Взвешенная плавка сульфидных медных концентратов на штейн на дутье, обогащённом кислородом

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 7

3.7.1 Расчёт рационального состава концентрата

Состав медного концентрата, %: Сu -22,0; Fe – 26,0; S-34,0, CaO-2,0; MgO-2,0; SiO₂-11,0; Al₂O₃-2,0; прочие- 1,0.

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

Расчёт ведём на 100 кг медного концентрата.        

Обозначим число кг 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 = 22,0

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

55,85x + 55,85z =26,0

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

64,12x + 32,06y + 64,12z = 34,0

Таким образом, имеем систему из трёх уравнений:

                                         63,54x + 63,54y = 22                           (1)

                                          55,85x + 55,85z =26,0                         (2)

                                    64,12x + 32,06y + 64,12z = 34,0               (3)

Решаем уравнения (2) и (3) относительно z

                                55,85x + 55,85z =26,0                 × 64,12   (2)  

                               64,12x + 32,06y + 64,12z = 34,0  × 55,85    (3)     

                          64,12∙55,85x + 64,12∙55,85z =64,12∙26               (2)

          55,85∙64,12x + 55,85∙32,06y + 55,85∙64,12z = 55,85∙34,0    (3)   

Вычитая из уравнения (3) уравнение (2), получим

1790,55 y = 1787,2 -1667,12 = 231,78

Откуда получим

y = 0,129

Подставляя значение y в уравнение (1) получим

х = 0,217 

Подставляя значение x в уравнение (2), получим

z = 0,249

Таким образом, в 100 кг медного концентрата содержится минералов:

CuFeS₂ - 0,217 кМоль, CuS - 0,129 кМоль и FeS₂ – 0,249 кМоль.

Тогда в каждом минерале содержится компонентов:

CuFeS₂: Cu – 13,79 кг, Fe – 12,12 кг, S- 13,91 кг, CuFeS₂ - 39,82 кг

СuS: Cu – 8,19 кг, S – 4,13кг, CuS -12, 32 кг.

FeS₂: Fe – 13,91 кг,  S - 15,96 кг, FeS₂ -29,87 кг

Полученные данные сводим в таблицу 87.

Таблица 87- Рациональный состав сульфидного медного концентрата

3.7.2 Расчёт пыли

Принимаем вынос пыли из печи 10%. Расчёт ведём на 100 кг концентрата

Количество СuFeS₂ уносимое отходящими газами составит:

39,81∙0,1 = 3,98 кг.

В нём содержится:

Cu – 13,8∙0,1 = 1,38 кг,

Fe – 12,1∙0,1 = 1,21 кг,

 S – 13,91∙0,1 = 1,39 кг

Количество СuS уносимое отходящими газами составит

12,33∙0,1 =1,23 кг.

В нём содержится

Cu – 8,2∙0,1 = 0,82 кг,

S – 4,13∙0,1 = 0,41 кг.

Количество  FeS₂ уносимое отходящими газами составит

29,86∙0.1 = 2,99 кг.

В нём содержится

Fe – 13,9∙0,1 = 1,39 кг,

S – 15,96∙0,1 = 1,60 кг.

Другие компоненты концентрата перейдут в пыль в количестве

СаО - 2∙0,1 = 0,2 кг, MgО - 2∙0,1 = 0,2 кг, SiO₂ – 11,0∙0,1 = 1,1 кг, Al₂O₃ - 2∙0,1 = 0,2 кг.

прочие – 1,0∙0,1 = 0,1 кг.

Таблица 88- Количество и состав пыли, образующейся из концентрата

Рациональный состав концентрата за вычетом пыли представлен в таблице 89.

Таблица 89- Рациональный состав сульфидного медного концентрата с учётом пыли

3.7.3 Расчёт рационального состава штейна

В процессе плавки высшие сульфиды разлагаются по уравнениям

                                    2CuFeS₂ = Cu₂S + 2FeS + 0,5S₂

При этом образуется

Сu₂S -  = 15,54 кг.

FeS -  = 17,16 кг

S -  = 3,13 кг

                                                  2CuS = Cu₂S + 0,5S₂

При этом образуется

Cu₂S -  = 9,24 кг

S - = 1,86 кг.

                                                              FeS₂ = FeS + 0,5S₂

 При этом образуется

FeS -  = 19,68 кг

S -  = 7,18 кг.

Всего образуется в результате диссоциации высших сульфидов

Cu₂S – 24,78 кг, FeS -36,84 кг, S – 12,17 кг

Принимаем, что содержание меди в штейне составляет 60,0%, а извлечение меди в штейн 94,5%.

Тогда в штейн перейдёт меди

19,8 ∙0,954 = 18,89 кг

Масса штейна составит

                                                            = 31,48 кг.

