Печь взвешенной плавки. Процесс плавки во взвешенном состоянии, страница 10

,

где  - сложная функция, зависящая от структуры твердого тела, характера и развитости поверхности твердого тела, парциального давления окислителя в газовой фазе и других факторов.

При неизменной структуре, характере и развитости поверхности твердого тела скорость гетерогенной реакции  будет пропорциональна парциальному давлению окислителя в газовой фазе. Так, скорость окисления сульфидов при взвешенной плавке на кислородном дутье (95 % ) должна быть в 4,5 раза выше, чем при взвешенной плавке на воздушном дутье. Естественно, что это справедливо в том случае, когда процесс окисления протекает в кинетической области.

Влияние парциального давления кислорода на кинетику гетерогенного окисления подтверждается экспериментально.

Скорость химической реакции находится в экспоненциальной зависимости от температуры.

Скорость окисления сульфидов зависит от величины поверхности раздела сульфид - окислитель, что учитывается сомножителем  в уравнении. Развитая поверхность частиц сульфидного концентрата при взвешенной плавке определяет повышение скорости не только диффузионных и адсорбционных процессов, но и химического взаимодействия. Так, диспергирование сульфидных частиц снижает температуру их воспламенения, например, уменьшение крупности частиц халькопирита с 1,5 до 0,025  снижает температуру его воспламенения с 410 до 280.

В литературе отсутствуют экспериментальные данные о скорости окисления отдельных сульфидов при температурах взвешенной плавки 1300 - 1600, поэтому о кинетике их окисления при высоких температурах можно судить косвенно.

При температурах взвешенной плавки окисление медных, медно-железных и железных сульфидов протекает в диффузионной области, и кинетику окисления сульфидов определяют диффузионные процессы.

Кинетику химических процессов взвешенной плавки на кислородном дутье, протекающих между газом и пылевидными частицами, можно характеризовать изменением состава газовой или конденсированной фаз.

Экспериментальные данные по кинетике взвешенной плавки на воздушном дутье в литературе отсутствуют. Условия процесса взвешенной плавки одного и того же концентрата на воздушном и кислородном дутье практически одинаковы, за исключением более низкого содержания кислорода в воздушном дутье. Как показано ранее, скорость молекулярной диффузии при взвешенной плавке на воздушном дутье примерно в 10 раз ниже, чем на кислородном дутье. Следовательно, и скорость окисления сульфидов при взвешенной плавке на воздушном дутье будет в 10 раз меньше, чем при плавке на кислородном дутье. В связи с этим, время пребывания частиц в плавильной зоне при взвешенной плавке на воздушном дутье значительно увеличивают путем организации движения частиц в вертикальной шахте.

1. 4. Процессы штейно- и шлакообразования.

В результате химических взаимодействий в процессе плавки получаются простые сульфиды меди и других металлов, которые при взаимном растворении образуют однородный жидкий расплав - штейн. Входящие в состав шихты и получающиеся в результате окисления сульфидов оксиды также образуют при взаимном растворении жидкий расплав  - шлак, главными составляющими которого при взвешенной плавке медных концентратов являются силикаты закиси железа. Процессы штейно- и шлакообразования, завершенность разделения штейновой и шлаковой фаз определяют во многом извлечение  меди при взвешенной плавке.                     

Процессы штейно- и шлакообразования при взвешенной плавке протекают главным образом в факеле, в  котором в результате окисления сульфидов образуется оксидно-сульфидный расплав. Соотношение оксидов и сульфидов в таком расплаве определяется составом исходной шихты и глубиной окисления сульфидов в процессе плавки. Глубокое окисление сульфидов и увеличение доли флюсов в шихте повышают количество оксидов в оксидно-сульфидном расплаве.