Концентраттарды кйдіру
Кйдіруге кбіне рамында 8 - 25% Cu бар кедей концентраттар шырайды. Бай мыс концентраттары кйдірусіз балытылады. Е жетілген тсіл айнаушы абатта кйдіру болып табылады. айнаушы абат былысыны мні келесіде: егер тйіршікті материал абаты арылы газды ршуші аынын жіберсек, онда аз жылдамдытарда атты блшектер озалмайды, бл ретте абат клемі згермейді, бл шахталы пештерде тетін рдістерге тн. Егер жылдамдыты арттырса, онда оны андай да бір мнінде материал блшектері еркін болады жне арынды озалады: абат клемі лаяды жне ол айнап жатан сйытыа сас болады. айнаушы абат тзуге ажетті газды аынны жылдамдыы кйдірілетін материал блшектеріні диаметрі мен тыыздыына туелді.
Сурет 9.1 - Мыс алуды пирометаллургиялы тсілі
айнаушы абатта кйдіруге арналан пешті тмегі блігінде табаны бар, имасы тікбрыш, тігінен орналасан камера болады. Камераны тбінен кмбез арылы сыылан ауа беріледі. Шихталы материалдар (70 80%мыс концентраттары, 15 - 20% кварцты флюстер, 2 - 3% ктастар жне 2 - 3% айналмалы материалдар) жктеу рылысы кмегімен пеш табанына беріледі. Кйдіру 850°С - та теді, бл ретте мыс пен темір сульфидтеріні ауа оттегісімен зара серлесуі жреді. Кйдіру кезінде жретін негізгі реакциялар келесілер болып табылады:
3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2,
Cu2S4 + 2O2 = 2CuO + SO2.
Кйдіру нтижесінде ртенділер (огарок) алынады, оларды рамындаы ккірт млшері 10 - 12% райды, ал бастапы концентратта ол 24 - 28% болады. Кйдіру шін механикалы ыздырумен кп табанды пештер олданылады. Пеш ота тзімді кірпіштермен шегенделген цилиндр болып келеді. Пеште ота тзімді кірпіштерден салынан 8 - 13 табан - срелер бар. Пеш осімен ала тріздес ескектер бекітілген ескек стаыштары бар бос денелі тік білік теді. Ескектер білік айналанда (2 - 3 айн / минут) олар материалды бір срелерде периферияа, басаларында кері баытта жылжуын амтамасыз ететіндей орналасан. Жоарыдан жктелетін шихта біртіндеп тмен арай иек тріздес жолмен табаннан табана жылжиды. Сульфидтерді ішінара тотытыруа ажетті ауа цилиндр раушысы бойында орналасан терезе арылы сорылады. Ауа тменнен жоары арай шихтаа арсы озалады. Кйдіру температурасы шихтаны бірігуін болдырмау шін 850°С - тан артпауы керек. Осы себептен шихтадаы ккірт млшері 27% - дан арты болмауы ажет. Пештен шыарылатын газдар ккірт ышылын ндіру шін пайдаланылады. Алдын ала олар шанан тазартуа шырайды.
Штейнге балыту
Шаылдыру жне электрлік пештерде штейнге балыту
Шаылдыру пештерінде, сонымен атар пештерді баса трлерінде мыс концентраттарын штейнге балытуды негізгі масаты екі сйы німді - штейн мен ожды ала отырып, шихтаны балыту болып табылады. Бл ретте мыс пен баса баалы элементтерді, мысалы, асыл металдарды, штейнге толыыра ауыстыру, ал бос жынысты ождау мселесі ойылады.
Шаылдыру балытуыны мнісі жктелген шихтаны кміртекті отынды пешті клдене жмысшы кеістігінде жаудан блінетін жылу есебінен балитындыында. Отын жананда пайда болатын факел балытпа бетінде орналасады.Ылалды жне кептірілгенконцентраттарды балытуда жктелген шихта пешті бйір абыралары бойында ламалар тзеді, ртендіні (огарок) балытуда ол ожды балытпа айнасыны бетімен аады.
Шаылдыру пештерінде шихта жне балытпа беті кмбезді ішкі бетінен шаылысан жылулы сулелерді жне ысты жау газдарыны факеліні суле шыару есебінен ыздырылады. Жылу беруде кмбезді жылулы сулеленуді шаылдыру арылы атысуы пештерді шаылдырушы деп атауа себепші болды.
