит от свойств пыли и формы цик­ лона. С уменьшением диаметра эффективность циклона повышается, поэтому делают также групповые (батарей­ ные) циклоны (см. рис. 29).

Мелкие пылинки — менее 0,5 мкм в поперечнике — не улавливаются в осадительных камерах и циклонах: наиболее тонкие из них способны долго витать даже в не­

электрическое поле постоянного тока напряжением 50— 80 тыс. в. Газ между электродами ионизируется, поэтому вокруг проволок возникает свечение — «корона».

Встречаясь с ионами, частицы пыли заряжаются од­ новременно с коронирующим электродом и отталкивают­ ся от него. Притягиваясь к осадительному электроду, они теряют свой заряд и оседают на электроде. Периодиче­ скими ударами механических молотков пыль сбрасыва­ ется в бункер.

Обычные электрофильтры могут работать при темпе­ ратурах до 450° С и скоростях газа до 1 м/сек с коэффи­ циентом полезного действия до 98—99% (полнота улав­ ливания пыли). Схема пластинчатого электрофильтра показана на рис. 30.

Для очистки газов многоподовых обжиговых печей применяют электрофильтры, а для газов печей кипящего слоя — циклоны и электрофильтры. Пыль из газоходов и электрофильтров идет на плавку вместе с огарком.

§ 15. Выплавка штейна из концентратов

Плавка в отражательных печах

У с т р о й с т в о о т р а ж а т е л ь н о й печи

Отражательная печь для плавки медных концентра­ тов, показанная на рис. 31, имеет длину 35—40 м, шири­ ну 7—10 м и высоту 3,5—4,5 м. В зависимости от преоб­ ладания в шихте кислотных или основных окислов для сооружения печей применяют кислые или основные огне­ упорные материалы. Основные огнеупоры более стойки при основных шлаках, кислые — при кислых. Правиль­ ный подбор огнеупорных материалов для определенной шихты удлиняет срок службы кладки.

Стены и свод печи делают из динасового или магне­ зитового кирпича. Динасовые своды делают арочными: кирпичная кладка в виде арки опирается на балки, ле­ жащие вдоль стен. Такие своды хороши при плавке шихт с высоким содержанием ЭЮг. Для плавки железистых шихт лучше подвесной (рис. 31) или распорно-подвес­ ной (рис. 32) свод из магнезита или хромомагнезита.

Для образования плотной лещади под печи покрыва­ ют слоем кварцевого песка, который при прогреве до 1500—1600°С уплотняется благодаря переходу кварца

Рис. 31. Отражательная печь для плавки медных концен­ тратов:4*21

1 — загрузочные отверстия:

2 — шлаковое окно; 3 — летки

7 — подвесной свод; 8 — бо­ ров; 9' — температурные швы