Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Обжиг медных концентратов в кипящем слое




 

6.1. ОБЖИГ ПРИ ОБОГАЩЕНИИ ДУТЬЯ КИСЛОРОДОМ

Необходимо определить состав и выход огарка, расход дутья, материальный и тепловой балансы обжига медной шихты состава, приведенного в таблице 22, на дутье, обогащенном кислородом до 35%. Степень десульфуризации при обжиге принимаем 55%, температуру обжига 8500С. Расчет ведем на 100 кг шихты.

В качестве флюса для плавки используют песчаники, добавляемые к концентрату перед обжигом. Подготовка шихты осуществляется смешиванием флюсовой и концентратной пульп, фильтрацией и сушкой шихты в барабанных сушилках. Состав шихты, поступающей на обжиг, приведен в таблице 22.

 

ТАБЛИЦА 22 Состав медной шихты, %

Минералы Cu Ni S Fe Всего
CuFeS2 17,3 17,45 15,25 50,0
CuFe2S3 3,9 5,8 6,9 16,6
(NiFe)1,2S2 1,1 1,2 1,20 3,50
FeS 2,65 4,65 7,3
SiO2 13,0
CaO 1,5
MgO 0,60
Al2O3 2,0
Прочие (H2O+CO2) 5,5
  21,2 1,1 27,1 28,0  

Примечание. СаО и MgO присутствуют в шихте в форме карбонатов.

 

Определим количество серы, диссоциирующей при обжиге. Для простоты расчета примем, что все высшие сульфиды в процессе обжига разлагаются полностью. В действительности в зависимости от принятых величин десульфуризации и температуры процесса диссоциация высших сульфидов происходит частично. Но для определения количества кислорода, необходимого для окисления сульфидов, указанное обстоятельство не имеет значения.

По реакции 2CuFeS2 ® Cu2S + 2 FeS + S. образуется, кг:

Sсвоб

FeS

Cu2S

По реакции 2 CuFe2S3 ® Cu2S + 4 FeS + S образуется, кг:

Sсвоб

FeS

Cu2S

По реакции 3 (NiFe)1,2S2®Ni3S2 + 3.6 FeS + 0.4 S образуется, кг:

Sсвоб

FeS

Ni3S2

Всего выделится свободной серы 4,36+0,98+0,08=5,42 кг.

При 55% десульфуризации в газы перейдет серы 27,10•55/100 = 14,90 кг, в том числе за счет окисления сернистого железа 14,90–5,42=9,48 кг. Образуется сернистого ангидрида 14,9•2=29,8 кг.

Принимаем, что в процессе обжига сернистое железо окисляется до Fe3O4 по реакции 3FeS + 5О2 = Fe3O4 + 3SO2. На практике наряду с образованием Fe3O4 может происходить образование FeO и Fe2O3.

Количество окислившегося сернистого железа 9,48•263,5/96=26,0 кг, В огарке останется сернистого железа

23,96+10,75+1,94+7,30–26,0=17,95 кг.

Для окисления FeS потребуется кислорода

160•26,0/263,5=15,8 кг.

Результаты расчетов сводим в таблицу 23.

 

ТАБЛИЦА 23 Рациональный состав огарка, кг

Соединения Cu2S FeS Ni3S2 Fe3O4 Всего
Cu 21,2 21,2
Fe 11,47 16,53 28,0
Ni 1,1 1,1
S 5,34 6,48 0,38 12,2
SiO2 13,0
CaO 1,5
MgO 0,6
Al2O3 2,0
O2 6,3 6,3
  26,54 17,95 1,48 22,83 85,90

Таким образом, выход огарка составляет 85,9%.

Для определения материального баланса обжига рассчитаем количество и состав отходящих газов. Для окисления элементарной серы по реакции S+O2=SO2 потребуется кислорода 5,42•32/32=5,42 кг. Образуется при этом сернистого ангидрида, 5,42•2=10,84 кг. Всего кислорода с учетом окисления сернистого железа потребуется 5,42+15,8=21,22 кг.

Количество дутья при содержании кислорода 35% составит

22,4(21,22•100/35)/32=42,4 м3.

Азота в этом дутье будет 42,40•65/100=27,60 м3. Находим состав отходящих газов:

  кг м3 %   кг м3 %
SO2 29,8 10,43 24,0 H2O 3,64 4,53 10,4
N2 34,5 27,60 63,4 CO2 1,86 0,98 2,2

Полученный состав отходящих газов является теоретическим. На практике из-за наличия неорганизованных подсосов воздуха через неплотности содержание SO2 в газах, поступающих на сернокислотное производство, не превышает 7,0% при воздушном дутье и 10% при дутье, обогащенном кислородом. Определим подсосы воздуха при работе на кислородном дутье, если содержание SO2 в газах сернокислотного производства равно 10%.

Всего в газах содержится 10,43 м3 SO2. После снижения содержания SO2 до 10% объем газов составит 10,43/0,1=104,3 м3.

