Восстановление технологических газов угольной пылью.

Технологические газы плавки во взвешенном состоянии до восстановления имеют следующий состав:

SO₂ – 12,6; H₂O- 8,5; СО₂- 5,5, O₂- 0,7; N₂- 72%; t= 1450°

Процесс восстановления сернистых газов осуществляется в аптейке печи взвешенной плавки. В качестве восстановительного реагента используют измельченный уголь с минимальным содержани­ем летучих компонентов и золы. Так как летучие компоненты представлены углеводами, тоих участие в процессе восстановле­ния технологических газов, ведущих к образованию повышенных количеств H₂S, CS₂ и COS, нежелательны. Повышенное содержание золы в угле приводит к увеличению количества пыли и шлака, а, следовательно, снижает извлечение цветных металлов и увеличи­вает энергозатраты. К томуже зола угля является основной причиной образования настылей в аптейке.

По расчетным данным пылевынос печи взвешенной плавки составляет 12-15% от количества загружаемой шихты, где на до­лю золы приходится значительная часть. Так как вся пыль улав­ливается и возвращается в процесс, то увеличение зольности угля ведет к пропорциональному увеличению оборотной пыли.

Зола различных углей обладает различной температурой плавления. При температуре 1350°С зола находится в полурасплавленном состоянии, и при выходе из аптейка на границе радиационной части котла-утилизатора при соударении со стенками, будет налипать на поверхность футеровки (горловины) и образо­вывать настыли. При удалении настылей тем или иным способом, будь то обдув паром высокого давления или воздухом, также не исключена возможность применения буровзрывных работ, а это связано о открыванием смотровых люков, отверстий, что в свою очередь может привести к расстройству процесса и вынужденным остановкам печи.

Углерод и летучие компоненты угольной пыли взаимодейству­ют с сернистым ангидридом, восстанавливая его до элементарной серы.

Восстановление протекает в общей форме по уравнениям:

SO₂+C=1/2S₂+ CO₂          

SO₂ +2Н₂=1/2S₂+2H₂O       

При этом имеют место побочные реакции, что значительно снижает извлечение серы.

При взаимодействии сернистого ангидрида с пылеуглем в интервале температур 1300-700°С доля образующихся компонентов H₂S, CO, COS довольно высокая. Степень восстановления сернистого ангидрида в элементарную серу обычно не превышает 20-25%, т.к. основная масса угля расходуется на образование побочных продуктов.

Когда в газовой фазе присутствуют водородные соединения, в том числе и вода., количество нежелательных реакций увеличи­вается, что приводит к снижению содержания элементарной серы в газовой фазе.

В результате восстановления получается многокомпонентный газ, и, с практической точки зрения, особую важность в этом составе представляет сернистый ангидрид и элементарная сера. Восстановленный газ из аптейка ПВП с температурой 1330°С поступает в котел-утилизатор. В котле-утилизаторе газ охлаждается до температуры 350°С. При этой температуре СО и COS почти отсутствуют, а содержание элементарной серы почти достигает максимума.

При охлаждении газа в котле-утилизаторе протекают основ­ные реакции:

CO+1/2 S₂ = COS

COS+H₂O=CO2+H₂S

H2+1/2S₂=H₂S

Из представленных реакций первая реакция протекает быстро, а следующая реакция очень медленно и для полного протекания реак­ции необходим катализ.

При температуре 1330°С в аптейке ПВП наступает термоди­намическое равновесие между компонентами упомянутыми выше.

Кроме восстановления газа в аптейке ПВП происходит восстановление окислов пыли.

В общем виде реакцию восстановления компонентов пыли можно представить уравнением:

4МеО + 3S₂ ®4МеS + 2 SO₂

Этот процесс идет с поглощением тепла, что снижает темпе­ратуру отходящих газов,

Восстановленная оборотная пыль содержит в себе следующие соединения: NiS, CuS, FeS, CoS, ZnS, PbS, As₂S₂, Cu₂Se, SiO₂, Аl₂O₃, CaO, MqO, прочие и свободный углерод.

При сравнении компонентов окисленной и восстановленной пылей видно, что в процессе восстановления происходит погло­щение серы и выделение свободного кислорода для связывания которого требуется дополнительная затрата углерода. Следова­тельно, можно сделать вывод, что снижение пылевыноса в процес­се плавки выгодно как с экономической точки зрения по расходу угля, так и с точки зрения снижения безвозвратных потерь цвет­ных металлов.

