мЕТАЛЛУРГИЯ МЕДИ. Металлургия меди
 Скачать 14.69 Mb.
|
Раздел 3. Автогенные процессы в металлургии меди.Лекция 5. Некоторые теоретические аспекты автогенных процессовВопрос 1. . Физико-химические принципы автогенности, методы достижения. Приоритетным направлением развития металлургии черновой меди в ХХ1 веке являются технологии, основанные на применении автогенных процессов (АП), как в наибольшей степени, отвечающие современным требованиям охраны окружающей среды, комплексному использованию сырья и энергосбережению. Автогенными процессами называются процессы, в которых теплота необходимая для нагрева и плавления шихты поступает в агрегат автогенной плавки за счет экзотермических реакций от окисления сульфидов и реакций шлакообразования железа и комплексных соединений из породообразующих минералов. MeS + 3/2O2 = MeO + SO2 + Q1 Al2O3 + SrO2 + CaO -> Al2O3.SiO2.CaO + Q2 FeO + SrO2 + CaO -> FeO.SO2.CaO + Q3 В этом случае говорят о том, что автогенный процесс протекает за счет собственной теплотворной способности шихтовых материалов, проявляемых в собственных окислительных процессах и реакциях шлакообразования. Основы современных автогенных процессов составляет гетерогенная реакция окисления твердых, жидких(штейнов) сульфидов кислородом газовой фазы (дутья). Есть коэффициент автогенности. Это отношения Q полезной теплоты, к теплоте экзотермической реакции. Qполез/qэкз. Q полезн= qэкз-Qплавления-Q потерь (1) Qполезн/qэкз = 1- qпл/ qэкз- Q потерь/ qэкз Qпл/qэкз= постоянное и равно энтальпии. Qполез/Qэкз – коэффициент экзотермичности (АВТОГЕННОСТИ) ? η = C ’ – Qпот/qэкз (2) Сэ = 1 –С Коэффициент экзотермичности = С`- Qпотерь/qэкз Когда Qпотерь стремиться к 0, тогда коэффициент автогенности стремится к постоянной величине С`, так он называется коэффициентом идеальной автогенности ηидавт. Коэффициент идеальной автогенности определяется термодинамическими свойствами системы и является величиной разной и постоянной для разных сульфидов. Для FeS коэффициент идеальной автогенности составляет = 0,98 Для Cu2S коэффициент идеальной автогенности составляет = 0,686 Основу автогенных процессов составляют следующие экзотермические реакции: 2FeS+3O2+SiO2=2FeO*SiO2+2SO2+1030,29 кДж (3) Кроме реакции (3) большое в тепловом балансе автогенных процессов значение имеет : 6FeO+O2=2Fe3O4+635,5 кДж (4) 2FeO+SiO2=2FeO*SiO2+29,9 кДж (5) Фаялит Основу тепловых балансов составляют реакции окисления и ошлакования железа. В общем случае количество тепла, выделяемое при взаимодействии сульфидов с чистым кислородом, при окислении . FeS доFe2O3 составляет 1252,4кДж/кг СU2SCu2O 1648,1кДж/кг PbSPbO 72,59кДж/кг Ni3S2 NiO 101,04 кДж/кг Хизлевудит Для медных и медноцинковых концентратов автогенный режим плавки наступает при содержании в них серы 30-33% железа 27(23)% Для медно-никилевых сера 28-30%, Железо 30-35% Для свинцовых сера 20-23%, железо 20% Пиритные FeS2 и перротиновые Fe7S8 концентраты плавятся практически автогенно. Важной физико-химической характеристикой автогенных процессов является теплотворная способность шихтовых материалов. mк-т1 (FeS) , кг Qнр mк-т2 (FeS)n , кг Qрц.м. = -(∑mi∆Hi - ∑mj∆Hj) i - исходные компоненты j - продукты Произведение массы на изменения энтальпии в продуктах По результатам расчета в медном концентрате есть Mкг(FeS)кг На изменение энтальпии в соответствие О тепловых балансов АП Вопрос 2. Особенногсти тепловых балансов. В общем виде автогенный баланс АП можно представить. P*Qpш.м. + В(Q+qв-qог) + Р(qдт + qшм) = Qпот. ос. (6)
И всё это по балансу равно Q потерь в окружающую среду. Когда величина а равна 0 то, процесс осуществляется в чисто-автогенном режиме. Когда величина а не равна 0, то процесс осуществляется в полу автогенном режиме и для замыкания теплового баланса применяют естественные виды топлива или электроэнергии. В настоящее время чисто-автогенных процессов практически нет. Это связанно с низким качеством перерабатываемого сырья (низкое содержание серы и железа). Вопрос 3. Влияние различных факторов на ТБ АПВ общем случае автогенный режим автогенных процессов зависит от следующих факторов:
CuS = Cu2S + S - q1 4CuFeS2 = 2Cu2S + 4FeS + S2 - q2 FeS2 = FeS + S - q3 MeCO3 = MeO + CO2 -q4
Последний фактор – сама конструкция агрегата автогенной плавки. Вопрос 4. Оксисульфидные системы.В автогенных технологиях процессы окисления сульфидов и плавления практически совпадают по времени. Последнее означает, что образуются 2 жидкие фазы MeS ,MeO которые в определнном пределе растворимы друг в друге. Такая взаимная растворимость и предопределила появление нового класса жидкостей, оксисульфидов. Оксисульфидные системы по физико-химическим свойствам занимают промежуточное положение между шлаком и штейном, так образование конечных продуктов плавок (штейн, шлак) протекает через оксисульфидные расплавы. Основной принцип металлургии – обеспечить разделения фаз и выделить отдельно сульфидную фазу и оксидную. То есть разорвать смесимость окси-сульфидных расплавов. Оксидная часть оксисульфидов является, как бы, прообразом шлака (называемым первичным шлаком), а сульфидная часть – прообразом штейна. Технологический вывод : для выделения фаз надо создать условии для разрыва смесимости и важное значение имеют диаграммы оксисульфидных систем. На диаграмме есть 5 областей:
Пограничная система FeS-FeO характеризуется полной несмешиваемостью компонентов с SiO2 в жидком состоянии при температуре плавления диоксида кремния. В настоящее время обстоятельных диаграмм нет. Сложный вид имеет диаграмма. Ввод SiO2 приводит к разрыву смесимости |