Лекция 1. Общие сведения об автогенности

План лекции:

1. Понятие автогенная плавка

2. Основные и побочные реакции автогенных процессов

3. Технологическое и аппаратурное оформление автогенного процесса.

Автогенными называются технологические процессы, которые осуществляются полностью за счет внутренних энергетических ресурсов без затрат посторонних источни­ков тепловой энергии — топлива или электрического тока. При переработке сульфидного сырья, обладающего доста­точно высокой теплотворной способностью, автогенность пирометаллургического процесса (плавки) достигается за счет тепла экзотермических реакций горения (окисления) сульфидов перерабатываемой шихты. В качестве окисли­тельного реагента при плавке можно использовать воздух, обогащенное кислородом дутье или технологический кисло­род.

Таким образом, автогенная плавка является окисли­тельным процессом. При ее осуществлении степень десульфуризации можно изменять в широких пределах, изменяя соотношение между количествами перерабатываемого мате­риала и дутья. Это позволяет в широком диапазоне варьи­ровать составом штейнов, вплоть до получения черновой меди.

Все автогенные плавки являются совмещенными. Они объединяют в одном металлургическом аппарате про­цессы обжига, плавки и частично или полностью конверти­рование. Это позволяет наиболее рационально и концентри­рованно (в одном месте) переводить серу шихты в газы. При этом в зависимости от содержания кислорода в дутье можно получать газы с различным содержанием SO₂, вплоть до чистого сернистого ангидрида.

Автогенные процессы позволяют создавать технологи­ческие схемы, обеспечивающие минимальные энергетичес­кие затраты, высокую комплексность использования сырья и предотвращение загрязнения воздушного и водного бас­сейнов.

Принцип автогенности при переработке сульфидных ма­териалов давно используется в металлургии меди. Приме­ром типичных автогенных процессов, применяемых ранее или широко используемых в современной металлургической практике, могут служить пиритная плавка, окислительный обжиг сульфидных концентратов и конвертирование штей­нов.

Идея использования автогенного процесса для плавки флотационных медных концентратов на штейн возникла и была впервые опробована в Советском Союзе и получила в дальнейшем широкое развитие во всем мире. В настоя­щее время можно назвать не менее двух десятков освоен­ных промышленностью, внедряемых и разрабатываемых автогенных процессов. Крупный вклад в развитие и про­мышленное внедрение автогенных процессов вносил Совет­ский Союз.

В основе любого автогенного способа плавки сульфид­ных медных, медно-цинковых и медно-никелевых концент­ратов и руд лежит следующая суммарная реакция:

2FeS + 3O₂ + SiO₂ 2FeO • SiO₂ + 2SO₂ + 1030290 кДж. (1)

Эта экзотермическая реакция протекает в две стадии. Сначала проходит окисление сульфида железа:

2FeS + 3O₂ = 3FeO + SO₂ + 937340 кДж, (2)

а затем образовавшийся оксид железа ошлаковывается кварцевым флюсом:

2FeO + SiO₂ = 2FeO· SiO₂ + 92950 кДж. (3)

При окислении сульфидных материалов возможно так­же переокисление железа до магнетита:

6FeO + O₂ = 2Fe₃O₄ + 635560 кДж (4)

с последующим его разрушением сульфидом железа:

3Fe_d0₄ + FeS + 5SiO₂ = 5 (2FeO• SiO₂) + SO₂ — 19930 кДж. (5)

Применительно к флотационным концентратам автоген­ные металлургические процессы могут быть организованы по-разному: как технологически, так и аппаратурно. С тех­нологической точки зрения такие процессы в первую оче­редь различаются методом сжигания сульфидов, которое может быть проведено в факеле или в расплаве.

При сжигании сульфидов в факеле мелкий хорошо вы­сушенный концентрат вдувается в разогретое до высоких температур плавильное пространство вместе с кислородсо­держащим дутьем. Сульфидные частицы, находясь во взве­шенном состоянии, окисляются кислородом дутья [ ре­акция (2)] и в зависимости от температуры частично или полностью расплавляются. Реакция (3) в этих условиях не может получить большого развития, и в факеле возмож­но переокисление FeO по реакции:

3FeO+1/2 О₂ = F₃О₄.

Образовавшиеся в факеле капли сульфидно-оксидного расплава падают на поверхность спокойной шлаковой ван­ны, где продолжаются основные физико-химические взаи­модействия и превращения, включая процессы шлако- и штейнообразования и отстаивания. При таком методе авто­генной плавки шлаки характеризуются повышенным со­держанием извлекаемых металлов в форме растворенных оксидов и тонкой механической взвеси.

Факельное сжигание сульфидов используют во всех ви­дах плавок во взвешенном состоянии и частично в кивцэтном процессе.

Автогенные процессы, осуществляемые в расплавах, имеют особый механизм плавки. Его элементарные стадии: плавление загруженной шихты и растворение ее компонен­тов в первичном, хорошо перегретом сульфидно-оксидном расплаве, окисление сульфидов, процессы штейно- и шла­кообразования. Последовательность их протекания в этом случае выделить невозможно. Фактически все они идут одновременно в определенном объеме расплава.

При осуществлении указанных процессов физико-хими­ческие превращения начинаются с момента загрузки ших­ты в интенсивно перемешиваемый расплав. Подачу шихты можно производить как на поверхность расплава, так и вдуванием в него вместе с окислительным реагентом. Пода­ваемое в расплав дутье обеспечивает его интенсивный барботаж, что способствует ускорению всех физико-химических процессов. Однако разделения и отстаивания жидких продуктов плавки в условиях интенсивного барботажа про­исходить не может; эта стадия плавки должна произво­диться в отдельной зоне или в специальном аппарате.

Идея окислительной плавки сульфидных концентратов в расплавах уже не одно десятилетие привлекает и продол­жает привлекать внимание металлургов. К настоящему времени предложено большое количество технологических и аппаратурных вариантов автогенных плавок в расплавах. Среди них особый интерес представляют плавка в жидкой ванне, разработанная в СССР, и зарубежные процессы — «Норанда» (Канада) и «Мицубиси» (Япония), внедренные в промышленном масштабе.

В настоящее время к числу наиболее технологически и аппаратурно отработанных автогенных процессов относит­ся плавка во взвешенном состоянии во всех ее разновидно­стях. Сейчас этот процесс применяют более чем на 30 пред­приятиях во многих странах мира для переработки медных, никелевых и пирротиновых концентратов. [2]

Контрольные вопросы:

1. Объяснить понятие автогенной плавки.

2. Показать основные и побочные реакции автогенных процессов.

3.Объяснить технологическое и аппаратурное оформление автогенного процесса.