Д.СЕРІКБАЕВ АТЫНДАҒЫ ШЫҒЫС ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
5В070900 – «Металлургия» мамандығы
Тақырыбы: Мыс концентраттарын қалқыма күйде балқыту
Орындаған: Сейдахметова Ш.Ә.
Тексерген: Тогузов М.З.
Өскемен, 2019
|
КІРІСПЕ |
3 | ||
|
|
ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ |
4 | |
|
1 |
ҚЫЗДЫРЫЛҒАН АУА ЖӘНЕ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ОТТЕГІ АТМОСФЕРАСЫНДА ҚАЛҚЫМА КҮЙДЕ БАЛҚЫТУ |
4 | |
|
1.1 |
Қыздырылған ауа атмосферасында қалқыма күйде балқыту |
5 | |
|
1.2 |
Технологиялық оттегі атмосферасындағы қалқыма қабатында балқыту |
7 | |
|
2 2.1
2.2 2.3 2.4 2.5
2.6 |
МЕТАЛЛУРГИЯЛЫҚ ЕСЕПТЕУЛЕР Сульфидті мыс концентратының минералдық құрамын есептеу Қайнау қабатында мыс концентратын күйдірудің металлургиялық есептеулері Мыс концентратын КИВЦЭТ қондырғысында күйдіріп балқытуды есептеу Мыс штейнін конвертерлеудің материалдық балансын есептеу Отты тазартудың материалдық балансын есептеу Мысты анодтарды электрорафинирлеу үрдісі
|
10 10 12 16 22 26 27 | |
|
ҚОРЫТЫНДЫ |
28 | ||
|
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ |
29 | ||
Кіріспе
Кез келген металлургиялық өндірістің міндеті қайта өңделетін шикізаттан еркін металл немесе химиялық қосылыс түрінде металдарды алу болып табылады. Практикалық жағдайларда бұл міндет шикізаттың бағалы компоненттерінен бос тұқымдық компоненттердің бөлінуін қамтамасыз ететін арнайы металлургиялық процестердің көмегімен рұқсат етіледі.
Кендерден, концентраттардан немесе құрамында металл бар шикізаттың басқа түрлерінен металл өнімдерін алу-өте күрделі міндет. Ол мыс және никель кендері үшін айтарлықтай қиын, олар, әдетте, салыстырмалы кедей және құрамы бойынша күрделі полиметалл шикізаты болып табылады. Мұндай шикізатты металлургиялық тәсілдермен өңдеу кезінде негізгі металды жоғары дәрежеде бір мезгілде алған кезде тауар өнімінің барлық басқа да бағалы компоненттерін кешенді бөлуді қамтамасыз ету қажет.
Кез келген металлургиялық процестің негізінде өңделетін шикізатты екі, үш, кейде және одан да көп фазадан тұратын гетерогенді жүйеге ауыстыру принципі жатыр, олар бір-бірінен құраммен және физикалық қасиеттермен ерекшеленуі тиіс. Бұл ретте фазалардың бірі алынатын металмен қоспалармен байытылуы тиіс, ал басқа фазалар, керісінше, негізгі компоненттер сіңдірілуі тиіс. Осындай процестердің бірі қалқыма күйде балқыту болып табылады.
Қалқыма жағдайындағы балқыма деп пештің қыздырылған кеңістігіне үрлеумен, арнайы жанарғылар арқылы берілетін шихта сульфидтерінің жануы кезінде пайда болатын, алауларда ұсақ сульфидті концентраттарды жағу процестері деп аталады. Сульфидтердің жануы кезінде бөлінетін жылу есебінен тозаңдатылған шихта қызады және балқытылады. Түзілетін тамшылар штейн мен қождың ыдырауы орын алатын тұндырғыш камерада қож балқымасының бетіне түседі.
Дәл осы металлургиялық процесс туралы осы курстық жұмыста талқылайтын боламыз.
ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1. ҚЫЗДЫРЫЛҒАН АУА ЖӘНЕ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ОТТЕГІ АТМОСФЕРАСЫНДА ҚАЛҚЫМА КҮЙДЕ БАЛҚЫТУ
1.1 Қыздырылған ауа атмосферасында қалқыма күйде балқыту
Қорытпалардың негізгі түрлерінің ішінде қалқыма күйдегі үрлеуде балқыту (финдік балқыту) технологиялық және аппаратуралық-автогенді процесс болып табылады. Өнеркәсіптік масштабтағы балқытудың бұл түрі 1949 жылы "Харьявалта" зауытында "Оutocumpu" Фин фирмасы жүзеге асырды. Қазіргі уақытта бұл технологияны мыс, никель және пирит концентраттарын өңдеу үшін бүкіл әлемде 30-дан астам зауыт пайдаланады.
Өлшенген күйде балқытуға арналған пеш үш негізгі торапты қамтиды:
- тік цилиндрлік балқыту камерасы (шахта);
- шлак пен штейнді бөлу үшін көлденең тұндырғыш аймақ;
- газоход (аптейк) қазан утилизатормен.
Балқытуды 200-ден 900-ге дейін ауамен үрлеу немесе 30 — 50% дейін оттегімен байытылған үрлеу арқылы жүзеге асырады. Аралас үрлеу де қолданылады.
