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
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
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. | Cu | Ni | Fe | S |
Оксиды |
Прочие |
Общ. мас. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Si | Ca | Mg | Al | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Конц-т | 4 | 8 | 46 | 30 | 3,5 | 2,3 | 2 | 1,38 | 2,82 | 100 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Обор. Пыль | 2,3 | 5,2 | 26 | 18,5 | 24,5 | 2,6 | 2,1 | 2,3 | 16,5 | 100 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Шихта | 3,75 | 7,58 | 43,00 | 28,28 | 6,65 | 2,35 | 2,02 | 1,52 | 4,87 | 100 |
Предварительный расчёт по выходу штейна.
Извлечение в штейн из шихты :
Cu – 91%
Ni – 91 %
Всего в штейн перейдет :
Cu 3,75х0,91= 3,41
Ni 7,58х0,91= 6,9
Вес штейна на 100 кг концентрата при 50 % содержании металлов :
(3,41+6,9)х0,5= 20,61
По данным Б.П. Недведецкого, в штейнах с 50% металла содержится 2% О2 и 23,7% S
В этом случае содержание железа в штейне составит:
Fe: 100-(50+2+23,7)= 24,3%
Предварительный состав штейна.
Таблица № 3
Хим. Сост. | Масса кг. | % |
Ni | 6,9 | 33,48 |
Cu | 3,41 | 16,55 |
S | 4,88 | 23,7 |
O2 | 0,41 | 2 |
Fe | 5,01 | 24,3 |
Итого | 20,61 | 100 |
Перейдет в шлак железа: 43-5,01=37,99 кг
Флюсы:
Для получения кондиционных отвальных шлаков и в связи с высоким содержанием Fe в исходном сырье в шихту вводятся флюсующие присадки. Основным флюсующим компонентом в шихте служит песчаник.
Примем следующий состав песчаника:
SiO2 – 80 %, MgO – 1,5%, Al2O3 – 8,7%
CaO – 1,3 %, FeO – 2,5%,
Расчет ведем на получение шлака, содержащего 30% SiO2.
Примем, что Х – общая масса шлака, кг; У – масса загружаемого песчаника, кг. Составляющие песчаника переходят в шлак целиком. Тогда общая масса шлака будет, кг:
Х=У+37,99х71,85/55,85+5,88+6,65= У+61,4
37,99х71,85/55,85 – количество FeO, образовавшаяся из железа концентрата, перешедшего в шлак.
6,65 – количество SiO2 в концентрате
5,88 – количество CaO, MgO, Al2O3
Второе уравнение получаем из баланса:
0,30 Х=6,65+0,8У
Решая систему уравнений получаем:
У=23,54 (песчаник) Х = 84,94 (шлак)
Результат проверяем подсчетом количества и состава шлака:
FeO | 48,87+23,54х0,025=49,46 | 58,23 |
SiO2 | 6,65+23,54х0,8=25,48 | 30,00 |
Al2O3 | 1,52+23,54*,087=3,57 | 4,19 |
CaO | 2,35+23,54х0,013=2,66 | 3,12 |
MgO | 2,02+23,54х0,015=2,37 | 2,79 |
Прочие | 1,42 | 1,67 |
Итого | 84,94 | 100 |
Для расчета состава и количества отходящих газов примем, что весь кислород, необходимый для осуществления реакций, поступает с подогретым дутьем. При этом необходимо учитывать, что на практике имеются неорганизованные подсосы холодного воздуха, количество которого может колебаться от 2% до 6%.
Влажность шихты 0,2%, следовательно в печь поступит ее
(100+23,54)х0,002=0,25 кг
С учетом содержания серы в штейне и шлаке ее перейдет в газы:
28,28 – 4,88- 0,67=22,73 кг
32S-64 SO2
22,73 S - X SO2, что составляет 45,46 кг SO2
На окисление железа, переходящего в шлак, расход кислорода составит 48,87-37,99=10,88кг
Общая потребность кислорода на плавку 100 кг концентрата будет, кг:
- На окисление серы – 22,73
- На окисление железа – 10,88
- Переходит в штейн – 0,41
Итого:34,02 кг
Вместе с кислородом в печь поступит азота
34,02/0,23 х 0,77=113,8 кг
Из практики работы известно, что со шлаком теряется: Cu – 2%, Ni – 4,5%
Cu= 3,75 x 0,02= 0,075
Ni= 7,58 x 0,045=0,34
S в шлак = 28,28- (4,88+22,73)=0,67
В технические газы отходит:
Cu: 3,75-(3,41+0,08)= 0,26
Ni: 7,58-(6,9+0,34)=0,34
Статьи баланса | Всего | В том числе | |||||||||||
Cu | Ni | Fe | S | SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | O2 | N2 | H2O | прочие | ||
Загружено: | |||||||||||||
Шихты | 100,22 | 3,75 | 7,58 | 43,00 | 28,28 | 6,65 | 2,35 | 2,02 | 1,52 | - | - | 0,20 | 4,87 |
Песчаника | 21,59 | 18,83 | 0,31 | 0,35 | 2,05 | - | - | 0,05 | |||||
Воздуха | 147,82 | 34,02 | 113,80 | ||||||||||
Всего: | 269,63 | 3,75 | 7,58 | 43,00 | 28,28 | 25,48 | 2,66 | 2,37 | 3,57 | 34,02 | 113,80 | 0,25 | 4,87 |
Получено: | |||||||||||||
Штейна | 20,61 | 3,41 | 6,90 | 5,01 | 4,88 | - | - | - | - | 0,41 | - | ||
Шлаков | 88,91 | 0,08 | 0,34 | 37,99 | 0,67 | 25,48 | 2,66 | 2,37 | 3,57 | 10,88 | 4,87 | ||
Технические газы | 160,11 | 0,26 | 0,34 | 22,73 | 22,73 | 113,80 | 0,25 | ||||||
Всего: | 269,63 | 3,75 | 7,58 | 43,00 | 28,28 | 25,48 | 2,66 | 2,37 | 3,57 | 34,02 | 113,80 | 0,25 | 4,87 |
2019-10-11 | 181 | Обсуждений (0) |
5.00
из
|
Обсуждение в статье: Восстановление технологических газов угольной пылью. |
Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓ |
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...
Система поиска информации
Мобильная версия сайта
Удобная навигация
Нет шокирующей рекламы