Процесс электроплавки сульфидных медно-никелевых материалов на штейн
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
лавке неэлектропроводной шихты последняя достигает зоны плавления термически не подготовленной. Прогреву шихты потоком горячих газов, выделяющихся из расплава, препятствуют сплошная спеченная корка по границе расплав-шихта и малая газопроницаемость шихты.
В зоне наибольшего схода шихты корка на границе шихта - расплав отсутствует. На этом участке шихта пронизывается газами, но вследствие большой скорости схода не успевает прогреваться.
При плавке электропроводной шихты часть тока ответвляется на шихту и нагревает ее. Поэтому при плавке электропроводная шихта поступает в зону плавления термически подготовленной.
В состав шихты электроплавки входят: окатыши, руда, кварцевый флюс (песок, кварцит), уголь, жидкий конвертерный шлак и т.д.
Компоненты шихты электроплавки состоят из следующих минералов и химических соединений: сульфидов Fe7S8; (Fе, Ni) S; CuFeS2; СоS; окислов и ферритов Fe2O3, Fe3O4, NiO, СоО, СuО, Al2O3; силикатов (МеО SiO2); сульфатов - МеSO4; карбонатов - МеСО3; гидратов - Ме(ОН)2, где Ме - любой из металлов: Са, Мg, Fе, Ni, Сu, Со.
Сульфиды никеля, меди, кобальта, железа взаимно растворяются и образуют основной продукт электроплавки - штейн. В штейне растворяются также благородные металлы и магнетит. Основные реакции штейнообразования:
Cu2O + FeS = FeO + Cu2S
NiO + 3 FeS = Ni3S2 + З FеО + S2
СоО + FeS = СоS + FеО
Сu2O + Cu2S = 6Сu + SO2
Сu + FеS = Cu2S + Fе
СuFe2О3 + (Cu2S + FeS) = 6Сu + 3 Fe3O4 + S2
Таким образом, штейн содержит: Cu2S, Ni3S2, CoS, FeS, Fe304, благородные металлы.
Окисленное железо и другие основные окислы (СаО, МgО), вступая во взаимодействие с SiO2, образуют силикаты типа m МеО n SiO2, которые, смешиваясь в расплавленном состоянии, образуют другой продукт электроплавки - шлак.
Основные реакции шлакообразования:
Fe2O3 + FeS = 7 Fe3O4 + SO2;
З Fe3O4 + FeS + 5 SiO2 = 5 (FеО)2 SiO2 + SO2
2 FеО + SiO2 = 2 FеО SiO2
СаО + SiO2 = СаО SiO2;О + SiO2 = MgО SiO2;еО + Al2O3 = Fе Al2O3
В результате указанных реакций образуется смесь компонентов шлака: 2 FеО SiO2, СаО SiO2, МgО SiO2, Fe3O4, FеО Al2O3.
Разделение шлака и штейна в печи происходит вследствие разности их плотностей (шлак - 2,9 т/м3, штейн - 5 т/м3). Шлак руднотермических печей является отвальным продуктом.
В процессе электроплавки образуются также и газообразные продукты: SO2, SO3, H2O, СО2.
Часть газов растворяется в шлаке, а остальные удаляются из печного пространства через газоходы. За iет подсосов воздуха они разбавляются азотом и кислородом.
Сера при электроплавке удаляется в результате термического разложения с сульфидами железа. Удаление серы или так называемая десульфуризация при плавке медно-никелевых обожженных окатышей составляет 3-5%, при плавке высокосернистой (25% S) руды НГМК - 15% и из сернистой местной руды (12% S) - 15%.
Интенсивная конвекция шлака в руднотермических печах создает благоприятные условия для переработки жидкого конвертерного шлака, заливаемого для извлечения из него никеля, меди и кобальта. При этом конвертерный шлак перемешивается с печным шлаком и благодаря конвекции энергично контактирует с сульфидами, флюсами и восстановителем твердой шихты. Происходит восстановление магнетита конвертерного шлака и окислов цветных металлов, их сульфидирование, укрупнение и осаждение сульфидов, насыщение шлака кремнеземом. В результате конвертерный шлак обедняется цветными металлами до отвального.
При добавке в шихту углеродистого восстановителя (угольный штыб) шлаки обедняются более эффективно, так как активизируется процесс восстановления окислов металлов.
Восстановлению этих соединений способствует конвекционное движение шлака в ванне электропечи, обеспечивающее непрерывный скользящий контакт шлаковых масс с восстановлением.
При взаимодействии восстановителя со шлаком в первую очередь будут восстанавливаться окислы меди, никеля, кобальта и железа. Но поскольку окислов железа в шлаке больше, чем окислов других металлов, то преимущественно будут восстанавливаться окислы железа. В результате получается металлический сплав, состоящий в основном из железа. Этот сплав растворяется в штейне и образуется так называемый металлизированный штейн.
Взаимодействие шлака с углеродистым восстановителем может быть представлено следующими взаимосвязанными реакциями:
(Ме0)шл + СО = [Ме]спл + СО2
С+ СО2 = 2 СО
Здесь символом Ме обозначен любой из металлов: Ni, Сu, Со, Fе.
Соединения, находящиеся в шлаковой фазе, заключены в круглые скобки, в штейновой и металлической - в квадратные. При прохождении капелек сплава и металлизированного штейна через шлаковый слой происходит восстановление окислов цветных металлов металлическим железом штейна согласно реакции:
(Ме0)шл + [Fе]шт = [Ме]спл + (Fе0)шл
Восстановленные металлы растворяются в штейне и, реагируя с сульфидом железа, переходят в сульфидную форму по уравнению:
[Ме]спл + [FеS] = [МеS]шт + [Fе]шт
Таким образом, при введении в шихту электроплавки угля восстановление цветных металлов шлака осуществляется как непосредственно углеродистым восстановителем, так и металлическим железом. Причем основная масса окислов восстанавливается металлическим железом штейна.
2. Технологическая часть
В процессе электроплавки протекают следующие химические реакции:
1) CoO + FeCo + FeO
) NiO + FeNi + FeO
) 6NiO + 6FeSNi3S2 + 6FeO + S2
) S2 + 2O22SO2
) FeS + 3Fe3O410FeO +SO2
) FeO + COFe + CO2
) FeS + 3Fe3O4 + 5SiO25Fe2SiO4 + SO2
) 2C + O22CO
) C + O2CO2
) MgO + SiO2MgO?SiO2
) CaO + SiO2CaO?SiO2
) Al2O3 + SiO2Al2O3?SiO2 [7]
2.1 Раiет ма