» » Отстаивание шлаков
03.06.2015

Отстаивание шлаков является первостепенным фактором обеднения их. Иногда даже считают, что продолжительность отстаивания шлаков главным образом и определяет содержание в них металлов. Практические данные, однако, не подтверждают этого мнения.
В этом отношении весьма показателен опыт увеличения размеров переднего горна шахтной печи, проведенный на Карабашском медеплавильном заводе в 1936 г. Размеры переднего горна были увеличены с 4x12,15 м до 5х14 м, что увеличило время нахождения массы в горне с 6,6 час. до 9,3 час., но лучшего отстаивания шлака в нем не достигли. Опробование по длине горна показало, что в точке слива массы из печи в шлаке содержалось 2,5% Сu, на расстоянии 3 м содержание упало до 0,5%, т. е. 80% корольков штейна осело. На расстоянии 7 .и содержание меди достигло 0,26%, с таким же содержанием шлак уходил из горна. Следовательно, оседание штейна практически заканчивалось на половине длины переднего горна и дальше не шло. Понятно, что любое дальнейшее удлинение горна лишь привело бы к снижению температуры и повышению вязкости шлака и не могло бы снизить потери меди.
Правда, увеличение объема горна, приведшее к снижению средней температуры шлака и штейна, сделало работу горна более устойчивой, а условия его обслуживания легче, так как даже при горячих шлаках и высокой производительности плавки горн не перегревался как раньше.
Если бы передний горн был сделан меньше 7 м, а тем более меньше 3 м длиной, т. е. время пребывания расплавленной массы оказалось бы меньше 4 час., то можно было бы говорить в данных условиях о недостаточном отстое шлаков и о возможности дополнительного снижения содержания металлов за счет лучшего отстаивания.
Такое положение существует на некоторых свинцовых заводах, имеющих очень малые отстойники, в которых не успевают полностью выделиться частички чернового свинца и штейна, способные осесть при более длительном спокойном отстое. Это заставило многие свинцовые заводы искать пути дополнительного отстаивания шлаков. Так, например, на заводе в Сан-Луис-Потоси (Мексика) установили три отстойника, а на заводе «Ледвия» (США) — даже четыре отстойника последовательно. Это дало возможность снизить содержание свинца в шлаках до 0,6%.
Попытки снизить содержание металлов в отвальных шлаках дополнительным их отстаиванием проводились и на других заводах медной, никелевой, свинцовой и оловянной промышленности, но не давали желаемого результата. В лучшем случае удавалось снизить содержание металла на 20—25% там, где отстаивание было недостаточным.
Делались попытки проводить отстаивание шлаков при более высокой температуре с подогревом шлака. Однако и эти опыты не дали положительных результатов как в лабораторном, так и в производственном масштабе. Неудача опытов заключалась не только в том, что не было достигнуто снижение содержания металлов в шлаках, но и в дороговизне и трудности перегрева шлаков за счет сжигания топлива. Ванну шлака приходилось подогревать сверху, но вследствие плохой теплопроводности и отсутствия конвекции шлака подогревался лишь его верхний слой, а основную массу подогреть не удавалось.
Были попытки подогрева шлаков в горне электрическим током. Оказалось, что для подогрева шлака в таком горне на 100—150° необходима затрата электроэнергии не менее 100—150 квт*ч на 1 т, т. е. требуются мощные электропечи с подстанцией, что приводит к большим капитальным и эксплуатационным затратам, которые не всегда могут оправдаться. Те же маломощные установки, которые испытывались, не могли даже поддержать имеющуюся температуру шлака, вызывали затруднения при обслуживании и не могли дать какой-либо эффект по отстаиванию
При использовании мощных электрических печей для переработки шлаков с добавкой сульфидных руд или восстановителя удается добиться существенного снижения содержания металлов в шлаке. Такой переработке подвергали, например, шлаки шахтной плавки медно-никелевых сульфидных руд. Содержание в них меди и никеля в сумме снижалось при этом с 0,38—0,44% до 0,16—0.20%. Температура шлаков при переплавке поднималась с 1150—1180° до 1280—1340°.
Неудачи отстаивания шлаков объясняются тем, что металлы теряются со шлаком главным образом с механическими включениями, в основном представленными частицами очень высокой степени дисперсности, которые в практических условиях не могут быть выделены простым отстаиванием. За время пребывания шлаков в отстойниках, как показали расчеты по формуле Стокса, могут осесть частицы не меньше 0,1—0,2 мм, на что нужно от 1 до 5 час. Дальнейшее время отстаивания дает ничтожно малое добавочное снижение содержания металлов в шлаке. Вместе с тем даже небольшое уменьшение времени отстаивания против необходимого для оседания частиц указанных размеров приводит к значительному росту потерь металла.
Хорошее отделение штейна от шлака иногда затрудняется при отстаивании вследствие образования густого слоя между шлаком и штейном в переднем горне шахтных печей или в отражательной печи (в электропечи его нет). Этот чрезвычайно вязкий слой, называемый производственниками «грязь», задерживает капли штейна и сильно обогащает нижний слой шлака.
Неоднократные анализы «грязи» иногда давали некоторое повышение содержания железа, магния или цинка, однако обычно анализ «грязи» не отличался от анализа нормального шлака.
Объясняется образование грязи в первую очередь охлаждением нижней поверхности шлака штейном, температура которого, вследствие хорошей теплопроводности и интенсивной отдачи им тепла стенкам и лещади ванны, всегда ниже температуры шлака на 100—150°. Вязкость охлажденного слоя шлака зависит от степени охлаждения, т. е. от теплового баланса ванны горна пли отражательной печи и от состава шлака. Образование вязкого слоя охлажденного шлака, очевидно, будет тем меньше, чем выше производительность и температура продуктов плавки, а также чем короче шлак.
Если шлаки насыщены магнетитом или цинком, то при сильном охлаждении нижнего слоя шлака в ванне воз.можно выпадение твердых кристаллов тугоплавких соединений, которые будут увеличивать его вязкость и усугублять явление образования слоя, затрудняющее отстаивание шлаков от мелких корольков штейна.
Неудачи попыток существенного обеднения шлаков дополнительным их отстаиванием даже с подогревом (кроме переплавки в электропечах) заставляли считать, что металлы в жидких шлаках находятся или в растворенном состоянии, или в форме механически взвешенных частиц настолько дисперсных, что они не могут осесть из вязких шлаков, поэтому считалось необходимым найти средства снижения вязкости шлаков для их обеднения.