Шихта абаты ішінде жылу беру тек жылу ткізгіштік есебінен ана жзеге асуы ммкін. Шаылдыру пештерінде балытпа ішінде масса алмасуды болмауы балытпаны тмегі абаттарына жылуды берілуі тек жылу ткізгіштік есебінен жретіндігін білдіреді. Бл кезде шихта мен ожды балытпаны жылу ткізгіштігі тмен екенін ескерген жн.
Шаылдыру пешінде балыту механизмін келесі трде айтуа болады. Факелден шыарылатын жылу есебінен ламалар бетінде жатан шихтаны ыздырумен материалды кептіру жне жоары сульфидтер мен баса трасыз осылыстарды термиялы диссоциациясы бірге жреді. ыздыру шамасына байланысты шихталы ламаларды беткі абаттарында шихтаны жеіл балитын раушылары - сульфидті жне оксидті эвтектикалар бали бастайды. Бл кезде тзілетін біріншілік балытпа ламалар бетімен аады, зінде иын балитын компоненттерді ерітеді жне ожды балытпа абаттарына тсіреді. Осы кезден бастап ожды жне штейнді фазаларды блінуі басталады, оксидті фазаны тамшылары пештегі ожды жалпы массасында ериді, ал штейн тамшылары ож абаты арылы теді жне ваннаны тмегі блігінде зіндік штейндік жентек тзеді.
Штейн тамшыларыны тну жылдамдыы оларды лшемдері лкен болан сайын, соншалыты жоары болады. Шаылдыру пештері жадайында (тыныш ванна) те са штейндік оспалар пеште балытпаны болу уаытында (10 - 14 саат) толытай тнып лгермейді жне ожбен бірге шыарылады.
Шаылдыру пештерінде термиялы дайындытан ткен, кйдірілген концентраттарды айта деуде балыту механизмі басаша болады. ртенді (огарок) блшектері ожды ванна бетімен аа отырып, онымен байланысады, осыны нтижесінде блшектердегі оксидті абыршатар ожда ериді, ал сульфидті тйіршіктер штейн тзе отырып, балытпа тбіне тнады.
Шикі жне кйдірілген концентраттарды балытуда балыту механизмі де ртрлі болады. Шикі концентраттарды балыту кезінде негізгі химиялы рдістер болып жоары сульфидтерді ыдырауы жне темір сульфидтеріні айналмалы конвертерлік ожбен пешке келіп тсетін магнетитпен тмендегі реакция бойынша зара серлесуі болып табылады:
FeS + 3Fe3O4 +5SiO2 = 5(2FeO · SiO2) + SO2.
Бл жадайда жалпы дусульфуризация детте 45 - 55% райды. ртендіні (огарок) балыту (кйдіру кезінде жоары сульфидтерді ыдырауы толытай біткендіктен) оксидтер мен сульфидтер арасында химиялы зара серлесуге келтіріледі. Бл балытуда негізгі реакциялар:
Cu2O + FeS = Cu2S + FeO,
10Fe2O3 + FeS = 7Fe3O4 + SO2,
сонымен атар кремнезем боландаы FeS Fe3O4 - пен зара серлесу болып табылады.
Кйдірілген мыс концентраттарын балытуда десульфуризация 20 - 25% - дан аспайды. Мыс концентраттарын балытуа арналан шаылдыру пеші - клдене жмысшы кеістігі бар балыту агрегаты. Заманауи шаылдыру пештеріні ішкі лшемдері келесідей: зындыы 28 - 35м, ені 6 - 10м, кмбезден табана дейінгі биіктігі 4 - 4,5м. Мндай пештерді табаныны ауданы 180 - 350м2 аралыында болады.
Конструкциялы шаылдыру пеші фундаменттен, абыралардан, табаннан (пештабан), кмбезден, аасынан, балыту німдерін шыару жне шихтаны жктеуге арналан рылылардан, отынды жауа арналан оттытардан (форсункалардан) трады.
Пеш фундаменті (негізі) йма ождан, бетоннан, кірпіштен немесе кесек тастан дайындалан. Фундаментте пісіру пештабаны орналасан. Пісіруді рылыс жне ота тзімді кірпіштерді бірнеше абаттарында кварцты мды балытумен жргізіледі. Пештабанны жалпы алыдыы 0,6 1,5м.