Содержание меди в штейне по правилу Мостовича составляет 25%. Тогда масса серы в штейне составит

31,48∙0,25 = 7,87 кг

Медь в штейне находится в виде Cu₂S. Количество серы в штейне связанной с медью составит

= 4,77 кг.

Количество Сu₂S в штейне составит

18,89 + 4,77 = 23,66 кг  

В медном штейне всегда растворён кислород, который cвязан с железом находится в виде Fe₃O₄. количество кислорода в штейне, содержащем 60% меди составляет 1,24%. Масса кислорода в штейне составляет

0,0124∙31,48 = 0,39 кг.

Количество железа, связанное с кислородом в штейне, составит

 = 1,02 кг

Масса магнетита в штейне составит

1,02 + 0,39 = 1,41 кг.

Принимаем содержание прочих в штейне 1%, что составляет 0,31 кг.

Остальная масса штейна будет представлена FeS, количество которого составит

31,48 – 23,66 – 1,41 – 0,31= 6,1 кг

Количество железа связанное с FeS, составит

= 3,88 кг.

Количество серы в штейне, связанной в с FeS, составит

 = 2,22 кг

Рациональный состав штейна приведён в таблице 90.

Таблица 90 – Рациональный состав штейна

3.7.4 Расчёт состава и выхода шлака без добавки флюсов

Количество меди, которое переходит в шлак, составит

19,8 -18,89 = 0,91 кг

В шлаке медь находится в виде Cu₂S. Количество серы в шлак, связанной с Cu₂S, составит

 = 0,23

Количество Cu₂S в шлаке составит

0,91 + 0,23 = 1,14 кг

Количество серы, переходящее в газовую фазу составит

S_газ. = S_кон.- S_пыль -S_шл..-S_шт.= 34,0 – 3,4 – 0,23 -6,99 = 23,38 кг.

Количество FeS, окисляющееся до оксидов

36,84 -6,1 = 30,74 кг        

 В нём содержится железа

  = 19,53 кг

 и серы

 = 11,21 кг   

Переходит серы в газовую фазу

12,17 + 11,21 =23,38 

Окисление FeS в факеле протекает по уравнению

                                                 FeS + 1,5O₂ = FeО + 3SO₂

В результате образуется FeО

 = 25,12 кг  

Часть FeО окисляется до магнетита по уравнению

                                                  6FeО + О₂ = 2Fe₃О₄

Принимаем, что 30 % FeО окисляется до магнетита., что составит

25,12∙0,3 = 7,54 кг FeО

Количество образовавшегося магнетита составит

= 8,1 кг кг  

Из этого количества магнетита 1,41 кг переходит в штейн. Оставшаяся часть магнетита

8,1 -1,41 = 6,69 кг

 переходит в шлак.

 В нём содержится кислорода

 = 1,85 кг.

и железа

 = 4,84 кг

В шлак также прейдёт FeO в количестве

25,12 – 7,54 = 17,58 кг

В нём содержится кислорода

 = 3,91 кг

и железа

 = 13,67 кг

Состав и количество шлака плавки без добавки флюса приведены в таблице 91.

Таблица 92 – Состав и количество шлака без добавки флюсов

3.7.5 Расчёт количества и состава шлака с добавкой флюсов

Рекомендуемое содержание SiO₂ в шлаке плавки во взвешенном состоянии составляет порядка 30%..

В качестве флюса используется кварцевая руда состава, %: SiO₂- 78,4; FeO- 4,9; MgO 6,0, Al₂O₃  - 6,0 прочие – 4,7

3,8∙16/55,85 =1,09 

Обозначим через Х массу добавляемой кварцевой руды.

Составляем баланс по кремнезёму, считая, что вся кремневая руда переходит в шлак

0,784X + 9,9 = 0,3(41,3 + X)

0,784X -0,3X = 12,39 – 9,9

0,484X = 2,49

X = 5,14 кг

Масса шлака составит

41,3 + 5,14 = 46,44 кг

C кремневой рудой в шлак поступает SiO₂

5,14∙0,784 = 4,03 кг

C кремневой рудой в шлак поступает FeO

5,14∙0,049 = 0,25 кг

В нём содержится железа

 = 0,19 кг

и кислорода

 = 0,06 кг.

