Значение минерального состава сырья

Минеральный состав сырья оказывает весьма сильное влияние на состав шлака, штейна и газов, получаемых во время плавки, на расход топлива или электроэнергии.

Например, из пирротина, состав которого отвечает химической формуле Fe_l2S₁₃, во время нагревания (около 1000 ⁰С) удалится по схеме Fe₁₂S₁₃→12FeS+S только 1/13 часть серы, или около 8 %. В случае нагревания пирата (FeS₂) при температуре около 1000 ⁰С удалится серы около 50%; FeS₂→ FeS + S.

Аналогично некоторые медные минералы теряют во время плавки только 10–12% S, тогда как из других отгоняется (диссоциирует) до 25% S.

Пары серы реагируют с высшими окислами железа по следующей схеме:

2Fe₂O₃+ S₂ = 4FeO+SO₂, если мы рассчитывали получить шлак, богатый FeO, вследствие протекания реакции 2Fe₂O₃+FeS = 5FeO+SO₂, то содержание FeO в нем будет заметно ниже рассчитанного (в примере на 20%). По этой же причине будет получен обедненный штейн (осталось FeS). Результаты плавки в целом оказываются значительно худшими, чем ожидаемые производительность по проплаву шихты с получением маложелезистого тугоплавкого шлака уменьшится, штейн получится беднее запланированного, что затруднит его переработку.

Если в концентрате присутствуют карбонаты, то на их разложение требуется значительное количество тепла. Например, при разложении одного из широко применяемых флюсов - известняка - по реакции

СаСО₃ = СаО + СО₂

требуются 42 ккал на 100 г. В расчете на 1 т известняка это эквивалентно 60 кг условного топлива, или 488 кВт-ч электроэнергии. При учете коэффициента полезного использования тепла, например равного 0,33, что характерно для отражательной плавки, эти цифры утроятся. На основании рассмотренных примеров можно сделать следующий общий вывод: металлург должен хорошо знать минеральный состав шихты.

Современная техника научных исследований предоставляет специалистам-производственникам большие возможности для определения минерального состава сырья. В первую очередь следует назвать микроскопию, позволяющую достаточно надежно определять качественный и приблизительный количественный состав сырья. Уточненные сведения о качественном составе сырья может дать рентгенографическое или электронографическое исследование. Различное отношение минералов к растворителям позволяет определить минеральный состав сырья химическими способами. Например, окисленные медные минералы можно растворить в смеси серной и сернистой кислот. При этом сульфидные минералы не растворяются. Таким образом, можно раздельно определить количество меди и в тех, и в других минералах. В свою очередь, сульфидные минералы можно, применяя раствор цианидов, разделить на первичные (в основном халькопирит) и вторичные (например, халькозин), которые растворяются в цианидах. Такого рода химические исследования называют фазовым или рациональным анализом.

Все данные, полученные в результате полного химического (по элементам или окислам), микроскопического, рентгеновского и фазового анализа, обобщаются в виде рационального состава сырья. Рациональный состав сырья рассчитывают способами, показанными ниже.

При хороших исходных данных расчет рационального состава удается сделать с полным связыванием элементов в указанные минералогами соединения. Если же химический или минералогический анализ был сделан неточно, то один из элементов связывается не полностью. Следовательно, расчет рационального состава сырья является в известной мере контрольным и приводит, в конечном счете (после повторных анализов), к уточнению состава сырья и более точным расчетам металлургического процесса. До сих пор мы говорили о значении минерального состава сырья для уточнения режимов принятого процесса. В заключение следует сказать, что в некоторых случаях изменение состава сырья может привести к коренным изменениям в процессе.

Например, в медной промышленности известны некоторые случаи, когда вследствие крайне неудовлетворительных результатов обогащения окисленных руд приходилось применять для их переработки гидрометаллургию вместо обычной пирометаллургии. Аналогичный случай имел место и в никелевой промышленности, когда хорошо известные методы переработки сульфидного медно-никелевого сырья оказались неприменимыми для переработки никель-пирротиновых концентратов. Специальная автоклавно-окислительная технология заменила здесь электроплавку. Специальный кивцэт-процесс был разработан для переработки медно-цинковых концентратов. В заключение этого параграфа приводим минералы, наиболее часто встречающиеся в расчетах рационального состава сырья:

Примечание. Пирротины могут содержать 0,7–1,0% Ni

Минералы серебра, мышьяка, сурьмы, золота и платиновых металлов в обычных расчетах не учитываются. Кроме данных о составе минералов, для расчетов необходимо пользоваться атомными массами элементов, приводимыми в таблице 6.

Таблица 6 Атомные массы некоторых элементов

Примечание. Если расчеты ведутся на машине, можно пользоваться точными атомными массами, при расчетах на логарифмической линейке – округленными.