Отсюда находим подсосы воздуха: 104,3–43,54=60,76 м3. Азота в нем 60,76•0,79=48,0 м3, кислорода 60,76•0,21=12,76 м3.

Находим состав газа, поступающего на производство серной кислоты, % (объемн.)

  м3 % (объемн.)
SO2 10,43 10,0
N2 75,60 72,5
O2 12,76 12,3
H2O 4,53 4,3
CO2 0,98 0,9
  104,3 100,0

Для проверки проделанных расчетов составляем материальный баланс обжига (таблица 24).

 

ТАБЛИЦА 24. Материальный баланс обжига медьсодержащей шихты, кг

Материалы баланса Всего В том числе
Cu Fe S породы H2O O2 N2 CO2
Загружено: шихты воздуха   55,72   21,2 –   28,0 –   27,1 –   17,1 –   3,64 –   – 21,22   – 34,50   1,86 –
Итого 155,72 21,2 28,0 27,1 17,1 3,64 21,22 34,50 1,86
Получено: огарка газов   85,9 69,82   21,2 –   28,0 –   12,2 14,9   17,1 –   – 3,64   6,3 14,92   – 34,50   – 1,86
Итого 155,72 21,2 28,0 27,1 17,1 3,64 21,22 34,50 1,86

 

Для составления теплового баланса процесса произведем расчет прихода тепла от экзотермических реакций, протекающих при обжиге.

При окислении элементарной серы по реакции

S+О2 = SO2 + 70960 ккал/кг-моль

выделится 5,42•70960/32=12019 ккал тепла.

При окислении сернистого железа по реакции

3FeS + 5О2=Fe3O4 + 3SO2 + 411720 ккал

выделится (26•411720)/(87,85•3)=40617 ккал тепла.

Примем, что расход тепла на разложение CuFe2S3 и NiFe1,2S2 аналогичен расходу тепла на разложение CuFeS2 по реакции

2CuFeS2→Cu2S + 2FeS + S – 18630 ккал/(кг-моль).

На разложение 1 кг этих сульфидов потребуется 18630/366,7=50,8 ккал тепла. На разложение 70,1 кг (CuFeS2 + CuFe2S3 + NiFe1,2S2), таблица 22, потребуется 70,1•50,8=3561 ккал* тепла.

* Часто считают тепловой эффект диссоциации серы из всех высших сульфидов равным–20 ккал/моль.

 

На разложение известняка потребуется тепла

СаСО3→СаО + СО3 – 42498 ккал.

На 1 кг СаСО3 расходуется тепла 2498/100=425 ккал. На весь известняк 2,7•425=1148 ккал.

На разложение MgCO3 по реакции

MgCO3→MgO + СО2 – 26470 ккал

потребуется тепла 1,26•26470/84=394 ккал.

Всего на эндотермические реакции потребуется тепла 3561+1148+394=5103 ккал. Таким образом, приход тепла от реакций составит 12019+40617–5103=47533 ккал.

Приход тепла с шихтой при 250С равен 100•0,22•25=550 ккал. Приход тепла с дутьем равен 60,63•0,22•25=334 ккал.

 

Всего приход тепла составит 47533+550+334=48417 ккал.

Определим расход тепла с огарком 85,9•0,22•850=16063 ккал плюс унос газами. По таблице 25 находим, что расход тепла на нагревание газов до 8500С составит, ккал/м3:

SO2 (477,1–418,4)/100•50+418,4 =447,75
N2 (298,0–262,4)/100•50+262,4 =280,20
H2O (363,1–317,4)/100•50+317,4 =340,25
CO2 (469,9–410,5)/100•50+410,5 =440,20

Расход тепла с отходящими газами составит, ккал:

SO2 10,43•447,75=4670,0 H2O 4,53•340,25=1541,3
N2 27,60•280,2=7733,5 CO2 0,98•440,2=431,4

 

Всего, суммируя, получим 14376,2 ккал. Потери тепла через кладку и лучеиспусканием по данным практики принимаем равными 10% от прихода тепла, т.е. 48417•10/100=4842 ккал.

Всего расход тепла составит 16063+14376,2+4842=35281,2 ккал. Отсюда видим, что избыток тепла равен 48417–35281,2=13135,8 ккал, и, следовательно, печь необходимо оборудовать холодильниками (см. § 32.6).

 

 


Таблица 25 Расход тепла на нагревание газов, ккал/м3

t,0C CO2 H2O Воздух N2 O2 H2 CO SO2 CH4 C2H4
  0,0 40,92 86,12 134,7 185,6 239,1 295,3 352,3 410,5 469,9 530,1 591,5 652,7 714,7 777,8 840,7 903,9 967,2 0,0 35,83 72,47 100,0 148,9 189,0 230,3 273,0 317,4 363,1 409,6 457,5 506,0 555,7 607,2 658,7 711,1 765,4 819,3 873,2 929,0 958,8 0,0 31,06 62,56 94,51 127,3 160,6 194,6 229,3 264,3 300,8 337,3 374,0 411,2 448,9 486,9 542,8 562,6 600,8 639,4 677,4 716,6 755,3 793,2 0,0 31,10 62,47 94,24 126,6 159,5 193,0 227,1 262,4 298,0 334,2 371,1 408,0 444,9 482,9 520,8 558,3 596,3 635,3 673,2 712,2 750,6 790,3 0,0 31,46 63,81 97,79 131,7 167,1 203,2 239,9 277,4 315,3 353,4 391,7 430,5 470,5 509,8 548,9 588,3 628,1 669,1 710,5 751,5 791,8 832,5 0,0 30,88 62,02 93,30 124,6 156,0 187,7 219,6 259,6 284,7 317,7 351,0 385,6 420,0 454,8 495,0 525,5 561,4 598,4 635,0 672,0 709,4 748,1 0,0 31,10 62,47 94,51 127,1 160,4 191,6 229,3 265,2 301,2 337,8 375,0 412,3 460,2 487,9 525,4 564,0 602,3 641,0 680,0 718,4 758,1 797,1 0,0 43,46 90,58 140,8 193,5 247,9 303,9 360,8 418,4 477,1 535,9 595,4 654,0 715,3 775,3 835,3 895,0 956,6 0,0 38,64 83,89 135,2 192,2 254,5 322,1 394,2 470,1 549,4 632,2 - - - - - - - - - - - - 50,2 111,29 181,4 260,1 345,6 437,2 533,5 639,0 714,4 851,4 - - - - - - - - - - - -

 

 


Сведем полученные данные в таблицу теплового баланса (таблица 26).

 

ТАБЛИЦА 26. Тепловой баланс обжига медной шихты

Приход тепла Расход тепла
Статьи баланса ккал % Статьи баланса ккал %
Химические реакции Шихта Дутье   98,2 1,1 0,7 Газы Огарок Через кладку Через холодильник 14376,2 16063,0 4842,0 13135,8 29,7 33,2 10,0 27,1
ИТОГО     ИТОГО    

 

Определим расход воды, необходимый для удаления избыточного тепла. Принимаем, что холодильник работает в контуре котла-утилизатора, а пар имеет давление 40 ат. Количество тепла, подлежащее удалению из слоя, равно 13135,8 ккал. Выход пара от использования этого тепла составит

13135,8/(669–150)=25,3 кг,

где 669 – энтальпия насыщенного пара при давлении 40 ат;

150 – энтальпия воды при давлении 40 ат (вода подогревается отдельно).

 

ОБЖИГ ПРИ ВОЗДУШНОМ ДУТЬЕ

Произведем расчет обжига медной шихты предыдущего примера на воздушном дутье.

В соответствии с выполненными расчетами для протекания реакций процесса на 100 кг шихты требуется 21,22 кг кислорода. Количество дутья в этом случае составит: 21,22•22,4•100/32/21=70,7 м3. В нем кислорода 70,7•0,21=14,8 м3, азота 70,7•0,79=55,9 м3.

В результате обжига получим отходящие газы следующего состава:

  кг м3 % (объемн)   кг м3 % (объемн)
SO2 29,8 10,43 14,5 H2O 3,64 4,53 6,3
N2 69,9 55,9 77,8 CO2 1,86 0,98 1,4

Определим количество тепла, уносимого газами при 8500С (предыдущий расчет), ккал:

SO2 447,75•10,43 =4670 H2O 340,25•4,53 =1541,3
N2 280,2•55,9 =15663 CO2 440,2•0,95 =431,4

т.е. в сумме получим 22305,7 ккал.

Расход тепла при работе на воздушном дутье составит 16063+22305,7+4842=43210,7 ккал.

При приходе тепла 48417 ккал образуется избыток тепла, равный 5206,3 ккал, обеспечивающий получение 5206,3/519=10 кг пара.

 

ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ ПЛАВКА

Переработка медных концентратов на штейн методом отражательной плавки занимала ведущее место в производстве меди до последнего времени. Это обстоятельство объясняется простотой процесса и относительно невысокими капитальными вложениями при крупных объемах производства. Основной недостаток отражательной плавки - невозможность регулирования десульфуризации и выделение большого объема отходящих газов, что делает процесс нерентабельным в случае их очистки от вредных веществ, пыли и, в частности, от SO2.

Поскольку в последнее время значительно возросли требования по охране окружающей среды, в особенности чистоты воздушного бассейна, в мировой практике наблюдается замена отражательной плавки электроплавкой, плавкой во взвешенном состоянии и переработкой концентратов в конверторах.

В то же время плавка в отражательных печах пока еще сохраняется, а основные положения ее расчета идентичны расчетам электроплавки и плавки во взвешенном состоянии.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...