C кремниевой рудой в шлак поступает также:

MgO - 5,14∙0,06 = 0,31 кг, Al₂O₃  - 5,14∙0,06 = 0,31 кг, прочие – 5,14∙0,047 = 0,24 кг

Таким образом, в шлаке будет содержаться оксидов:

SiO₂ - 9,9 + 4,03 = 13,93 кг, Fe₃O₄ – 6,69 кг, FeO – 17,58 + 0,25 = 17,83 кг, 

(Fe -13,86 кг, О – 3,97 кг)   

CaO – 1,8 кг, MgO – 1,8 + 0,31 = 2,11 кг, Al₂O₃ – 1,8 + 0,31 = 2,11 кг, 

прочие – 0,59 + 0,24 = 0,83 кг.  

Состав и количество шлака с учётом добавки флюса представлен в таблице 93.

Таблица 93 – Состав и количество шлака с учётом добавки флюсов

3.7.6 Расчёт количества и состава пыли

Считаем, что в пыль переходит 10% кварцевой руды. Тогда в шихту необходимо ввести кварцевого флюса

 = 5,71 кг

В пыль переходит

5,71 – 5,14 = 0,57

кварцевой руды. В ней содержится

SiO₂ -0,57∙0,784 = 0,45 кг, FeO - 0,57∙0,049 = 0,03 кг (Fe – 0,02 кг, О – 0,01 кг).

MgO – 0,57∙0,06 =0,03 кг, Al₂O₃  – 0,57∙0,06 = 0,03 кг, прочие –0,57∙0,047= 0,03 кг.    

Тогда в пыли содержится

SiO₂ – 1,1 + 0,45 = 1,55 кг; FeO 0,03 кг (Fe – 0,02 кг, О – 0,01 кг);

MgO – 0,2 + 0,03 = 0,23 кг; Al₂O₃  – 0,2 + 0,043 = 0,23 кг; прочие – 0,1 + 0,03 = 0,13 кг

Окончательный состав пыли приведён в таблице 94.

Таблица 94- Количество и состав пыли

3.7.7 Расчёт количества и состава газовой фазы

Считаем, что сера в газовой фазе находится в виде SO₂. Количество серы, перешедшее в газовую фазу, составит

34,0 - 3,4 – 0,23 - 6,99 = 23, 38 кг

Тогда степень десульфуризации плавки составит

 = 76,4 %.

Количество кислорода, затрачиваемое на образование SO₂, составит

 = 23,34 кг

Количество SO₂ в газовой фазе составит

23,38 + 23,34 = 46,72 кг или = 16,34 м³.

Количество кислорода, затрачиваемое на образование FeO за счёт окисления FeS, составит

 = 5,59 кг

Количество кислорода, затрачиваемое на окисление FeO до Fe₃O₄, составит

 = 0,28 кг.

Всего затрачивается кислорода

23,34 + 5,59 + 0,28 = 29,21 кг или = 20,45 м³

В процессе плавки используется дутьё, обогащённое кислородом до 40%.

Тогда объём дутья на 100 кг концентрата составит

 = 51,13 м³          

Объём азота в дутье составит

51,13 – 20,45 = 30,68 м³  

Для дутья используется воздух и технический кислород, содержащий 95% O₂ и 5% N₂.Составим балансовые уравнения

                                      V_т.к.  + V_воз. = 58,43

                                     0,95∙V_т.к.  + 0,21∙V_воз = 20,45

Решая уравнения, получим

V_т.к. = 13,13 м³ и   V_воз = 38,0 м³

В воздушном дутье содержится азота

38,0∙0,79 = 30,02 м³ N₂ или  = 37,53 кг 

и кислорода

38,0∙0,21 = 7,98 нм³ О₂ или  = 11,4 кг 

В техническом кислороде содержится

13,13∙0,05 = 0,66 нм³ N₂ или  = 0,83 кг

и кислорода

13,13∙0,95 = 12,47 нм³ О₂ или = 17,81 кг

      Для плавки во взвешенном состоянии шихта подсушивается до содержания в ней

Количество и состав отходящих газов представлен в таблице 95.

Таблица 95 – Количество и состав отходящих газов

3.7.8 Материальный баланс плавки во взвешенном состоянии

На основании выполненных расчётов составляем материальный баланс плавки медных концентратов во взвешенном состоянии. Материальный баланс представлен в таблице 96.

Таблица 96 – Материальный баланс плавки

Невязка составляет

 = 0,17%.

3.7.9 Расчёт теплового баланса плавки

3.7.9.1 Исходные данные для расчёта

Принимаем величины теплоёмкостей для  

С_шт. = 0,941 кДж/(кг∙град.)

С_шл.. = 1,42 кДж/(кг∙град.)

С_ших. = 0,84 кДж/(кг∙град.)

С_пыль. = 0,84 кДж/(кг∙град.)  