Шихта-ауа қоспасы жанарғыдан балқыту шахтасының қызған кеңістігіне түседі, онда сульфидтер тұтанады. Құлау кезінде сульфидті бөлшектер тиісті дәрежеде тотығып үлгереді,ал жеңіл балқитын сульфидтер мен темір силикаттар-балқытылады.
Балқу процесі бөлшектердің қыздырылуынан басталады, олар аз мөлшерде 550 — 650° С тең температураға дейін жеткілікті қызады.
2 FeS2 2FeS + S2 (1)
4 CuFeS2 2Cu2S + 2FeS + S2 (2)
4 CuS 2Cu2S + S2 (3)
Тез жүретін эндотермиялық реакциялар бөлшектердің қызып кетуіне жол бермейді, артық күкірт жойылғанға дейін бөлшектердің температурасы айтарлықтай көтерілмейді. Бұл кезеңде реакцияға сәйкес тек қарапайым күкірт күйеді:
1 – шикіқұрам оттығы, 2 – реакциялық камера, 3 – тұндыру былауы, 4 – аптейк, 5 – кәдеге жарату қазаны, 6 – бумен ауа қыздырғыш, 7 – отынмен ауа қыздырғыш.
1-ші сурет. Қалқыма күйде балқыту пешінің құрылысының сұлбасы.
Аптейк балқымадан 20 м биіктікке жетеді, бұл газдардағы күкіртті қалпына келтіру қажеттілігімен байланысты.
Балқыту кезінде мыс құрамы 50-60%, күкірт қышқылы немесе қарапайым күкірт өндіру үшін қолданылатын 0,7-2% мыс және газдар (14-16% SO2) бар шламдар алынады.
Шлак флотацияның төмендеуіне, электрлік балқытуға немесе пиритпен өңдеуге ұшырайды. Пештердің өнімділігі тәулігіне 1500 тоннаға жетеді. Ауырлығы 8 - 10 т * (м2 * күн).
Пештің бәрі магнезит кірпішінен жасалған. Балқыту камерасы мен аптейк төсемі болаттан жасалған металл корпусқа салынған. Пештің барлық элементтерінің кірпіштерінде көптеген салқындатылған кессон бар. Тұндырғыш камераның бүйір қабырғаларында шламды ағызуға арналған тесіктері бар екі су салқындатылған мыс пластиналар, ал алдыңғы шетінен қабырғаға күңгірт өндіруге арналған шойын саңылаулары орнатылды.
Балқыту 200 ден 900 - 1000° С дейін қыздырылған ауада немесе оттегімен 30 - 50% дейін байытылған оттегімен жүзеге асырылады. Аралас үрлеу де қолданылады.
Қыздырылған ауамен үрлеу кезінде қалқыма күйде балқыту пешінің дизайны барлық зауыттарда бірдей, бірақ Жапониядағы Тамано зауытының пешінің дизайны өзгешелеу. Бұл зауыттың пеші шлактың қатты қызып кетуіне және оның сарқылуына, нәтижесінде құбырдың жылжып кетуіне арналған тұндырғыш камерада электродтармен жабдықталған.
1.2 Технологиялық оттегі атмосферасындағы қалқыма қабатында балқыту
Оттегімен урлеу қалқыма күйде балқытудың таза оттегідегі сульфидтердің жоғары тотығу жылдамдығына және қалыптасқан технологиялық газдардың аздығына байланысты пештегі газ ағындарының салыстырмалы түрде төмен деңгейіне байланысты.
Оттегі мөлшеріндегі (оттегі жағу) балқыту әлемдегі екі зауытта - Канадада Мыс-Клиф зауытында және Алмалықтағы (Өзбекстан) мыс зауытында қолданылды.
Оттегіні үрлеу бар аспалы балқыту пеші (96 - 98%) - бұл пештің екі ұшына және орталық газ розеткасына сульфидті қыздырғыштары бар көлденең жұмыс кеңістігі бар балқыту қондырғысы орнатылған. Оның кұрылысы 2-ші суретте көрсетілген.
1 – шикіқұрам шанабы, 2 – қоректендіргіштер, 3 – таразы, 4 – пеш, 5 – газарна, 6 – балқыма шығаратын науалар, 7 – штейн шөміші, 8 – қож шөміші.
2-ші сурет. Оттекті-қалқымалы балқыту пешінің құрылысының сұлбасы.
Алдын ала кептірілген ылғалдылық 0,5% -дан кем, заряд оттегі ағымына соңғы қабырғалардың бірінде қыздырғыштар арқылы құйылады. Пештің алауында жоғары сульфидтердің диссоциациялану реакциясы жүреді:
2CuFeS2=Cu2S + 2FeS + 1/2S2 (6)
FeS2 = FeS + 1/2S2 (7)
3NiS = Ni3S2 + 1/2S2 (8)
S + O2 = SO2 (9)
және келесі тотығу процестері:
2FeS + 3O3 + SiO2 = 2FeO*SiO2 + 2SO2 (10)
FeS + 3/2O2 = FeO + SO2 (11)
3FeO + 1/2O2 = Fe3O4 (12)
Cu2S + O2 = Cu2O + SO2 (13)
MeS + O2 = MeO + SO2 (14)
Сульфидтермен магнетиттің төмендеуі келесі реакция нәтижесінде жүреді:
Fe3O4 + FeS + 2SiO2 = 2 (2FeO*SiO2) + SO2 (15)
Сульфидтер таза оттегіде күйгенде, 1550 - 1600° С жоғары температура пайда болады.Артық жылуды алып тастау және қабырғалар мен арка бұзылудан қорғау үшін пештің кірпіші кессондармен салқындатылады.
1. Сульфидтердің жануынан жылуды пайдалану;
2. Газдардағы күкірттің жоғары алынуы (70 - 80%);
3. SO2-ге бай газдар;
4. Қондырғының жоғары өнімділігі;
5. Процесті толығымен автоматтандыру мүмкіндігі.
1. Қождағы мыс мөлшері жоғары (2% дейін);
2. Шөгінділердің пайда болуының және шөгінділердің пайда болуының және қоныстану аймағында фазалардың бөлінуінің баяу болуына байланысты процестің өнімділігі төмен және зарядты дайындаудың өзіндік құны жоғары.
2. МЕТАЛЛУРГИЯЛЫҚ ЕСЕПТЕУЛЕР
2.1 Сульфидті мыс концентратының минералдық құрамын есептеу
19-нұска
Есептеу кезінде бағалы компоненттер мына төмендегі минералдармен көрсетілген деп қабылдаймыз.
Халькопирит-CuFeS2
Ковеллин- Сu2S
Пирит-FeS2
Мыс концентратының минералдық құрамын есептеу керек. Есептеулерді 100 кг. рудаға жүргіземіз.
Алдын-ала есептің тендеуін құрып алу керек. Келесі айнымалыларға мән береміз: х= CuFeS2 y= Сu2S z=FeS2.
Халькопириттің (CuFeS2) молекулярлық массасы 183,52, мыстың Ar=63,55 деп аламыз
CuFeS2 және Сu2S-тегі мыстың массасы:
63,54х+63,54у=20,35
CuFeS2 және FeS2-тегі темірдің массасы:
55,85x+55,85y=28,45
CuFeS2, Сu2S және FeS2-тегі күкірттің массасы:
64,12х+36,06у+64,12z=37.20
63,54х+63,54у=20,35
55,85х+55,85z=28,45
64,12x+32,06y+64,12=37,20
(2) және (3) тендеуін z арқылы шешеміз:
55,85х+55,85z=28,45
64,12x+32,06y+64,12z=37,20
1790,55y=2077,62-1824,21=253,41
1790,55y=253,41
y=0,142
x=0,178
Осыдан, 100 кг сульфидті мыс концентратында осынша мөлшерде минералдар құрайды.
CuFeS2=0,178 к*моль Cu2S=0,142 к*моль FeS2=0,331 к*моль
Онда осыдан әрбір минералда құрайды:
Mr(CuFeS2)=183,51 m=Mr*v
m(CuFeS2)=183,51*0,178=32,66 кг
m(Cu2S)=95,6*0,142=13,63 кг
m(FeS2)=119,57x0,331=39,71 кг
32,66
CuFeS2 - х кг Сu x=11,31 кг (Сu)
CuFeS2 - х кг Fe x=9,94 кг (Fe)
183,51 - 55,85
CuFeS2 - х кг S x=11,41 кг (S)
183,51 - 32,06
FeS2 - х кг Fe x=18,51 кг (Fe)
119,97 - 55,85
z(S): 39,71-18,51=21,2 кг (S)
CuS - х кг Сu x=9,04 кг (Сu)
95,6 - 63,54
|
Минерал комп. |
Косылыстар |
Барлығы | ||||||||
|
CuFeS2 |
Cu2S |
FeS2 |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
Басқа |
| ||
|
Сu |
11,31 |
9,04 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
20,35 | |
|
Fe |
9,94 |
- |
18,51 |
- |
- |
- |
- |
- |
28,45 | |
|
S |
11,41 |
4,59 |
21,2 |
- |
- |
- |
- |
- |
37,2 | |
|
SiO2 |
- |
- |
- |
6,8 |
- |
- |
- |
- |
6,8 | |
|
Al2O3 |
- |
- |
- |
- |
4,1 |
- |
- |
- |
4,1 | |
|
CaO |
- |
- |
- |
- |
- |
0,8 |
- |
- |
0,8 | |
|
MgO |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0,8 |
- |
0,8 | |
|
Басқа |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
1,5 |
1,5 | |
|
Барлығы |
32,66 |
13,63 |
39,71 |
6,8 |
4,1 |
0,8 |
0,8 |
1,5 |
100 | |
2.2 Қайнау қабатында мыс концентратын күйдірудің металлургиялық есептеулері
а) халькозин ( ):
(159,14·2·32,66):(183,51·4)=14,16 кг ,
мұнда 159,14 – -тің молекулярлық массасы,
193,51 –CuFeS2-нің молекулярлық массасы,
б) темірдің күкірттенгені FeS,
мұнда 87,85 –FeS-тің молекулярлықмассасы.
Тексеру: 2,85+14,16+15,64=32,65 кг (CuFeS2)
Концентратағы ковелин мөлшері 13,63 кг, күйдіргенде
реакциясы бойынша ыдырайды да, газға 4,59 : 2 = 2,3 кг күкірт бөлініп шығып, 13,63-2,3=11,33 кг Халькозин (Cu2S) түзіледі.
Күйдірген кезде пирит осы
реакция бойынша ыдырайды да, 21,2=10,6 кг күкірт бөлініп шығып,
39,71-10,6=29,11 кг FeS түзіледі.
Сульфидтердің ыдрауының нәтижесінде барлығы газға 2,85+ 2,3 + 10,6 =15,75 кг күкірт бөлінеді.
Мыс концентратын қайнау қабатында күйдіргенде күкіртсіздену
50-70% болады. Концентраттың берілген құрамы үшін күкіртсізденуді 70% деп қабылдаймыз. Сонда күкірт бөлініп шығуы керек. Бұның ішінде темірдің тотығуынан
реакциясы бойынша 26,04 – 15,75 =10,29 кг. күкірт бөлінуі керек.
Қанша күкіртті темір тотығады:
Өртендіде қалған күкіртті темір:15,64+29,11-28,2=16,55кг.
Жоғарыда келтірілген реакциялар бойынша қанша оттегі жұмсалады:
Осы кезде түзілетін
Өртендіге өтіп кететіні:
Cu2S, кг
CuFeS2-ден 14,16
CuS-тен 11,33
FeS 16,55
Барлығы 66,81
Өртендінің шығымы мен құрамын кестеге түсіреміз
8 кесте. Өртендінің шығымы мен құрамы
|
Компонент |
Cu |
Fe |
S |
О |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
Бас |
Барлы |
|
кг |
20,35 |
28,45 |
11,16 |
6,85 |
6,8 |
4,1 |
0,8 |
0,8 |
1,5 |
80,81 |
|
% |
25,18 |
35,2 |
13,8 |
8,48 |
8,4 |
5,07 |
0,99 |
0,99 |
1,86 |
100 |
Түзілетін газдың мөлшерін есептеу
26,04 кг күкірт бөлінгенде SO2 түзіледі.
FeS-ті тотықтыруға 17,15 , ал күкіртті тотықтыруға оттегі жұмсалады.
Барлығы 17,15 + 15,75=32,9 кг оттегі жұмсалады
Ауаның шығыны: , бұл ауада
143,04 – 32,09=110,95 кг азот бар.
Қанша газ түзіледі: 56 SO2+110,95 N2=166,95 кг.
Есебіміздің дұрыстығын тексеру үшін флюстерді, концентрат пен флюстегі ылғалды және газарна мен шаңұстағыш қондырғыларында сорылатын ауаны ескермей күйдірудің теориялық балансын жасаймыз.
9-кесте. Концентратты күйдрудің флюстерді, ылғал мен сорылатын ауаны ескермегендегі теориялық балансы, кг
|
Элементтер |
Тиелді |
Алынды | ||
|
концентрат |
ауа |
өртенді |
газ | |
|
Cu Fe S SiO2 Al2O3 CaO MgO
Басқалары O2 N2
|
20,35 28,45
37,2 6,8
4,1 0,8
0,8 1,5
- -
|
- - - - - - - 32,9 110,95
|
20,35 28,45
11,16 6,8
4,1 0,8
0,8 1,5
6,85 -
|
- - 26,04 - - - - - 26,05 110,95 |
|
Барлығы |
100,0 |
143,04 |
80,81 |
163,04 |
Бұл есептеулер қайнау қабатында күйдіру пешінің шикіқұрамына қосатын флюстерді ескермей жүргізілді. Флюстер пеште негізінен өзгеріске ұшырамайды. Кварц құмы пеште ылғалынан айырылады.
CaCO3 →CaO + CO2 реакциясы бойынша CO2-ден айырылады. Ылғал газға өтіп, оның құрамын өзгертеді.
ҚҚ пештегі газдың құрамын есептейік. Шарпымалы пеште өртендініyі балқатуда кварцтың шығынын 15 кг, әктастың шығынын 10 кг деп қабылдайық.
Концентратта ылғал 6%, ал кварц пен әктаста 3%-дан.
Пешке концентратпен 6 кг, флюстермен ылғал кіреді. Барлығы 6,75 кг.
CaCO3 пен қанша CO2 кіреді:
ҚҚ пеште концентратты күйдіргенде ауаның арттыра үрлеу коэффициентін α=1,1 деп қабылдаймыз. Сонда газға кг ауа кіреді, оның ішінде. N2=11,09 кг, О2=3,29 кг.
Газға өтеді, кг: SO2 – 52,08.
N2 – 110,95 + 10,09=121,04
O2 – 3,29
H2O – 6,75
CO2 – 4,40
Барлығы – 187,56
Алынған мәндерді түгелдей материалдық баланс кестесіне түсіреміз.
10-кесте. Концентратты қайнау қабатында күйдірудің толық материалдық балансы, кг
|
Элементтер |
Тиелді |
Алынды | ||||
|
концентрат |
ауа |
флюстер |
барлығы |
өртенді |
газ | |
|
Cu Fe S SiO2 Al2O3 CaO MgO
Басқалары O2 N2 H2O CO2
|
20,35 28,45
37,2 6,8
4,1 0,8
0,8 1,5
- - 6 - |
- - - - - - - - 32,9 121,04 - - |
- - - 15 - 5,6 - - - - 0,75
4,4 |
20,35 28,45
37,2 21,8
4,1 6,4
0,8 1,5
32,9 121,04
6,75 4,4
|
20,35 28,45
11,16 6,8
4,1 0,8
0,8 1,5
6,85 - - - |
- - 26,04 - - - - - 26,05 121,04 6,75
4,4 |
|
Барлығы |
106 |
153,13 |
25,75 |
274,88 |
80,81 |
184,28 |
Бұл материалдық баланс бойынша газдардың көлемдік құрамын оңай есептеуге болады (6 кесте).
11- кесте. Мыс концентратын қайнау қабатында өртегенде газдардың көлемдік құрамы, кг/м3
|
Компоненттер |
Салмағы, кг |
ОоС және 1атм көлемі |
% |
|
SO2 N2 O2 H2O CO2
|
52,08 121,04
3,29 6,75
4,4 |
52,08 : 64∙22,4=18,23 |
27,77 64,53
1,75 3,6
2,35 |
|
Барлығы |
187,56 |
128 |
100 |
Концентратының химиялық құрамы: 20,35%Сu; 28,45%Fe; 37,20%S; 6,8%SiO2; 4,1%Al2O3; 0,8%CaO; 0,8%MgO; 1,5%Басқалары.
Қалқыма күйде балқытқанда жоғары валентті сульфидтер ыдырап, газға өткен күкірт оттегімен әрекеттесіп, SO2 түзеді.
Жоғары температурада оттегі қатыспай жүретін реакциялар:
а) 4CuS = 2Cu2S + S2
Газға 10,27 : 2 = 5,13 кг күкірт бөлінеді. Түзілген Cu2S: 30,62 – 5,51 = 25,47 кг.
б) 2FeS2 = 2FeS + S2
Пирит ыдырағанда 21,27 : 2 = 10,64 кг күкірт газға өтеді. Түзілген FeS: 39,85 – 10,64 = 29,21 кг
в) CaCO3 = CaO + CO2
Әктасыдырағанда 0,63 кг CO2 бөлінеді.
г) MgCO3 = MgO + CO2
Магнезит ыдырағанда 0,88 кг CO2бөлінеді.
Барлығы газға 5,13 + 10,64 = 15,77 кг күкірт бөлініп өтеді. Күкіртсізденуді 75% деп қабылдаймыз, сонда газға 37,2 ·0,75=27,9 кг күкірт өту керек. Қалған 27,9-15,77=12,13 кг күкірт FeS-ті тотықтыру арқылы кетеді. Сульфидтер ыдыраған соң барлық FeS 15,53+29,21 = 44,74кг болды. Штейнге 37,2 – 27,9 = 9,3 кг күкірт өтеді. Мостович ережесі бойынш штейнде 25% күкірт болу керек. Штейннің мөлшері: 9,3 : 0,25 = 37,2 кг.
ҚҚ процессінде мыстың штейнге өтуі 98 – 99%. Штейнге 98% мыс өтеді деп қабылдап, штейндегі мыстытабамыз:
Штейндегі оттегін 0,7% деп қабылдаймыз.
12-кесте. Штейннің құрамы
|
Элементтер |
% |
кг |
|
Cu |
53,61 |
19,94 |
|
S |
25 |
9,3 |
|
O2 |
0,7 |
0,26 |
|
Fe |
20,69 |
7,7 |
|
Барлығы |
100 |
37,2 |
20,69 кг – 48%
х кг – 100 % х = 43,1 кг.
100 кг концентратты балқытқанда,яғни 37,2 кг штейннен түзілетін конвертер қожы:
43,1 кг – 100 кг
х кг – 37,2 кг; х = 16,03 кг.
Конвертер қожының құрамын А4-ші кестеден алып, ондағы компоненттердің мөлшерін табамыз.
13-кесте. Конвертер қожының құрамы
|
Элементтер |
Cu |
SiO2 |
Fe |
Al2O3 |
Басқалары |
Барлығы |
|
% |
2,5 |
23 |
47 |
8,7 |
18,8 |
100 |
|
кг |
0,4 |
3,69 |
7,53 |
1,39 |
3,01 |
16,03 |
231,4 кг - кг
х кг – 7,53 кг х = 10,41 кг.
Магнетитпен байланысқан оттегі:
231,4 кг - кг
10,41 кг – х кг; х = 2,88 кг.
Басқаларға қалатыны: 3,01 – 2,88 = 0,13 кг.
Конвертер қожындағы магнетитпен күкірт келесі реакция бойынша тотығады:
FeS + 3Fe3O4 = 10FeO + SO2
Бөлінген күкірт:
32 кг - кг
х кг – 10,41 кг; х = 0,48 кг.
Тотыққан FeS:
87,8 кг – 32 кг
х кг – 0,48 кг х = 1,32 кг
Түзілген SO2:
32 кг – 64 кг
0,48 кг – х кг; х = 0,96 кг.
Түзілген FeO
кг – кг
10,41 кг – х кг; х = 10,77 кг FeO қожға өтеді.
Қожға 0,48 кг күкірт өтеді деп қабылдаймыз, қалған күкірт: 27,9– 15,77 – 0,48 – 0,48 = 11,17 кг
FeS + 1,5O2 = FeO + SO2
реакциясы бойынша ауадағы оттегімен тотығады. Бұл күкіртті FeS-ке шаққанда:
87,8 кг – 32 кг
32 кг - кг
11,17 кг – х кг; х = 16,76 кг.
Түзілген FeO:
32 кг – 71,8 кг
11,17 кг – х кг; х = 25,06 кг FeOқожға өтеді.
ТүзілгенSO2
32 кг – 64 кг
11,17 кг – х кг; х = 22,34 кг.
Тотыққан FeS: 1,52 + 30,65 = 32,17 кг.
Тотықпаған FeS: 5,04+ 39,55 – 27,19 = 17,4 кг.
Барлығы қанша күкірт бөлінді: 15,77+0,48+0,48+11,17=27,9 кг (күкіртсіздендіру – 75%).
Штейнге өтетін Cu2S пен FeS:
Мысты Cu2S ке шаққанда:
19,94 кг - кг
х кг – 159,8 кг; х = 25,07 кг.
0,48 кг күкірт қожға FeS түрінде өтеді десек, қанша FeS өтеді:
0,48 кг – х кг
32 кг – 87,8 кг; х = 1,31 кг.
Қалған FeS: 12,37 – 1,51 = 11,06 кг.
Барлығы 25,07+11,06 = 36,13 кг.
Мыстың конвертер қожынан штейнге өтуін 80% деп қабылдап, конвертер қожынан штейнге өтетін мыстың мөлшерін табамыз:
Бұл мыстан түзілетін штейн:
53,61 кг – 100кг
0,38 кг - х кг х = 0,6 кг.
100 кг концентрат пен 37,2 кг конвертер қожынан түзілген штейннің жалпы массасы: 37,2 + 0,6= 37,8 кг
Барлық темір: 28,45 + 7,53 = 35,98 кг.
Штейндегі темір: кг.
Қалған темір қожға өтеді: 35,98– 7,82 = 28,16 кг.
Штейндегі оттегі: кг.
Штейндегі күкірт: кг.
Жетіспеген күкіртті конвертер қожының басқаларынан аламыз, сонда қалатыны: 0,42 – 0,17 = 0,25 кг.
Түзілетін газдың мөлшерін анықтау.
Күкірт S + O2 = SO2 реакциясы бойынша тотыққанда қажетті оттегі мен түзілген күкірт ангидридінің мөлшерін есептеіміз.
Қажетті оттегі:
15,77 кг – х кг
32 кг – 32 кг; х = 15,77 кг.
Түзілген SO2:
15,77 кг – х кг
32 кг – 64 кг; х = 31,54 кг.
Барлығы түзілген SO2:
31,54+22,34+0,96= 54,84 кг.
Барлығы жұмсалған оттегі: 15,77+16,76 = 32,53 кг.
Қалқыма қабаты процесінде үрлеуге техникалық оттегі (96% O2) қолданылады, сонда үрлеу мөлшері:
32,53 кг – 96 кг
х кг – 100 кг; х = 33,89кг.
Ондағы азот: 33,89 – 32,53 = 1,36 кг.
Асыра үрлеу коэффициентін деп қабылдаймыз. Сонда үрлеу мөлшері:
кг.
Асыра үрлеудегі азот – 0,14 кг, оттегі – 3,39кг. Бұл оттегінің 0,26кг штейнге өтсе, газға өтетін оттегі: 3,39– 0,26 = 3,13 кг болады. Газға өтетін көмірқышқыл газы: 0,63+0,88 = 1,51кг.
14-ші кесте – Шығатын газдың құрамы
|
Газ |
кг |
м3 |
% (масс) |
|
SO2 |
54,84 |
19,19 |
89,81 |
|
N2 |
1,58 |
1,26 |
2,59 |
|
O2 |
3,13 |
2,19 |
5,13 |
|
CO2 |
1,51 |
0,77 |
2,47 |
|
Барлығы |
61,06 |
23,41 |
100 |
Қож штейннен жақсы бөліну үшін қожда Fe : SiO2 : CaO = 39 : 35 : 6 болукерек. БіздеFe:SiO2:CaO = [28,16–(1,31+0,48)] : (6,8+3,69):0,8 = 27,33:10,49:0,8.
Темірдің мөлшері бойынша шикіқұрамға қосатын әктаспен кварц рудасының мөлшерін есептейміз.
Флюстердің келесі құрамын қабылдаймыз.
15 кесте – Флюстердің құрамы,%
|
|
SiO2 |
FeO |
CaO |
Al2O3 |
CO2 |
Басқалары |
|
Кварц |
86 |
10 |
- |
4 |
- |
- |
|
Әктас |
5 |
- |
50 |
- |
39,3 |
5,7 |
39 кг – 6 кг
27,33 кг – х кг; х = 4,2 кг.
Шикіқұрамда 0,8 кг CaO бар. Қосу керек: 4,2 - 0,8 = 3,9 кг., Немесе 3,4 : 0,8 = 4,25 кг әктас.
Әктаспен:3,4 кг CaO; кгCO2; кг SiO2 кіреді.
Қажетті SiO2:
39 кг – 35 кг
27,33 кг – х кг; х = 24,53 кг.
Бар SiO2: 10,49+0,21 = 10,5 кг. Қосу керек: 24,53 – 10,5 = 14,03кг SiO2.
Кварцтың флюстеуші қабылеттілігін анықтаймыз.
71,8 кг – 55,8 кг
10 кг – х кг; х = 7,77 кг темір 100 кг кварцта.
39 кг – 35 кг
7,77 кг – х кг; х = 6,97 кг SiO2 7,77 кг темірмен байланысады.
Кварцтың флюстеуші қабылеттілігі: 86 – 6,97 = 79,03%.
Кварцтың шығыны: 14,03: 0,7903 = 11,09 кг.
Кварцпен кіреді: кг SiO2; кг Fe; кг O2; кг Al2O3.
Қожға өтетін мыс: кг.
16 кесте – ҚҚ пешінде қождың шығымы мен құрамы
|
|
Cu |
Fe |
S |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
O2 |
Басқалары |
Барлығы |
|
Кг |
0,81 |
29,14 |
0,48 |
20,24 |
5,93 |
4,2 |
0,8 |
7,22 |
5,7 |
74,52 |
|
% |
1,09 |
39,1 |
0,64 |
27,16 |
7,96 |
5,64 |
1,07 |
9,69 |
7,65 |
100 |
|
|
Cu |
Fe |
S |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
O2 |
CO2 |
N2 |
Басқалары |
Барлығы |
|
Тиелді: Концентрат |
20,35
|
28,45
|
37,2
|
6,8
|
4,1
|
0,8
|
0,8
|
-
|
1,51
|
-
|
-
|
100
|
|
Конв. қожы |
0,4 |
7,53 |
0,14 |
3,69 |
1,39 |
- |
- |
2,88 |
- |
- |
- |
16,03 |
|
Флюстер |
- |
0,86 |
- |
9,75 |
0,44 |
3,4 |
- |
0,25 |
1,67 |
- |
5,7 |
22,07 |
|
Үрлеу |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
35,66 |
- |
1,58 |
- |
37,25 |
|
Барлығы |
20,75 |
36,84 |
3734 |
20,24 |
5,93 |
4,2 |
0,8 |
38,79 |
3,18 |
1,58 |
5,7 |
175,35 |
|
Алынды: Штейн
|
19,94 |
7,7 |
9,3 |
- |
- |
- |
- |
0,26 |
- |
- |
- |
37,2 |
|
Қож |
0,81 |
29,14 |
0,48 |
20,24 |
5,93 |
4,2 |
0,8 |
7,22 |
- |
- |
- |
74,52 |
|
Газдар |
- |
- |
27,56 |
- |
- |
- |
- |
31,31 |
3,18 |
1,58 |
- |
63,62 |
|
Барлығы |
20,75 |
36,84 |
3734 |
20,24 |
5,93 |
4,2 |
0,8 |
38,79 |
3,18 |
1,58 |
5,7 |
175,35 |
2.4 Мыс штейнін конвертерлеудің материалдық балансын есептеу
Құрамы: Cu –53,61%; -25,0%; - 0,7%; Fe–20,69%; штейнді конвертерлеудің материалдық балансын есептеу.
Кварц флюсінің құрамы: 86 % SiO2; 10 % Fe2O3; 4 % Al2O3;
Конвертер қожының салмағын анықтау үшін онда Fe:SiO2= 47:23 деп, ал мыс 2,5 % деп қабылдаймыз. Қара мыста мыс 97,5 %.
100 кг штейннен 20,69:0,47=44,02 кг конвертер қожы түзіледі, онда 44,02· 0,025 =1,1 кг мыс бар. Күйіп жоғалатын мыстың мөлшері 2,5 % болса, қара мысқа 53,61- 1,1- (53,61· 0,025)=51,17 кг мыс өтеді де, одан 51,17:0,975= 52,48 кг қара мыс түзіледі.
Кварц рудасыың флюстеуші қабылеттілігін есептеу үшін кварцтағы темір қанша SiO2-ні байланыстыратынын анықтаймыз. Кварц флюсіндегі 10% Fe2O3 –те қанша темір барын анықтаймыз:
159,7 Fe2O3- 2*55,85 Fe
10 - х х = 7,77 кг Fe
7,7 кг Fe қанша SiO2-ні байланыстырады:
48 - 26
7,7 – х х = 3,69 кг SiO2
Кварц рудасының флюстеуші қабылеттілігі:
86- 3,69 = 82,31 %
44,02 кг конвертер қожы түзілу үшін қажетті кварц рудасы:
44,02· 0,23: 0,8231 = 12,3 кг
Қажетті ауа мөлшерін Х.К. Аветисянның бергендері бойынша (А7–ші кесте) 100 кг штейнді конвертерлеуге, қолданылуы 90 % екенін ескеріп, ондағы ылғалды ескермегенде жұмсалатын ауа:
98· 1,293: 0,9 = 140,79 кг,
Бұл ауада 32,38 кг (23 %) оттегі және 67,62 кг (77 %) азот бар.
Материалдық балансты құру үшін келесі шамаларды қабылдайық:
а) қара мыстағы 2 % қоспаның 1,5 % темірден, 0,2 % күкірттен және 0,3% оттегінен тұрады;
б) шикіқұрамның 2 %-ға жуығы күйіп жоғалады (Cu,Fe и SiO2);
г) конвертер қожында 2% бар.