Шаылдырып балытуды німдері штейн, ож, ша жне газдар болып табылады. Оларды шыару жне жою арнайы ондырылар арылы жзеге асырылады.
Шаылдырып балытуды зауытты мыс штейндері айта делетін шикізат жне балыту тсіліне (кйдірусіз немесе кйдірумен) байланысты рамында 15 - 60% Cu, 6% - а дейін Zn, 0,5% - а дейін Ni, 1% - а дейін Pb, 30 40% Fe, 23 - 26% S болады. Бдан баса оларды рамында асыл металдар, селен, теллур жне баса баалы жне зиянды оспалар болады.
Штейнді шыару пеш табаны стіндегі ванна тбінен периодты жмыс істейтін шпурлар арылы немесе байланыстырушы ыдыстар принципі бойынша жмыс жасайтын сифонды рылылар арылы жргізіледі. Штейндік сифон зіліссіз режимде жмыс жасай алады. Шпурды сазды тыынмен, ал сифонды сазды тыызаыш кмегімен бітейді.
Шаылдырып балыту ожтарыны жеке ож тзуші компоненттеріні млшері бойынша рамы лкен аралытарда згеруі ммкін. Ол біратар жергілікті жадайлардан - айта делетін шикізат рамы мен трінен, арзан жне ол жетімді флюстерді бар болуынан, технологиялы факторлардан туелді. Флюстеуші оспаларды минимал рсат етілген шыысында, біра сол ксіпорын шін аударма ожты отайлы рамынан ашытамай жмыс істеуге мтылады. Шаылдырып балытуды наты ожтарындаы жеке ож тзуші компоненттерді млшері келесі аралытар згереді, %: Cu 0,3 - 0,8; SiO2 32 - 46%, FeO 35 - 55, CaO 1,5 - 22, Al2O3 3 - 10%, Zn 6 - 8 дейін, S 0,5 - 1,5.
Шаылдырып балыту штейніні рамында 80 - 90% мыс жне темір сульфидтері болады, ал оларды рамына 15 - 55% Сu, 15 - 50% Fе, 20 - 30% S, 2% Zn, сонымен атар асыл жне баса металдар кіреді. ож кремний, темір, кальций жне алюминий (SiO2, FeO, CaO, жне 0,5% Cu) оксидтерінен трады.Мыс пен асыл металдарды штейнге шыару дрежесі96 - 99,5% - а жетеді.
Штейн орытуа арналан жетілген агрегат электрлік пеш болып табылады. Онда жоары німділікке ол жеткізіледі, пеште балытумен араанда шыарумен жоалтулар тмендейді. Біра шаылдыру жне электрлік пештерде балытуды біратар кемшіліктері бар. Бірінші кезекте оларды атарына тмен меншікті німділік жатады. Шаылдыру пештерін ол 4,0 - 4,5т / тулік, ал электрлік пештерде аздап жоары райды. Электрлік пешке шикізатты пайдалануды айтарлытай тмен кешенділік тн, яни біраз баалы металдар (орасын, мырыш, кадмий, германий, рений жне басалары) штейнге шыпайды жне барлыы дерлік жоалады.
ТМД елдерінде сйы ваннада балыту деп аталатын балытуды жаа сызбасы сынылды. Бл тсіл 50 - 60т / (м2 · тулік) - ке дейінгі те жоары меншікті німділікке, отынны тмен шыысына ие (шаылдыру дегейімен салыстыранда шамамен ш есе кем), бдан баса мысты жне баса тсті металдарды шыу дрежесі артады. 20 - 40% ккіртті ангидридтен тратын шыпа газдар ккірт ышылын ндіру шін олданылады.
Сйы ваннада балытуа арналан пеш зындыы 10м, ені 2 - 3м жне биіктігі 6 - 6,5м болатын тікбрышты шахта болып келеді (9.2 - ші сурет). Пешті бйір абыраларында рлеуге арналан сумен суытылатын рлегіштер орналасан. Шахта абыралары сумен салындатылатын кессондар трінде орындалан. Пешті тменгі блігі (кміш) ота тзімді кірпіштермен шегенделген. Балыту зіліссіз жргізіледі. ож пен штейнді шыару кмішпен тоыцсан жне осылан ожты жне штейндік сифондар арылы жреді. Шихталы материалдар кмбездегі тесіктер арылы жктеледі, олар ленталы оректендіргіштер кмегімен бункерден беріледі.
Сурет 9.2 - Сйы ваннаа арналан пеш рылысыны сызбасы: 1 - Готейн; 2 - рлегіштер; 3 - ож
Шахталы пештерде штейнге балыту
Мыс кендерін шахталы балыту бірнеше асыр саталан жне азіргі уаыта дейін практикалы маызы жойылмаан штейнге балытуды ескі тсілі болып табылады. Шахталы пеш шахтаа сас тік жмысшы кеістігі бар балыту аппараты болып келеді. Тсті металлургияны шахталы пештеріні клдене имасыны формасы тікбрышты. Кен мен флюстерден тратын шихтаны жне отынды периодты трде салысдар деп аталатын жеке порциялармен мойынды алашаа жктейді. Пешті тменгі блігіне рлегіш арылы ауа рленеді. рлегіш маында отын (айта делетін шихтаны сульфидтері немесе кокс) жанады жне сол жерде те жоары температуралар дамиды (1300 - 1600°С -а дейін). Жоары температуралар зонасы пеш фокусы деп аталады. Блінетін жылу есебінен пеш фокусында шихтанфы балуы жреді жне балыту німдеріні тзілуі аяталады.
Балытуды сйы німдері (ож бен штейн) ішкі кмішке аады, одан олар ату шін алдыы кмішке сифонды астауша арылы бірге беріледі. Штейн мен ожты блек шыуы алдыы кміштен жзеге асырылады. Балыту шамасы бойынша шихта тмен тседі, ал оны орнына жаа порциясы жктеледі. рлегіш маында жне одан жоарыда пайда болан газдар жоары арай ктеріледі, тсуші шихта баанынан тіп, оан зіні бар жылуын береді. арсы аын принципі бойынша газдар мен шихта арасындаы жылу алмасу металлургиялы пештерде байалатын жне шахталы пештерде 80 - 85% - а жететін жылуды пайдалануды те жоары коэффициентін амтамасыз етеді.
Кптеген баса балыту пештерімен салыстыранда шахталы пештерде тек ірілігі 20 - 100мм кесекті материалды балытуа болады.са шихтаны (кенді немесе концентраттарды)айта деу жадайларында оны агломерация немесе брикеттеу тсілдерімен алдын ала кесектеу ажет. Мыс кендері мен концентраттарын айта деуге шахталы балытуды трт трі олданылады: тотысыздандыру, пиритті (тотытандыру), жартылай пиритті жне жетілдірілген пиритті немесе мысты-ккіртті. азіргі заманы мыс металлургиясында кенді шикізатты айта деуде тек екі соы тсіл ана практикалы маызын жоалтан жо. Тотысыздандырып шахталы балыту азіргі уаыта дейін екіншілік шикізаттан ара мыс алуды негізгі тсілі ретінде олданылады.
Тотыан немесе екіншілік шикізатты айта деуге жарамды тотысыздандырып балытуда рдіске ажетті барлы жылу шыысы атты шихта массасыны 15% - нан кем емес болатын коксты жау есебінен алынады.
Пиритті балыту тотысыздандырып балытуа араанда жану жылуы 5000 - 6000 кДж/кг болатын сульфидті шихтаны тотыуынан (жануынан) блінентін жылу есебінен теориялы толыымен жре алады. те шиелініскен жылулы баланс серінен практикада пешке 2% - а дейіне кокс енгізілді. рамында 75% - дан кем емес пирит (~ 42% ккірт) болатын жоары ккіртті кендерді ана айта деуге жарамды пиритті балыту таза кйінде практикалы мнін жоалтты.
Бастапы шихтадаы сульфидтер шахталы балытуды автогенді ендіруге жеткіліксіз болан жадайларда жылу жетіспеушілігі кміртекті отын жаумен толытырылады. Жылу сульфидтерді жануынан да, отын жаудан да алынатын шахталы балытуды бл трі жартылай пиритті деген атауа ие болды. Шахталы балытуды бл тріндегі кокс шыысы 5 12% аралыында згереді. Осылай жартылай пиритті балыту тотысыздарып жне пиритті балытулары арасында аралы орын алады.
Жартылай пиритті балыту барысын жне сипатын анытайтын негізгі рдістер пеш фокусында дамиды, мнда максимал температураа (1600оС а дейін) ол жеткізіледі жне кесекті костер мен сульфидтерді (атты жне сйы кйінде) жану, шихта компоненттеріні, штейндік жне ожты тзілімдерді балыту рдістері жреді.
Клаасикалы нсадаы мысты-ккіртті балыту ккіртті арапайым кйде алу масатында пеш газдарын деуді жетілдірілген тсілімен бірге, рамында 40 - 42% - дан кем емес ккірт бар жоары ккіртті кендерді пиритті балыту болып келеді. Ол шін коксты артан млшерімен (12% - а дейін) жне кварцты флюспен сульфидті кенді биіктігі сірілген герметизацияланан шахталы пеште балытады.
Мысты-ккіртті балыту шін пеште биіктік бойынша ш аны крінетін: тотытырып балыту (тменгі), тотысыздандыру (ортаы) жне дайынды (жоары) зоналарыны болуы тн.
рлегіш маында орналасан жне те шектелген лшемдерге ие тотытырып балыту зонасында пештегі жоары температуралар (1200 - 1450оС) орын алады. Балытуа ажетті жылу пиритті балытуды негізгі реакциясы жруі нтижесінде блінеді:
2FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeO · SiO2 + 2SiO2 + 1030290кДж.
Классикалы пиритті балытуда реакция реагенттеріні стехиометриясынан ешандай ауытулара жол берілмейді. Кез келген бастапы реагентті арты болуы немесе жетіспеуі балытуды жылулы режиміні, пеш фокусыны ысаруына немесе созылуына келеді. Пиритті балытуда теория жзінде рілген барлы оттегі рлегіш маында толыымен шыындалуы ажет жне фурмаа децйін кокс жетпеуі керек. Кері жадайда пиритті эффект жоалады жне пеш «теке» тзе отырып ата бастайды.
Пиритті балытуды сйы німдері пешті ішкі кмішіне жне ары арай сырты тндырыша аады, ал толыымен дерлік ккірт ангидриді мен азоттан тратын газдар жоары мтылады жне ызан кокспен толан ортаы, тотысыздандывру зонасына келіп тседі.
Концентраттарды шаылдыру немесе электрлік пештерде штейнге балытылады. Шаылдыру пеші зындыы 30 - 40м, ені 8 - 10м жне табаннан кмбезге дейінгі биіктігі 3,5 - 4,5м болатын тікбрышты камера болып келеді. пешті жмысшы кеістігі династы немесе хромомагнезиттік кірпішпен шегенделген. Кмбез династы кірпіштен жасалан аркалы немесе магнезиттен жасалан аспалы болып келеді. Пеш мазутпен, табии газбен немесе кмір шаымен ыздырылады. Оттытар немесе форсункалар пешті алдыы торцты абырасында бір атарда орналасады. Жануды газ тріздес німдері шихтаны шаяды, арты абыраа теді жне газ ткізгіштен пеш кмейіне жіберіледі.
Пешті бйір абыраларына жаын орналасан кмбездегі тесіктер арылы шихта жктеледі. ож пен штейн пешті бйір абыраларындаы арнайы есіктер арылы периодты трде шыарылып отырады. Штейнге балытуда келесі реакциялар жреді. Алдымен шихтаны ыздыру шамасына байланысты мыс оксидіні темір сульфидімен зара рекеттесуі жреді:
6CuO + Fe = 3Cu2O + SO2 + FeO.
Тзілген мыс оксиді темір сульфидімен мына реакция бойынша зара рекеттеседі:
Cu2O + FeS = Cu2S + FeO.
Бл реакция штейнге балытуда негізгі болып табылады. Бл ретте мыс пен темір сульфидтері балып, сйы штейн тзеді. Бір уаытта темір силикаттары мен баса оксидтерден сйы ож алыптасады.
Шаылдырып балыту штейніні рамында 80 - 90% мыс жне темір сульфидтері болады, ал оларды рамына 15 - 55% Сu, 15 - 50% Fе, 20 - 30% S,2% Zn, сонымен атар асыл жне баса металдар кіреді. ож кремний, темір, кальций жне алюминий оксидтерінен трады.Мыс пен асыл металдарды штейнге шыару дрежесі96 - 99,5% - а жетеді.