Печь взвешенной плавки. Процесс плавки во взвешенном состоянии, страница 5

Изменения  реакций окисления различных сульфидов, кал/моль.

Номер реакции	при температуре,
	800	900	1000	1100	1200	1300
1.4 1.5 1.6 1.7	-89060 -107430 -66000 -94130	-88250 -104210 -63400 -91280	-86430 -100990 -60810 -88420	-84620 -97770 -58210 -75000	-82810 -94550 -55610 -82710	-81000 -91330 -53020 -79850

При одинаковых исходных условиях (концентрация и температура) в первую очередь будет окисляться сульфид железа, затем цинка и, наконец, меди. Такой порядок окисления справедлив для отдельных сульфидов. При совместном их окислении возможно изменение указанного порядка в связи с различной концентрацией сульфидов в концентрате. Соотношение между сульфидом железа и сульфидами других металлов в перерабатываемом материале, при котором будет возможно их одновременное окисление, можно определить, исходя из равенства изменения энергии Гиббса реакции (1.4) окисления сульфида железа  и реакций (1.6), (1.7) окисления сульфидов  меди и цинка: .

При взвешенной плавке окисление сульфидных частиц совмещено с их расплавлением, поэтому изменения  реакций окисления могут быть определены с учетом активностей реагирующих веществ. Приравнивая изменения энергии Гиббса реакций окисления  и , получим:

.

Учитывая ограниченную растворимость оксидов в сульфидах, можно принять активности оксидов равными единице, в этом случае получим:

.

Если принять коэффициенты активности сульфидов металлов в расплаве равными единице, то из уравнения можно рассчитать соотношение концентраций сульфидов металлов и сульфида железа в шихте, при котором будет происходить их одновременное окисление. Результаты расчетов по этим уравнениям в интервале температур 800 – 1300 приведены в табл. 2.

 

Таблица 2

Соотношение концентраций  в шихте для одновременного окисления сульфидов, % (мол.)

Температура,
800 900 1000 1100 1200 1300	7,94·104:1 4,27·104:1 2,53·104:1 1,61·104:1 1,09·104:1 7,79·103:1	13,3:86,6 22,1:77,9 31,8:68,2 41,4:57,6 51,4:48,6 59,5:40,5

Из данных табл. 2.  следует, что для медных концентратов порядок окисления сульфидов сохраняется и при совместном окислении: сульфид железа, затем сульфиды цинка и меди. Для одновременного окисления сульфида железа и, например, сульфида цинка при 1200 необходимо, чтобы содержание последнего в концентрате было равно содержанию первого, что нереально для медного концентрата. При полидисперсности концентратов и высокой скорости окисления возможно, конечно, полное окисление сульфидов всех металлов, входящих в состав тонкодисперсной частицы, но главным горючим составляющим концентратов при взвешенной плавке является сульфид железа.

Сульфид железа может окисляться до закиси железа и магнетита. Небольшое количество шлакообразующих оксидов в медных сульфидных концентратах и несовершенство контакта сульфидных частиц с частицами флюса определяют преимущественное окисление сульфида железа до магнетита. На это указывают большее изменение энергии Гиббса (см. табл. 1) и больший тепловой эффект реакции окисления сульфида до магнетита, чем до закиси железа. Образование магнетита при взвешенной плавке зависит от состава концентратов и степени десульфуризации. Чем беднее концентрат по меди  и богаче по железу, тем выше степень десульфуризации для получения штейна заданного состава и тем больше развито образование магнетита. Количество магнетита в жидких продуктах плавки определяется развитостью процесса восстановления его сульфидами, зависящего от состава расплавов, газовой фазы и температуры.