Плавка обожжённых медных концентратов на штейн в отражательной печи

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒

3.1.1 Расчёт вещественного состава медного концентрата

Состав медного концентрата, %: Сu-21,8%; Fe-26,1; S-33,4, CaO-2,1; MgO-1,5; SiO₂-13,8; Al₂O₃-1,0; прочие-0,3.

Принимаем, что в концентрате Fe, Cu и S представлены минералами CuFeS₂, CuS, FeS₂.

Расчёт ведём на 100 кг медного концентрата.

Обозначим число кМоль минералов, содержащихся в 100 кг медного концентрата через буквы: x - CuFeS₂, y - CuS и z - FeS₂.

Тогда масса меди, содержащаяся в CuFeS₂ и CuS, составит, кг:

63,54x + 63,54y = 20

Масса железа, содержащаяся в CuFeS₂ и FeS₂, составит, кг:

55,85x + 55,85z =26,1

Масса серы, содержащаяся в CuFeS₂, CuS и FeS₂, составит, кг:

64,12x + 32,06y + 64,12z = 33,4

Таким образом, имеем систему из трёх уравнений:

                                        63,54x + 63,54y = 20                            (3.1)

                                          55,85x + 55,85z =26,1                         (3.2)

                                    64,12x + 32,06y + 64,12z = 33,4               (3.3)

Решаем уравнения (4.2) и (4.3) относительно z

                                55,85x + 55,85z =26,1                 × 64,12         

                               64,12x + 32,06y + 64,12z = 33,4  × 55,85            

                          64,12∙55,85x + 64,12∙55,85z =64,12∙26,1                   

          55,85∙64,12x + 55,85∙32,06y + 55,85∙64,12z = 55,85∙33,4           

После вычитания получим

                                 1790,55 y = 1865,39 – 1673,53 = 191,86

Откуда получим

                                                    y = 0,107

Подставляя значение y в уравнение (1) получим

х = 0,236 

Подставляя значение x в уравнение (2), получим

z = 0,231

Таким образом, в 100 кг медного концентрата содержится минералов: CuFeS₂ - 0,236 кМоль, CuS - 0,107 кМоль и FeS₂ – 0,231 кМоль.

Тогда в каждом минерале содержится компонентов:

CuFeS₂: Cu - 14,99 кг, Fe – 13,18 кг, S- 15,13 кг.

СuS: Cu – 6,80 кг, S – 3,43кг     

FeS₂: Fe – 12,90 кг,  S - 14,81 кг     

Полученные данные сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Вещественный состав сульфидного медного концентрата

3.1.2 Окислительный обжиг сульфидных медных концентратов в кипящем слое

3.1.2.1 Расчёт состава огарка без учёта влаги и флюсов

 Состав концентрата берём из предыдущего расчёта, %: Cu -21,8, Fe-26,1 S-33,4, CaO-2,1, MgO-1,5, SiO₂-13,8, Al₂O₃-1,0, прочие-0,3.

   Десульфуризация в процессе обжига концентрата в кипящем слое составляет 50-70%. Принимаем величину десульфуризации равной 60%.

 Принимаем, что в огарке остаётся 50% прочих.

    Принимаем, что все оксиды пустой породы переходят в огарок.

Расчёт производим на 100 кг концентрата.

Общее количество серы в 100 кг концентрата составляет 33,4 кг. Количество серы, которое удаляется из концентрата в процессе в результате десульфуризации, составит:

33,4∙0,6 = 20,04 кг

В процессе обжига вся сера удаляется в виде SO₂.

Количество SO₂ в отходящих газах составит:

 = 40,04 кг

Тогда количество серы, которое остаётся в огарке, составит:

                                          33,4 - 20,04 = 13,36 кг

Принимаем, что вся медь в огарке содержится в виде Cu₂S. Тогда количество серы, связанное с Cu₂S, составит:

 = 5,50 кг

Остальная сера в огарке будет связана в виде FeS. Количество этой серы составит:

13,36 – 5,50 = 7,86 кг

Количество железа, которое будет связано с серой в виде FeS, составит:

 = 13,69 кг

Остальное количество железа будет находиться в огарке в виде оксидов.  

Количество железа, которое находится в огарке в виде оксидов, составит

26,1 – 13,69 = 12,41 кг

Считаем, что окисление сульфида железа в процессе обжига протекает по реакции

2FeS + 3,5O₂ = Fe₂O₃ + 2SO₂

Тогда количество кислорода, необходимое на образование Fe₂О₃, составит:

 = 5,33 кг

Количество прочих, которое переходит в огарок, составит:

0,3∙0,5 = 0,15 кг

Тогда в огарке будет содержаться, кг: Cu-21,8, Fe- 26,1, S-13,36, O₂ -5,33, CaO-2,1, MgO-1,5, SiO₂-13,8, Al₂O₃-1,0, прочие-0,15.