 

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА

 

Показатель	Значение
Производительность печи, т/сут	445,44
Удельный проплав, т/(м2 х сут)	10-15
Содержание О2 в дутье, %	26
Температура дутья, С	25-40
Содержание Ni, %:
В штейне	34,9
В шлаке	1,4
Пылеунос, %	10-15

 

5. Металлургический расчёт.

 

Исходные данные для расчёта: содержание Ni в концентрате – 8 %;

                                                cодержание Сu в концентрате – 4 %;

 

Расчёт производим на 100 кг концентрата.

Химический состав концентрата:

Cu – 4 %; Ni – 8 %; Fe – 46 %; S – 30 %; SiO2 – 3,5 %; CaO – 2,3 % ; MgO – 2 %; Al2O3 – 1,38 %; прочие – 2,82 %.

По минералогическому составу ориентировочно 60% меди находится в кубаните, 40% в халькопирите, никель находится в пентландите

 

                      Состав концентрата.

                                                                                                   Таблица №1

Комп.	Cu	Ni	Fe	S	Оксиды				Прочие	Общ. мас.
					Si	Ca	Mg	Al
NiFeS2		8,00	7,60	8,72						24,33
CuFeS2	1,60		1,40	1,61						4,61
CuFe2S3	2,40		4,21	3,62						10,23
Fe11S12			32,78	16,04						48,83
SiO2					3,50					3,50
CaO						2,30				2,30
MgO							2,00			2,00
Al2O3								1,38		1,38
Прочие									2,82	2,82
%	4,00	8,00	46,00	30,00	3,50	2,30	2,00	1,38	2,82	100,00

 

 NiFeS ₂

 58,7 Ni – 178,5NiFeS₂                     X= 24,33 (кг)                         

8 Ni – X NiFeS₂           

 

55,8 Fe - 178,5NiFeS₂                       X = 7.6 (кг Fe)

X Fe – 24,33 NiFeS₂

 

64 S - 178,5 NiFeS₂                          X=8,73 (кг S)

X S - 24.33 NiFeS2 

 

Проверка: 8,73+7,6+8=24,33

 

CuFeS ₂

63.6 Cu – 183.4 CuFeS₂      X= 4.61 (кгСu)                         

  1,6 Cu – X CuFeS₂   

 

55.8 Fe – 183.4 CuFeS₂         X= 1.4 (кгFe)                         

X Fe – 4.61 CuFeS₂

 

64 S – 183.4 CuFeS₂             X= 1.61 (кг S)                         

X S - 4.61 CuFeS₂

 

Проверка: 1,6+1,4+1,61=4,61

            

CuFe ₂ S₃

63,6 Cu – 271.2 CuFe₂S₃    X= 10.23 (кг)                         

2.4 Cu – X CuFe₂S₃                  

111.6 Fe – 271.2 CuFe₂S₃ X= 4.21 (кг)                         

X Fe – 10.23 CuFe₂S₃

96 S - 271.2 CuFe₂S₃         X= 3.62 (кг)                         

 X S – 10.23 CuFe₂S₃

Проверка: 3,62+4,21+2,4=10,23

Fe₁₁S₁₂

 

Fe= 46-7.6-1.4-4.21=32.78

 S = 30-8.72-1.4-4.21=16.04

 Fe₁₁S₁₂ = 32.78+ 16.04= 48. 83 кг

 

Химический состав оборотной пыли ПВП:

 

Cu – 2,3%; Ni – 5,2 %; Fe – 26 %; S – 18,5 %; SiO2 – 24,5 %;

 CaO – 2,6 % ; MgO – 2,1 %; Al2O3 – 2,3%; прочие – 16,5 %.

 

Учитывая, что шихта состоит на 85% из концентрата и на 15% из оборотной пыли, то рассчитываем химический состав шихты:

 

m (Cu) = 4*0,85 + 2,3*0,15 = 3,75 (кг);

m (Ni) = 8*0,85 + 5,2*0,15 =  7,58 (кг);

m (Fe) = 46,0*0,85 + 26*0,15 = 43 (кг);

m (S) = 30*0,85 + 18,5*0,15 = 28,28 (кг);

m (SiO2) = 3,5*0,85 + 24,5*0,15 = 6,65 (кг);

m (CaO) = 2,3*0,85 + 2,6*0,15 = 2,35 (кг);

m (MgO) = 2*0,85 + 2,1*0,15 = 2,02 (кг);

m (Al2O3) = 1,38*0,85 + 2,3*0,15 = 1,52 (кг);

m (проч.) = 2,82*0,85 + 16,5*0,15 = 4,87 (кг);

 

                                                                                 

                           Химический состав шихты.

                                                                                                   Таблица №2

Комп.