С_О2 = 1355 кДж/(нм³∙град.) (200^оС)

С_SO2 = 2,298 кДж/(нм³∙град.) (1300^оС)

С_N2 = 1,299 кДж/(нм³∙град.) (200^о); С_N2 = 1,423 кДж/(нм³∙град.) (1300^оС)

С_H2O(газ) = 1,803 кДж/(нм³∙град.) (1300^оС)

С_H2O(ж) = 4,186 кДж/(кг∙град.)

С_воз. = 1,443 кДж/(нм³∙град.) (200 ^оС)

Теплота испарения воды-2300 кДж/кг.

Температура поступающих в печь материалов 25^оС.

Температура выпускаемого штейна 1180^оС.

Температура выпускаемого шлака 1250 ^оС.

Температура отходящих газов 1300^оС

В печь подаётся дутьё, нагретое до 200 ^оС.

3.7.9.2 Статьи прихода тепла

3.7.9.2.1 Тепло экзотермических реакций

                           FeS + 1,5O₂ = FeO + SO₂  ∆H  = - 461,33 кДж

За счёт окисления 30,74 кг FeS выделится тепла

 = 161316 кДж

                                      3FeO + O₂ = Fe₃O₄  ∆H  = - 322,48 кДж

  За счёт окисления 7,54 кг FeO выделится тепла

 = 11280 кДж

                             S₂ + 2O₂ = 2SO₂            ∆H  = - 593,8 кДж

За счёт окисления 12,17 кг S₂ выделится тепла

 = 117797 кДж

                       2FeO + SiO₂ = 2FeO∙SiO₂   ∆H = - 34,3 кДж

За счёт реакции ошлакования 17,83 кг FeO выделится тепла

 = 4256 кДж.

                         СаО + SiO₂ = СаО∙ SiO₂ ∆H  = - 37,54 кДж

За счёт реакции ошлакования СаО выделится тепла

 = 1339 кДж.

За счёт протекания экзотермических реакций выделится тепла

161316 + 11280 + 117797 + 4256 + 1339 = 295 988 кДж.

3.7.9.2.2 Тепло, поступаемое в печь с загружаемыми материалами

Тепло, поступаемое в печь с загружаемыми материалами, рассчитаем по уравнению

                                       Q = C _i∙g_i∙t_i                                          (26)

  где C_i - теплоёмкость 9-того компонента, кДж/(кг∙град.);

        g_i - масса компонента, кг;

        t_i - температура, ^оС

Тепло, поступаемое в печь с шихтой, составит

105,82∙25∙0,84 = 2222 кДж    

Тепло, поступаемое в печь с кислородом, составит

20,45 ∙ 200∙1,355 = 5542 кДж.

  Тепло, поступаемое в печь с азотом, составит

38,36 ∙ 200∙1,299 = 9960 кДж.

Тепло, поступаемое в печь с загружаемыми материалами, составит

2222 + 5542 + 9960 = 17724 кДж

3.7.10 Расход тепла

3.7.10.1 Тепло, расходуемое на разложение высших сульфидов за счёт

                     2CuFeS₂=Cu₂S+2FeS+0,5S₂ ∆H = 100,4 кДж

За счёт реакции диссоциации 35,83 кг CuFeS₂ поглощается тепла

 = 9801 кДж

                               2CuS = Cu₂S + 0,5S₂ ∆H  = 53,56 кДж

За счёт диссоциации 11,1 кг CuS поглощается тепла

 = 3,109 кДж

                                   FeS₂ = FeS + 0,5S₂ ∆H  = 71,18 кДж

За счёт диссоциации 26,8 кг FeS₂

 = 16115 кДж.

Тепло, затрачиваемое на нагрев и испарения влаги, составит

4,186∙75∙0,1 + 0,11∙2300 = 288 кДж

За счёт протекания эндотермических реакций поглощается тепла

9801 + 3109 + 16115 + 288 = 29313 кДж

3.7.10.2 Тепло, теряемое выгружаемыми из печи продуктами плавки

Тепло, теряемое со штейном штейна

31,48∙0,941∙1180 = 34955 кДж

Тепло шлака, теряемое со шлаком, составит

46,44∙1,42∙1250 = 82431 кДж.

Тепло, теряемое с пылью, составит

10,57∙0,84∙1300 = 11542 кДж    

Тепло, теряемое с отходящими газами, составит

(16,3∙2,298 + 30,68∙1,423 + 0,14∙1,803)∙1300 = 105781 кДж.

 Потери тепла с продуктами плавки составят

34955 + 82431 + 11542 + 105781 = 234709 кДж

Общие потери тепла составят

29313 + 234709 = 264022 кДж.

Принимаем, что потери тепла в окружающую среду составят 5% от общих потерь

 = 13896 кДж

Тепловой баланс плавки представлен в таблице 97

Таблица 97 - Тепловой баланс процесса плавки

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману