Материал: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление)

цинксодержащих материалов. Этот способ применяется также для комплексной переработки шлаков цветной металлургии с целью доизвлечения из них ценных элементов с использованием силикатной части для строительных и других целей [57].

Рассмотренные варианты электротермического процесса широко распространены в никелевой промышленности и при комплексной переработке богатых медью малосернистых концентратов Централь­ ного Казахстана. Однако вопрос применения электротермии для пе­ реработки бедных по меди высокосернистых концентратов остается пока дискуссионным. Существенным препятствием при этом являет­ ся невозможность осуществления в плавильном пространстве окисли­ тельных процессов, вследствие чего не удается даже в малой степени использовать теплотворную способность сульфидного сырья и регу­ лировать состав штейна. Высокая стоимость электроэнергии в неко­ торых районах страны и необходимость предварительного обжига или специальной подготовки шихтовых материалов также сдержи­ вает развитие этого способа.

Применение электротермии в производстве свинца [67] требует всестороннего и детального изучения процесса с целью улучшения его основных технологических показателей и устранения некоторых существенных недостатков, особенно при извлечении свинца и сопут­ ствующих ему элементов и повышении удельной производительно­ сти плавильных электропечей. Следует заметить, что основные тех­ нико-экономические показатели восстановительной электроплавки свинцового сырья пока еще ниже, чем показатели обычной шахтной плавки свинцового агломерата.

ШАХТНАЯ ПЛАВКА

Несмотря на широкое распространение флотационного обогаще­ ния руд и существенное изменение способа плавки минерального сырья, метод шахтной плавки в металлургии цветных металлов, по существу, остается одним из основных пирометаллургических про­ цессов, применяющихся в производстве никеля, свинца, меди и не­ которых других цветных металлов [68—70].

Взависимости от состава исходных материалов, характера их превращений и взаимодействий в процессе существуют две основные разновидности шахтной плавки: восстановительная плавка окислен­ ной или обожженной сульфидной руды и окислительная плавка суль­ фидной руды за счет тепла, выделяющегося при окислении суль­ фидов.

Всовременной металлургии цветных металлов восстановитель­ ная шахтная плавка нашла наибольшее применение для выплавки

13

свинца из агломератов, переработки окисленных никелевых руд и в меньшей степени — для переработки окисленных медных, оловянных руд и различных шлаков. Прямая переработка кусковых руд в шахт­ ных печах с помощью пиритной и полупиритной плавки сохранилась лишь на некоторых предприятиях, где имеются кусковые руды и шахтные печи.

Большое промышленное значение имеет шахтная плавка в ме­ таллургии никеля. Например, в металлургии окисленных никелевых руд в нашей стране это пока единственный промышленный метод пе­ реработки руд. Шахтная плавка может применяться также при пе­ реработке весьма бедного сырья.

Шахтная плавка как металлургический процесс имеет исключи­ тельно важное значение в металлургии свинца. Анализ производства свинца в СССР и за рубежом показывает, что более 94% свинца в капиталистических странах извлекается шахтной восстановительной плавкой агломерата, а в отечественном свинцовом производстве на этот способ приходится около 97% выпуска первичного свинца.

Восстановительная плавка свинцово-цинкового агломерата по способу «Империэл-Смелтинг» [58] получила некоторое развитие в ряде капиталистических стран (Англия, Франция, ФРГ, Италия, Ка­ нада, Австралия, Япония, Замбия) и в меньшей степени — в социа­ листических (Польша, Румыния, Югославия) странах; в настоящее время по этой схеме строятся заводы в США, Мексике и др.

Наиболее эффективным и широко применяемым способом полу­ чения свинца из концентратов и промпродуктов практически любого состава является шахтная восстановительная плавка с предвари­ тельным агломерирующим обжигом шихты.

По характеру проплавляемой шихты имеются две разновидности восстановительной шахтной свинцовой плавки:

—шахтная плавка, когда плавится только агломерат (не менее 95% от веса шихты), а все оборотные материалы и шлак перерабаты­ ваются отдельно;

—шахтная плавка агломерата совместно с оборотными материа­

лами и промпродуктами свинцового производства (от 10 до 50% от веса шихты), когда в шихту вводятся оборотные материалы (шлаки, свинцовый и железистый скрап и др.).

Типичная рудная шахтная плавка осуществляется на наших отечественных свинцовых заводах и на некоторых предприятиях США и Австралии. Подавляющее большинство заводов (Порт-Пири, Трейл, Геркулениум, Серро-де-Паско и др.) проводят ее обязательно

соборотным шлаком и другими материалами.

Косновным технологическим показателям шахтной плавки от­ носятся: извлечение свинца в черновой металл, удельный проплав

14

печей, расход топлива на тонну свинца, содержание свинца в шлаке, пылевынос. Эти зависимые переменные определяются главным обра­ зом конструктивными особенностями шахтных печей и характером перерабатываемого сырья. Разумеется, не менее важное значение имеет характер плавки (рудная или с оборотом, с получением штейна или без штейна) и режим ведения процесса.

Для переработки свинцово-цинковых концентратов в последние годы английской фирмой «Империал-Смелтинг» освоена шахтная плавка, пригодная для переработки концентратов, содержащих 30— 40% цинка, до 20% свинца и 2—3% меди [58]. Но при значительном снижении содержания цинка в концентрате возникает затруднение в процессе конденсации цинка в жидкий металл, а повышение концент­ рации меди приводит к нарушению технологического режима плавки.

Как видно, шахтная плавка в свинцово-цинковом производстве применяется в основном для переработки сравнительно богатых по свинцу и цинку концентратов. Для бедных свинцово-цинковых или медно-свинцово-цинковых материалов рациональной промышленной схемы переработки пока еще не предложено. В прошлом известны случаи использования для этой цели шахтных печей, но достигнутые при этом показатели не могут считаться удовлетворительными [68].

ОБЖИГ И ПЛАВКА ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ

Рассмотренные пирометаллургические способы плавки сульфид­ ных концентратов и различных промпродуктов практически исклю­ чают возможность использования теплотворной способности перера­ батываемого сырья, вследствие чего являются крупными потребите­ лями тепла, вносимого от сжигания постороннего углеродистого топ­ лива или электроэнергии. По этим причинам усилия многих иссле­ дователей уже несколько десятилетий направлены на изыскание новых способов, которые позволили бы интенсифицировать процесс за счет использования теплотворной способности перерабатываемого сульфидного материала, а также тепла, выделяющегося в процессе шлакообразования.

Расчеты показывают, что сульфиды металлов и в первую оче­ редь железа (пирит, пирротин), являющиеся в сульфидных рудах и концентратах основной составляющей, окисляются со значительным экзотермическим эффектом. Ниже приводятся величины тепловых эффектов, составленные с учетом реакций окисления сульфидов и шлакообразования [71]:

2FeS2 + 50г+ БЮг= 2FeO • Si02-[-4S02-f-338 ккал

15

При термохимическом анализе приведенных выше реакций, по данным [72], были приняты следующие значения теплоты образова­ ния веществ, ккал!молъ:

16

йНЗС,'. ПЛЯР ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА |