Лекция 8. Совмещенные и непрерывные процессы. Производства меди и никеля

Выше указанные автогенные процессы переработки медных и никелевых концентратов полностью не решают проблему коренного улучшения технологии медного и никелевого производства. Поэтому продолжают работы в направлении создания совмещенных и непрерывных процессов, включая конверторный предел.

В структуре эксплуатационных затрат предприятия, производящего черновую медь, передел конвертирования занимает 30 – 35%, в структуре основных фондов 45 – 60%, а доля трудовых затрат составляет 30 – 45%. За последние десятилетия на медных и никелевых заводах осуществлен комплекс организационных и технических мероприятий по совершенствованию конвертирования штейнов. Заметно повысилось содержание меди в штейнах (до 11 %) и использование конверторов под дутьем. На АГМК время работы конверторов под дутьем возросло с 69,1 до 76,3%, на БГМК с 59,4 до 63,9 % и на Красноуральском металлургическом комбинате (КУМК) с 72,4 до 79,4 %.

На всех медеплавильных заводах повысилось при конвертировании извлечение меди в черновой металл и, в частности, на АГМК с 99,3% до 99,5%, на БГМК с 97,6% до 99,7%, на ДГМК с 98,0% до 99,5 %, на КУМК с 98,5% до 99,7%.

Однако, резервы конверторного передела еще далеко не исчерпаны и технология конвертирования может и должна быть существенно усовершенствована на основе внедрения непрерывных процессов.

Из – за периодичности процесса конвертирования коэффициент использования оборудования низок, так как много времени затрачивается на загрузку штейна, флюсов, съем шлака и выпуск меди. Интенсифицировать процесс конвертирования путем обогащения дутья кислородом пока не удалось вследствие быстрого разрешения футеровки в результате воздействия высоких температур. Недостаточная герметичность газоотводящих устройств и переменный состав газов по времени затрудняют их полную утилизацию для получения серной кислоты. По этим причинам наблюдаются трудности для утилизации вторичного тепла отходящих газов. Как правило, при конвертировании в обычных агрегатах получают богатые по содержанию меди шлаки, требующие специальных методов их обработки или возврата в плавильные печи. Цикличность процесса не позволяет эффективно автоматизировать его.

Одним из перспективных направлений дальнейшего совершенствования производства меди и никеля является совмещение в одном агрегате трех операций – обжига, плавки и конвертирования. Непрерывный процесс плавки – конвертирование возможен лишь в агрегате иного типа, так как обычный конвертер для этой цели не приспособлен.

Определенный опыт на пути к созданию непрерывного процесса конвертирования был получен в результате плавки медных концентратов в конвертерах обычного типа. Такая практика имела место за рубежом на медеплавильном заводе в Японии и никелевом заводе «Копер Клифф» в Канаде. В этом случае дутье обогащали кислородом. На заводе «Копер Клиф» в конвертере перерабатывают медный концентрат в количестве до 50% от массы штейна.

В СССР в плавку медных окатанных концентратов в конвертере успешно применяли на БГМК. По этой технологии перерабатывали до 30 % всех поступающих на предприятие Джезказганских концентратов, что позволило повысить извлечение меди, свинца, рения и серы. В дальнейшем при содействии Унипромеди на комбинате была освоена плавка в конвертерах неокатанного Джезказганского концентрата, что имело большое значение для предприятия ввиду ограниченных мощностей участка окатывания. За счет исключения для этой части сырья отражательного передела повышено извлечение меди на 0,1%; свинца, на 1,1%; рения, на 0,2% и увеличен выпуск висмута и кадмия в полупродуктах.

Длительное время один из продуктов селективной флотации медно – никелевого файнштейна медный концентрат с высоким содержанием металла перерабатывал на черновую медь по обычной схеме медеплавильного производства: отражательная плавка – конвертирование. По своему составу этот продукт близок к сульфиду меди, поэтому понятно стремление исследователей осуществлять его переработку, минуя отражательную плавку.

На комбинате «Североникель» совместно с Гипроникелем разработан и испытан в опытном масштабе процесс автогенной плавки медного концентрата от флотации файнштейна в вертикальном конвертере на кислородном дутье. Для проведения испытаний была построена опытная установка. Исходный материал содержал, %: Cu 68,43; Ni 4,4; (Fe + Co) 4,58; S 21,5. Содержание влаги составляло 7 %. После сушки в печи КС концентрат пневмотранспортом доставляли к шихто – кислородной фурме, через которую его вместе с кислородом подавали в предварительно наплавленную с помощью топливо – кислородной горелки ванну конвертера.

Шихто – кислородная фурма была установлена на высоте около 100 мм от поверхности расплава и поддерживалась в этом положении по мере повышения уровня ванны. Кислородное дутье подавалось в конвертер через кольцевой канал фурмы под избыточным давлением 8 атм. в результате плавок получали черновую медь 97,8 - 98,2 % Сu; 0,59 м 1,0 % (Ni + Со); 0,1 - 0,03 % S, конвертерный шлак (11,7 - 19,3 % Ni) и газы, содержащие 59 %SО₂. Выход шлака составлял 14 - 24 % от массы концентрата. Пылевынос находился в пределах от 1,6 до 2,5 %.

Как показали результаты опытных плавок, благодаря малому пылевыносу и небольшому количеству высококонцентрированных отходящих газов эта технология может обеспечить высокое извлечение меди из концентрата в черновой металл и экономически эффективную переработку сернистых газов на серную кислоту или элементарную серу. Проведенные опыты и тепловые расчеты подтвердили возможность автогенного протекания процесса переработки сухих медных концентратов. В настоящее время эта технология внедрена в промышленном масштабе на комбинате «Североникель», однако использование высококонцентрированных сернистых газов в полной мере там не освоено.

Большой интерес представляет зарубежный опыт разработки и внедрения совмещенных и непрерывных процессов. В частности, на практике нашел распространение способ плавки различных сульфидных концентратов во вращающемся вертикальном конвертере «Калдо» с верхним кислородным дутьем. Конвертер «Калдо» диаметром 4,2, высотой 6,2 м с полезным объемом 2 м футерован огнеупорным материалом толщиной 0,7 м и оснащен механизмом, обеспечивающим поворот конвертера на 180 ° и его вращение со скоростью 30 - 40 мин^-1. В рабочем состоянии корпус конвертера расположен под углом 16 - 20 ⁰ к горизонтальной плоскости, что позволяет осуществлять почти боковую продувку ванны. После загрузки шихты агрегат приводят во вращение и включают кислородно — топливную горелку, в которой используется природный газ. Конвертер «Калдо» отличается от обычного горизонтального интенсивностью перемешивания расплава, широким диапазоном кислородного потенциала дутья независимо от высоты шлакового слоя и отсутствием местных перегревов футеровки.

Конвертер «Калдо» разработан и запатентован фирмой ИНКО (Канада) в 1978 г. его впервые применили для плавки богатых медных сульфидных концентратов (65 % Сu) на черновую медь на новом заводе «Афтон» (Канада) с проектной мощностью 22,7 тыс.т меди в год. В начале в конвертере восстанавливают коксом оборотный шлак при 1320 °С, а затем загружают медный концентрат. Шлак с содержанием меди около 0,6 % сливают в ходе плавки. После получения белого штейна (80 % Сu) в конвертер загружают концентрат, содержащий металлическую медь. Шлак второго периода является оборотным. За один цикл (8 ч) получают 45т. меди.

За рубежом конвертер «Калдо» используют для различных целей. На оловянном заводе «Техас Сити» (США) его применяют для совмещения процесса плавки и возгонки при переработки концентратов, дроссов, шлаков и других подобных материалов. На заводе «Роншер» (Швеция) с 1976 г. этот агрегат используют для плавки свинцово - цинковых пылей, планируется автогенная плавка в нем сухого свинцового концентрата в смеси оборотными пылями и флюсами.

Получили также признание разработки фирмы «Норанда» (Канада) по плавке сульфидных концентратов в непрерывно действующем конвертере. После лабораторных исследований и полупромышленных испытаний эта фирма на своем заводе «Норанда» построила в 1973 г. новый цех с непрерывно действующим конвертером длиной 21,3 м и диаметром (по кожуху) 5,2 м и с 60 фурмами внутренним диаметром 54 мм. Фурмовка осуществляется механически. Через каждую фурму подают 0,33 — 0,40 м³ дутья. Отходящие газы выходят через горловину размером 3,7 х 2,5 м. Весь конвертер футерован обычным хромомагнезитовым кирпичом, исключение составляют фурменная и шпуровые зоны, футерованные плавленым хромомагнезитовым кирпичом.

Влажные (12 %) концентраты без сушки окатывают и в гранулированном виде с флюсами и дроблеными оборотными материалами (- 80 мм) загружают в конвертер через окно в боковой стенке скоростным транспортером — питателем. Средний состав концентратов, %; Сu 20 — 28; SiO₂ 8 - 9; Fе 25 - 36; S 25 - 35; Рb 0,1 - 8; Zn 0,1 - 10. На воздушном дутье конвертер перерабатывает 726 т концентратов в сутки. Позже на заводе была смонтирована кислородная установка мощностью около 2500 м /ч О₂(содержание О₂ = 99 %), что позволило повысить концентрацию кислородa в дутье до 24 %. При концентрации кислорода в дутье 32 % концентраты, содержание 25 % Сu, можно плавить в конвертере автогенно с производительностью до 1650т/сут.

В ходе опытных работ было установлено, что плавить медные концентраты в непрерывно действующем конвертере на черновую медь Не целесообразно. Поэтому их плавят только на белый штейн с доработкой последнего на черновую медь в стандартных конвертерах. При такой двухступенчатой схеме лучше удаляются вредные примеси и черновая медь чище. Кроме того, шлак, сливаемый с белого штейна, содержит 3 - 5 % Сu, а сливаемый с черновой меди около 12 % Сu. Это уменьшает количество меди, находящейся в обороте. На основе опыта работы конвертера был составлен проект другого непрерывно действующего агрегата такого же размера, но с кислородной установкой мощностью 11000 м³/ ч О₂, что обеспечивает концентрацию последнего в дутье 32,6 % и средний проплав концентратов 1905 т/сут.

В отличие от описанных выше совмещенных процессов японская фирма «Мицубиси» разработала технологию непрерывных процессов плавки и конвертирования в отдельных агрегатах, соединенных между собой перетоками для расплавов. Технологическая линия состоит из двух круглых печей и одной овальной. В первой печи осуществляется плавка медных концентратов на дутье, обогащенном кислородом, во второй - конвертирование штейна, а в третьей - обеднение шлака. Характеристика печей приведена в таблице 2.

Таблица 2

Характеристика агрегатов фирмы «Мицубиси»

Показатель	Плавильная печь	Конвертер	Электропечь для обеднения шлаков
форма в плане	круглая	круглая	овальная
диаметр, мм внутри кожуха внутри футеровки			8000х52000 7000х42000
максимальная высота внутри печи, мм
число вертикальных фурм			-
число форсунок для отопления или электродов
толщина слоя штейна, мм «» шлака, мм

Плавильная печь оборудована 6 вертикальными фурмами для подачи дутья в ванну печи и 4 форсунками. В печи конвертирования установлены 4 фурмы и 1 форсунка. Со временем длиннопламенные форсунки были заменены на короткопламенные. Печи футерованы хромомагнез или плавильного магнезитохромитового кирпича. Кожух печей смонтирован из стальных листов, для охлаждения которых применили орошение водой. Однако такой способ охлаждения оказался малоэффективным и в футеровку печи были вставлены медные кессоны, позволившие увеличить срок ее службы до 1 года.

По окружности конвертера (по направлению часовой стрелки) расположены: желоб для заливки штейна, через 45 ⁰ - сифон для выпуска черновой меди, еще через 100 ⁰ - желоб для слива шлака и еще через 45 ° - аптейк для отвода газов. Вертикальные фурмы для дутья диаметром 76 мм проходят через свод конвертера и расположены в ряд почти у центра печи против желоба для заливки штейна. Здесь же расположена и топливная форсунка.

Подсушенную шихту в первую очередь печь и известковый флюс (55,3 % СаО) в конвертер подают вместе с дутьем через фурмы. Концы фурм находятся выше поверхности шлака примерно на 500 мм. Опыты показали, что твердые частицы проникают в глубь расплава примерно на 1200 мм. Поэтому первоначальную толщину слоя расплава в плавильной печи увеличили с 800 до 1091 мм, что значительно уменьшило износ пода. Установлено также, что использование кислорода дутья тем выше, чем меньше слой шлака. Поэтому его уменьшили в плавильной печи до 100, а в

конвертере до 150 мм. Благодаря этому коэффициенту использования кислорода в конвертере составил 85 - 90 %. Средний состав штейна, %: Сu 64,4; Fe 10,6; S 22,6; шлака, %: Сu 15,5; Fе 45%; СаО 14,8. Черновая медь содержит 0,1- 0,5% S.

Дата добавления: 2014-12-10