Алынған мәндерді материалдық баланс кестесіне түсіреміз.
|
Компоненттер |
Тиелді |
Барлығы |
Алынды | |||||
|
штейн |
кварц |
ауа |
қара мыс |
қож |
газ,күйгені | |||
|
Cu |
53,61 |
- |
- |
53,61 |
51,43 |
0,81 |
1,57 | |
|
Fe |
20,69 |
1,2 |
- |
21,89 |
0,79 |
2021 |
1,41 | |
|
S |
25 |
- |
- |
25,0 |
0,1 |
0,83 |
24,06 | |
|
O2 |
0,7 |
0,28 |
32,38 |
33,36 |
0,16 |
7,39 |
26,06 | |
|
N2 |
- |
- |
67,62 |
67,62 |
- |
- |
67,62 | |
|
SiO2 |
- |
10,32 |
- |
10,32 |
- |
10,09 |
0,23 | |
|
Al2O3 |
- |
0,5 |
- |
0,5 |
- |
0,5 |
- | |
|
Басқа-ы |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- | |
|
Барлығы |
100 |
12,3 |
140,79 |
253,09 |
52,48 |
79,78 |
120,83 | |
2.5 Отты тазартудың материалдық балансын есептеу
Материалдық баланс құру үшін тиелетін материалдардың салмағы мен құрамы арқылы пешке тиелтін мыс мөлшерін анықтаймыз. Бұл мыстан айналымды материалдар мен күйгенге кеткен мыс мөлшерін азайтамыз.:
112,9- (0,99+ 0,99+ 0,80+ 0,11 ) =109,61 кг
Бұл мыс толығымен 99,4 % Cu бар анодтың құрамына кіреді. Анодтың массасы:
109,68: 0,994 = 110,27 кг
Бұдан кейін алынатын өнімдердің салмағын қосып, тиелетін материалдардың салмағын аламыз:
115,38- (100+ 13+ 1 + 1) = 0,38 кг
Мұны пештің қабырғаларынан балқымаға өтетін материалдардың салмағы деп шартты түрде қабылдаймыз.
|
Материалдар |
Барлығы, кг |
Оның ішінде | |
|
% |
кг | ||
|
Тиелді: | |||
|
Қара мыс |
100 |
98 |
98 |
|
Анод қалдығы |
13 |
99,4 |
12,92 |
|
Қалдық және жарамсыздар |
1 |
99,4 |
0,99 |
|
Ескі құймақалыптар |
1 |
99,4 |
0,99 |
|
Қабырғадан түскен кварц |
0,38 |
- |
- |
|
Барлығы |
115,38 |
- |
112,9 |
|
Алынды: | |||
|
Жарамды анодтар |
111,27 |
99,4 |
109,61 |
|
Қалдық және жарамсыздар |
1 |
99,4 |
0,99 |
|
Құймақалыптар |
1 |
99,4 |
0,99 |
|
Қож |
3 |
40,0 |
1,2 |
|
Күйгені |
0,11 |
- |
0,11 |
|
Барлығы |
115,38 |
- |
112,9 |
Электролитте 40-60 г/л Cu және 40-60 г/л H2SO4
t=35-500C
Тоқ тығыздығы 1800-3000 А\м2
Кернеулік 0,15-0,30 В
Анод еруі 20-30 тәулікте
Бір катодтың өсуіне кететін уақыт 6-15 тәулік
Бір катодтың массасы 60-140 кг
Cu шығымы 97%
Жалпы барлық мыстың шығымын есептеу:
1Қайнау кабаты ·0,96КИВЦЭТ·0,98Конвертерлеу·0,96Оттық рафинирлеу·0,97Электролиз=0,88% .
ҚОРЫТЫНДЫ
Жоғары десульфуризацияның арқасында қалқыма қабатында балқыту кезінде бай штейндер (60% Cu дейін) және тиісінше бай шлактар (2% Cu дейін) алады, олар кедейлендіруді қажет етеді. Мыс штейн мерзімді пештен шығарылады және конвертерлеуге жіберіледі. Шлак электр пешіне түседі, кокс тиеледі.
Қалқыма қабатында балқытудың екі сортының технологиялық негіздерінің іргелі бірлігі олардың артықшылықтары мен кемшіліктерінің ортақтығын тудырады.
Артықшылықтары:
1. Сульфидтердің жануынан жылуды пайдалану;
2. Газдардағы күкірттің жоғары алынуы (70 - 80%);
3. SO2-ге бай газдар;
4. Қондырғының жоғары өнімділігі;
5. Процесті толығымен автоматтандыру мүмкіндігі.
Кемшіліктері:
1. Қождағы мыс мөлшері жоғары (2% дейін);
2. Шөгінділердің пайда болуының және шөгінділердің пайда болуының және қоныстану аймағында фазалардың бөлінуінің баяу болуына байланысты процестің өнімділігі төмен және зарядты дайындаудың өзіндік құны жоғары.
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
3. Гудима Н.В. Технологические расчеты в металлургии тяжелых цветных металлов, 1977. -38 с.
4. Диомидовский Д.А., Шалыгин л:М., Гальнбек А.А., Южанинов И.А. Расчеты пиропроцессов и печей цветной металлургии, 1963, - 138 с
5. Тоғызов М.З. Мыс, никель және кобальт металлургиясы. 050709 «Металлургия» мамандығы бойынша күндізгі және сырттай оқу бөлімінде оқитын студенттердің курстық жұмысты орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар./ ШҚМТУ.- Өскемен, 2009. -50 бет