Общая масса огарка составит:

21,8 + 26,1 + 13,36 +4,86 + 2,1 + 1,5 + 13,8 + 1,0 + 0,15 = 85,14кг

Таким образом, выход огарка составит 85,14% от массы концентрата.

Рассчитаем состав огарка, %:

Cu -  = 25,60; Fe -  = 30,65; S -   = 15,69;

O₂ -   = 6,30; CaO -  = 2,46; MgO-  - 1,76;

SiO₂ -   = 16,20; Al₂O₃ -  =1,17; прочие -  =0,18.

Результаты расчёта сведём в таблицу 2

Таблица 2 – Состав огарка 

3.1.3 Расчёт рационального состава огарка

Расчёт ведём на 100 кг обожжённого медного концентрата. Состав

огарка,%: Cu- 20,39; Fe-24,81; S-12,50; CaO-4,32; MgO-1,0; SiO₂- 29,74; Al₂O₃-1,31; O₂-5,15; прочие-0,78.

Принимаем, что вся медь в огарке находится в виде Cu₂S. Тогда количество Cu₂S составит:

 = 25,53 кг

Количество серы, содержащееся в Cu₂S, составит

 = 5,14 кг

 Оставшаяся сера в количестве

12,50 – 5,14 = 7,36 кг

будет связана с железом в виде FeS.

Тогда количество железа, связанное с серой, составит

 = 12,82 кг

Количество FeS в огарке составит:

 = 20,18 кг

Считаем, что всё оставшееся железо

                        24,81 – 12,82 = 11,99 кг

находится в огарке в виде Fe₂O₃.

Тогда количество Fe₂O₃ в огарке составит:

 = 17,14 кг 

Количество кислорода, связанное с Fe₂O₃, составит:

 = 5,15 кг

Полученные расчётные данные сведём в таблицу.

Таблица 3- Рациональный состав огарка, кг

   3.1.3 Расчёт количества огарка, переходящего в пыль

Вынос пыли при отражательной плавке обожжённых медных концентратов составляет 3-6%. Принимаем пылевынос, равным 5%от загружаемой шихты.

 Тогда в пыль перейдёт

Cu₂S– 25,53∙0,5 = 1,28 кг или Cu-  = 1,02 кг, S -  =0,26 кг;

FeS- 20,18∙0,05 = 1,01 кг или Fe - = 0,64 кг, S - 0,37 кг;

Fe₂O₃– 17,14∙0,05 = 0,86 кг или Fe - =0,6 кг, О- = 0,26 кг;

СаО – 4,32∙0,05 = 0,21 кг, MgO 1,0∙0,05 = 0,05 кг, SiO₂ -29,74∙0,05 = 1,49 кг,

Al₂O₃- 1,31∙0,05 = 0,06 кг; прочие – 0,78∙0,05 = 0,04 кг.

Количество огарка, переходящее в пыль, приведёно в таблице 4   

Таблица 4- Количество и состав пыли из огарка

Рациональный состав огарка с учётом выноса пыли представлен в таблице 5

Таблица 5- Рациональный состав огарка с учётом пыли, кг

3.1.4 Расчёт количества и состава штейна без добавки конвертерного шлака

Степень десульфуризации в процессе отражательной плавки обожжённых медных концентратов составляет 15-20%. Принимаем степень десульфуризации для нашего случая, равную 17%. По данным практики извлечение меди в штейн при плавке огарков составляет 93-96%. Принимаем извлечение меди в штейн, равное 95%. Примем содержание прочих в штейне, равное 1,0 %.

Количество серы, удаляемое из огарка в процессе плавки, составит:

11,87∙0,17 = 2,02 кг

Тогда количество серы в штейне составит

                                              11,87 – 2,02 = 9,85 кг.

Согласно правилу Мостовича среднее содержание серы в штейне составляет 25%. Тогда количество штейна при плавке 100 кг огарка составит:

= 39,4 кг

Количество меди, извлекаемое в штейн составит:

 = 18,4 кг

Тогда среднее содержание меди в штейне составит:

 = 46,70 %

Остальная медь в количестве

19,37 -18,4 = 0,97 кг

перейдёт в шлак.

В штейне растворяется определённое количество магнетита, который вносит в штейн кислород. Содержание растворённого в штейне кислорода зависит от содержания в нём меди (таблица 6)

Таблица 6- Содержание кислорода в штейне, %.

Как видно из таблицы штейн, содержащий 46,70 %Сu содержит 2,29 % кислорода, что составляет

 = 0,9 кг.

Количество прочих в штейне составит:

 = 0,39 кг

По разности найдём количество железа в штейне                            

39,4 – 9,85 – 18,4 – 0,9 – 0,39 = 9,86 кг.

Полученные расчётные данные сведём в таблицу.

Таблица 7 – Состав медного штейна

3.1.5 Расчёт количества штейна, количества и состава шлака при переработке в печи огарка с добавкой конверторного шлака   

Конвертерный шлак, образующийся в конвертере при конвертировании медного штейна, содержит значительное количество меди и возвращается на плавку в отражательную печь.

Конвертерные шлаки, получающиеся в процессе конвертирования медных штейнов характеризуются следующими составами.

Таблица 8 – Примерный состав конвертерных шлаков

В расчёте принять, что 50% железа, содержащегося в конверторном шлаке, содержится в виде FeO, a 50% в виде Fe₃O₄. Принимаем следующий состав конвертерного шлака.

Принимаем следующий состав конвертерного шлака:

  Таблица 9 - Состав конвертерного шлака

Принимаем, что 52% железа, содержащегося в конверторном шлаке, содержится в виде FeO, a 48% в виде Fe₃O₄.

При конвертировании медных штейнов всё железо, находящееся в штейне, переходит в конвертерный шлак. Тогда при переработке 100 огарка образуется конвертерного шлака:

 = 21,19кг

Тогда количество магнетита в конвертерном шлаке составит

 = 6,54 кг

Содержание компонентов в загружаемом в печь конвертерном шлаке составит:

 Сu- 21,19∙0,02=0,42 кг; Fe -21,19∙0,4654 = 9,86 кг;

 О₂ – 21,19∙0,1546 =3,28 кг; S- 21,19∙0,021= 0,45 кг;

 SiO₂ – 21,19∙0,22 = 4,66 кг; СаО – 21,19∙0,007 = 0,15 кг

Al₂O₃ – 21,19∙0,045 = 0,95 кг; MgO – 0,03∙21,19= 0,64 кг

 Прочие- 21,19∙0,037 = 0,78 кг

Этот конвертерный шлак направляется в отражательную печь. В конвертерном шлаке содержится

Принимаем, что 85 % Сu, содержащейся в конвертерном шлаке, переходит в штейн, что составит

 = 0,36 кг

Остальная медь конвертерного шлака в количестве

 = 0,06 кг

перейдёт в шлак отражательной плавки.  

Итого в шлак перейдёт меди

1,02 + 0,06 =1,08 кг

Медь в шлаке находится в виде Сu₂S. Тогда в шлаке будет находиться серы:

 = 0,27 кг

За счёт перехода меди конвертерного шлака в штейновую фазу образуется дополнительное количество штейна:

 = 0,77 кг

Тогда общее количество штейна после плавки огарка составит

39,4 + 0,77 = 40,17кг

Окончательное количество и состав штейна приведён в таблице 10

Таблица 10 – Состав медного штейна

Количество магнетита, которое содержится в 40,17 кг штейна. составит

= 3,33 кг кг

Процесс десульфуризаци в отражательной плавке осуществляется как за счёт взаимодействия сульфида железа с оксидами железа Fe₂O₃ и Fe₃O₄ так и за счёт окисления сульфида железа кислородом воздуха.

В огарке содержится 16,28 кг Fe₂O₃. Он взаимодействует с сульфидом железа по реакции:

                3Fe₂O₃ + FeS = 7FeO + SO₂                               (1)

Количество серы, окисляющейся оксидом железа Fe₂O₃, составит

 = 1,09 кг

На окисление серы расходуется кислорода огарка

 = 1,09 кг

В загружаемом в печь конверторном шлаке содержится 6,54 кг магнетита. Из этого количества 3,33 кг переходит в штейн, Тогда количество магнетита, которое взаимодействует с сульфидом железа по реакции

3Fe₃O₄ + FeS + 5SiO₂ = 5(2FeO∙SiO₂) + SO₂         (2)

составит:

6,54 – 3, 33 = 3,21 кг

Количество серы, окисляющейся магнетитом, составит

 = 0,15 кг

 На окисление серы расходуется кислорода конвертерного шлака

 = 0,15 кг

Всего в процессе плавки удаляется 2,02 кг серы, из них 

1,09 + 0,15 = 1,24 кг

удаляются за счёт протекания вышеописанных реакций. Остальная сера в количестве

2,02– 1,24 = 0,78 кг

окисляется по реакции

     FeS + 1,5O₂ + FeO + SO₂                             (3)

На окисление этой серы потребуется кислорода воздуха

= 0,78 кг или  = 0,55 м³

Расход воздуха, на окисление серы, составит:

 = 3,39 кг

В воздухе содержится азота

3,39∙0,77 =2,61 кг или  = 2,09 м³

Вся сера в процессе плавки окисляется до SO₂. Количество SO₂, образовавшееся по выше приведённым реакциям, составит:

 = 4,04 кг или  = 1,41 м³

На окисление всей серы потребуется кислорода

 = 2,02 кг

Из этого количества кислород воздуха составит 0,78 кг, кислород огарка 1,09, кислород конверторного шлака 0,15 кг   

Тогда в шлаке отражательной плавки будет содержаться кислорода

5,15 + 3,28 -1,09 -0,15 - 0,92 – 0,26 = 6,01 кг 

Таблица 11 - Материальный баланс отражательной плавки с добавлением конверторного шлака

121,97

Получено

40,17

72,77

5,0

4,04

121,98

Флюс.

Компонент

Содержание, % масс.

Загружено

Получено