Таким образом, при существующем технологическом процессе рудной электроплавки сульфидных медно-никелевых руд в ванне печи, помимо реакций типа (1) и (2) в значительной мере развиты реакции восстановления оксидов железа углеродом восстановителя. Их можно свести к двум главным результирующим реакциям:
2Fe2O3 + 3C → 4Fe + 3CO2, (3)
2FeO + C → 2Fe + CO2. (4)
При этом имеется в виду, что реакция (3) учитывает Fe2O3, находящийся в шихте как в свободном виде (гематит), так и в составе ферритов, в частности, в магнетите Fe3O4.
Образующиеся по реакциям (3) и (4) металлическое железо восстанавливает цветные металлы из их оксидов:
MeO + Fe → Me + FeO. (5)
Цветные металлы, в сою очередь, в значительной степени сульфидируются сульфидом железа:
Me + FeS → MeS + Fe. (6)
В результате протекания восстановительных реакций штейны электроплавки медно-никелевого сырья в большей или меньшей степени металлизированы. Степень их металлизации зависит в основном от состава шихты и удельного расхода восстановителя. Из обоженной шихты, содержащей относительно мало серы и много оксидов железа (агломерат, обоженные окатыши), возможно получить при плавке высокометаллизированные штейны. В состав металлической фазы штейнов входят как железо, так и цветные металлы, главным образом никель. Однако доля их невелика, так как в расплаве протекают обменные реакции между свободными цветными металлами и сульфидом железа с образованием сульфидов цветных металлов. Поэтому без большей погрешности можно считать, что металлическая фаза медно-никелевых штейнов практически целиком представлена железом. Оксиды в металлизированных штейнах в основном представлены не магнетитом, а FeO, так как магнетит легко восстанавливается до FeO металлическим железом. Содержание FeO в штейне снижается с увеличением его металлизации.
Главными компонентами шлаков электроплавки медно-никелевого сырья являются SiO2 и FeO; обычно сумма их содержаний 70-80%. Наибольшее значение имеет содержание в шлаке SiO2, резко влияющего на электропроводность. С увеличением (SiO2)ш она снижается, что позволяет повысить напряжение на печи и, следовательно, ее мощность. Содержание магнетита в шлаках электроплавки очень невелико, обычно не более 2-3%. Это определяется восстановительным характером плавки, а также высокой кислотностью шлака. Содержание серы в шлаках составляет до 1%; в основном наличие серы связано с механическими потерями и растворением в шлаке сульфида железа. Наличие цветных металлов в шлаках электроплавки обусловлено как механическими, так и электрохимическими потерями, причем доля последних превалирует. Никель и медь в основном переходят в шлак по механизму растворения их сульфидов, а также в механической форме, кобальт – преимущественно в оксидной форме. Содержание всех цветных металлов в шлаке снижается с ростом металлизации штейна и увеличением (SiO2)ш.
Технологические газы электроплавки теоретически должны содержать CO2, CO, S2, SO2, H2O и некоторые другие компоненты. Источниками CO2 в технологических газах, кроме реакций (3) и (4), является диссоциация карбонатов шихты. Оксид углерода CO является результатом восстановления части CO2 углеродом восстановителя:
CO2 + C → 2CO. (7)
Элементарная сера в газы переходит в результате диссоциации высших сульфидов шихты, SO2 образуется по реакциям типа (1) и (2) между высшими оксидами железа и сульфидами, в основном сульфидом железа. CO сгорает до CO2, а элементарная сера – до SO2. Водяные пары в технологических газах появляются за счет испарения внешней влаги шихты и наличия в ее минералах конституционной влаги. В результате в отходящих газах электроплавки содержатся только CO2, SO2, H2O, O2 и N2.
Пылевынос при электроплавке обычно не превышает 1,5% от массы шихты. Состав пыли целиком определяется механическим уносом шихты.
Расчет технологического процесса электроплавки сульфидного медно-никелевого сырья
1. Материальный баланс электроплавки
1.1. Расчет вещественного состава исходных материалов
Металлосодержащая часть шихты состоит из обоженных окатышей медно-никелевого флотационного концентрата, богатой вкрапленной медно-никелевой руды и сплошной (жильной) медно-никелевой руды.
Исходные данные:
Таблица 1
Состав исходных материалов, % (по массе)
|
Компоненты |
Окатыши |
Руда вкрапленная (Печенганикель) |
Руда сплошная (Норильск) |
|
Ni Cu Co Fe S SiO2 CaO MgO Al2O3 Прочие |
5,90 3,10 0,19 27,50 8,30 24,80 1,20 15,8 5,00 8,21 |
2,10 1,20 0,05 20,90 10,10 34,30 3,90 10,70 5,80 10,95 |
3,80 4,30 0,14 47,00 29,70 5,90 2,00 1,50 0,80 4,86 |
|
Итого |
100,00 |
100,00 |
100,00 |
Соотношение масс – окатыши : руда вкрапленная : руда сплошная в шихте равно 1 : 1,3 : 1,5.
Расчет состава окатышей
Считаем, что при обжиге окатышей высшие сульфиды полностью отдиссоциированы; из образовавшихся низших сульфидов заметно окисляются при обжиге только сульфиды железа, кобальта и часть никеля.
Так как содержание компонентов “пустой породы” в концентрате, из которого получают окатыши, относительно невелико, упрощенно принимаем эти компоненты в форме свободных оксидов.
Таким образом, обожженные окатыши содержат следующие компоненты: Ni3S2, NiO, Cu2S, CoO, FeS, Fe2O3, Fe3O4, SiO2, CaO, MgO, Al2O3.
Соотношение Niсульф : Niоксид = 3,5 : 1 = 78% : 22%.
Соотношение FeFe2O3 : FeFe3O4 = 1,5 : 1 = 60% : 40%.
Количество Ni в Ni3S2 – 5,9∙0,78 = 4,602 кг
S в Ni3S2 – 4,602∙2∙32,1:(3∙58,7) = 1,678 кг
Ni в NiO - 5,9∙0,22 = 1,298 кг
O в NiO – 1,298∙16:58,7 = 0,354 кг
Cu в Cu2S – 3,100 кг
S в Cu2S – 3,1∙32,1:(2∙63,5) = 0,782 кг
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.