» » Сущность метода пирометаллургической селекции
29.05.2015

Процесс пирометаллургической селекции слагается из трех основных последовательно осуществляемых стадий: загрузка и расплавление материала, частичное окисление расплава, восстановление расплава, которые дополняются кратковременной операцией додувки меди. Каждая из этих основных стадий имеет свои особенности, обусловленные с одной стороны спецификой процесса, с другой — осуществлением разнохарактерных операций в одном агрегате — конвертере.
Прежде чем приступить к загрузке и расплавлению концентрата, в разогретый конвертер заливают штейн в таком количестве, чтобы фурмы в рабочем положении конвертера были покрыты и обеспечивалась возможность продувки. Соотношение весовых количеств жидкого штейна и загружаемого в последующем концентрата составляет обычно 1:2,5/3. Поставив конвертер на дутье, приступают к загрузке концентрата до полного заполнения ванны конвертера. При этом крайне важно, чтобы скорость подачи концентрата была строго согласована с количеством подаваемого воздуха. Так, например, на одном из заводов при поступлении в конвертер 150 м3 воздуха в минуту оптимальное количество подаваемого концентрата оказалось около 8 т/час. Избыток концентрата охлаждает конвертер, ухудшая тем самым условия плавления; недостаток концентрата обусловливает окисление железа до магнетита и загустевание расплава.
Скорость питания концентратом корректируют по температуре ванны, которую в этой стадии следует поддерживать на уровне 1150—1250°. При повышении температуры ванны увеличивают скорость подачи концентрата, при понижении — уменьшают. Расчеты показывают, что окисление примерно 10% сернистого железа расплава достаточно для поддержания температуры ванны 1200°. Вообще же эта стадия характеризуется напряженным тепловым балансом, а потому питание конвертера концентратом должно проводиться равномерно и непрерывно; периодическая загрузка, вызывая местные охлаждения, обусловливает образование комков и настылей и крайне неблагоприятно сказывается на процессе.
Наиболее приемлема загрузка концентрата в виде окатышей с помощью пневмопушки, что обеспечивает непрерывность и равномерность подачи материала без распыления. В случае негранулированного концентрата загружаемый материал должен иметь определенную влажность, примерно 9—11%.
Вторая стадия имеет целью окисление расплава и отгонку значительной части летучих составляющих. Если в первую стадию происходили диссоциация высших сульфидов с окислением отщепляющейся серы, расплавление сульфидов и частичное окисление железа, то во вторую стадию сульфид железа в значительной степени окисляется до магнетита, сульфид меди — до закиси, а окислы образуют шлак.
Основная часть цинка, удаляемого в эту стадию, возгоняется из расплава в элементарном состоянии: взаимодействие сульфида цинка с его окисью (а также с металлической медью по мере ее получения) обусловливает образование паров цинка, переходящего в газовой фазе в окись. Наряду с этим возможно испарение сульфида цинка. Окись цинка, образовавшаяся в ванне, почти не летит, а переходит в шлак. Свинец улетучивается в эту стадию практически полностью в основном в виде окиси, а частично в металлическом состоянии и в виде сульфида.
Отмеченное выше образование магнетита обусловлено осуществлением продувки без флюсов. Магнетит создает гарниссаж, защищающий футеровку в эту и, особенно, последующую стадию. Магнетит взаимодействует с сульфидами, способствуя удалению серы. Как показали исследования, необходимости в полном окислении расплава нет. Испытаниями, проведенными на Кировградском заводе, установлено, что полное окисление расплава практически невозможно вследствие загустевания ванны. Для предотвращения этого нежелательного явления, вызывающего расстройство всего процесса, продувку ведут форсированно с максимальной подачей воздуха, доводя температуру к концу второй стадии до 1350—1400° и оставляя содержание серы в сульфидном расплаве примерно 10—12%.
В качестве действенного средства регулирования температурного режима и поддержания устойчивого теплового баланса агрегата в период плавления и, особенно, окисления применяют периодическое вдувание в конвертер углевоздушной смеси; с этой же целью Кировградский завод практиковал введение в расплав биметалла — железа, плакированного медью. Весьма существенно, что высокая температура ускоряет возгонку цинка; по данным лабораторных экспериментов, с повышением температуры на 100° скорость перехода цинка в газовую фазу возрастает более чем вдвое.
Остается отметить, что отходящие газы первой и второй стадий продувки характеризуются высоким содержанием SO2, составляющим 8—11% в горловине конвертера и 3—4% после напыльника; газы эти могут быть направлены на производство серной кислоты. Образующийся SОз связывается окисью цинка, что устраняет разрушение ткани фильтров.
Железистый шлак, получаемый в этой стадии процесса, содержит 1,5—3% Сu и должен направляться для обеднения в шахтную или отражательную печь.
Основная задача третьей стадии процесса — окончательная отгонка оставшихся в ванне цинка, кадмия и других летучих элементов. Для этого расплав, частично окисленный в предыдущую стадию, подвергают восстановлению или фьюмингованию, продувая через жидкую ванну конвертера угле-воздушную смесь. В результате окись цинка восстанав ливается до металла, пары которого окисляются затем в газовой фазе; магнетит восстанавливается до закиси железа, а закись меди — до металла. Концентрация SO2 в газах этой стадии не превышает 1 —1,5%.
Сущность метода пирометаллургической селекции

Для успешной отгонки металлов и поддержания ванны в жидкоплавком состоянии необходимо, чтобы температура конвертера в этой стадии процесса составляла 1350—1450°. Вместе с тем, восстанавливая окислы цветных металлов до металлического состояния, весьма существенно предотвратить образование металлического железа. Как видно из кривых рис. 1, благодаря экзотермичности реакции восстановления закиси железа окисью углерода и эндотермичности восстановления окиси цинка эта задача легко решается при весьма широком диапазоне относительных концентраций СО и СО2 если температура превышает 1000°. Практически соотношение окислов углерода в газовой фазе поддерживают соответственно 60 и 40%. что обеспечивается необходимой консистенцией угле-воздушной смеси.
Расход угольной пыли в восстановительную стадию процесса достигает 20% от веса перерабатываемого концентрата и зависит от содержания цинка. Как показал опыт Кировградского медеплавильного завода, в качестве восстановителя при пироселекции может быть помимо угольной пыли использован коксик; опыт Карабашского и Иртышского медеплавильных заводов, а также медеплавильного завода в Болгарской Народной Республике свидетельствует о пригодности для этой цели мазута.
По окончании отгонки цинка и других летучих металлов подачу угле-воздушной смеси прекращают. Из конвертера сливают оборотный шлак, а находящийся в нем медный серусодержащий расплав (точнее сульфидный расплав и металлическая медь) додувается до кондиции в обычном агрегате.