СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ МЕДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ ДЛЯ АО «АГМК»

АННОТАЦИЯ

В проекте предложена технологическая схема переработки медных концентратов с использованием наиболее совершенных и эффективных технологий для акционерного общества Алмалыкского горно−металлургического комбината (АО «АГМК»). На основе современных методов переработки медных концентратов представлена наиболее рациональная технологическая схема с использованием непрерывного процесса конвертирования в печи Ванюкова (ПВ).

Добытая руда перерабатывается в МОФ или МОФ−2 и хвосты направляются в отвал. Полученный концентрат с помощью транспортеров направляется в металлургический цех, где идет разделение концентрата для отражательной плавки (ОП) и для кислородно-факельной плавки (КФП).

Концентрат, направляемый в КФП, высушивают в сушильных трубах, так как для его подачи необходимо, чтобы влажность была не больше 0,5 %. КФП работает как плавильный агрегат концентрата и его шлаки направляются на отвал для дальнейшей переработки. Штейн от КФП в 75 тонных ковшах направляется на конвертирование в конверторы Пирса-Смитта.

Отражательная печь работает как агрегат для обеднения конвертерных шлаков и как плавильный агрегат. Полученный штейн направляется в конверторы, а шлак ОП в отвал. Газы после очистки вместе с газами КФП направляются в сернокислотный цех для получения серной кислоты.

Полученные штейны от КФП и ОП конвертируют в конвертерах Пирса-Смитта, газы которого направляются в сернокислотный цех для получения серной кислоты. Полученная черновая медь, с содержание 99,3 % Cu, направляется в анодные печи для рафинирования. В конвертерах кроме штейнов ОП и КФП перерабатывают шлаки анодной печи, так как в шлаках содержание меди достигает до 60 % по меди. 

Действующая технологическая схема МПЗ представлена в рисунке 1.

Рисунок 1. Текущая технологическая схема ОАО «АГМК»

Описание предлагаемой схемы

Предлагаемая технологическая схема имеет следующие преимущества:

− Предусматривает замену существующих конвертеров Пирса-Смитта на печь Ванюкова, что дает возможность увеличить концентрацию сернистого  ангидрида с 4 % до 55 % и значительно уменьшить выброс SO₂ в окружающую среду.

­− Улучшается показатели использования сернистого ангидрида, так как увеличение содержания SO₂ в газах дает возможность получать не только серную кислоту, но и элементарную серу, что является ценным продуктом на сегодняшний день для разных промышленностей.

− По предлагаемой схеме шлаки КФП отправляемые на отвал будут перерабатываться в ОП, что дает дополнительное извлечение меди по схеме.

­ По текущей схеме на штейн работают две печи, один из которых работает на природном газе. Отражательная печь является источником загрязнения окружающей среды и потребителем ценнейшего сырья для химической промышленности - природного газа. По предлагаемой схеме режим работы ОП меняется и тем самым уменьшается использование природного газа и уменьшаются дымовые газы.

­ Так как по текущей схеме использовались крутящиеся конверторы Пирса-Смитта, были большие опасности работающему персоналу связи загрузкой и выгрузкой продуктов печи. Но их замена на стационарную печь ПВ позволяет автоматизировать процесс конвертирования и сократить долю тяжелого труда рабочего персонала и самое главное процесс конвертирования становится непрерывным.

Предлагаемая технологическая схема представлена в рисунке 2.

Рисунок 2. Предлагаемая технологическая схема

Практика процесса Ванюкова

Процесс представляет собой непрерывное плавление и окисление в шлаковой ванне расплава медного сульфидного сырья. Ванна барботируется кислородсодержащим дутьем. Образующийся при плавке штейн или черновая медь непрерывно выводится из печи через штейновый сифон, а шлак соответственно через шлаковый сифон.

Гранулированный штейн подается в ванну расплава печи через две или три загрузочные течки. Гранулированный штейн, при загрузке в печь, погружается в горячий жидкий шлак с температурой 1250−1350 °C. Жидкий шлак смачивает поверхность твердых частиц шихты и нагревает их до температуры, при которой между ними начинается интенсивные физические и химические взаимодействия, в результате чего формируются конечные продукты плавки. [1].

Кислород дутья и природный газ вступают во взаимодействие со шлаком, генерируя тепло за счёт экзотермических реакций, и создают требуемые окислительно-восстановительные условия в расплаве. Скорость движения газовой струи на срезе фурмы составляет 150−220 м/с. Перемешивание газом расплава и включений перерабатываемых материалов интенсифицирует химические и физические взаимодействия в надфурменной зоне ванны расплава [2].

Такие высокие скорости подачи газовой струи обеспечивают устойчивый канальный характер струи на расстоянии 100−400 мм от среза фурмы. Далее движение газов дутья перестает иметь канальный характер и струя разбивается на газовые пузыри. Химическое взаимодействие кислорода дутья и расплава протекает на стенках канала, поверхностях газовых пузырей и капель расплава.

Фурменная (барботируемая) зона печи ПВ является местом, где происходят основные физико-химические взаимодействия − окисление кислородом дутья компонентов шихты, растворение кварца и других тугоплавких составляющих шихты, формирование шлака и штейна. Образующиеся капли меди и штейна оседают в подфурменную зону и далее в донную фазу (черновой меди). В условиях непрерывного поступления сульфидной шихты в фурменную зону и отсадки из неё капель меди в зоне барботажа образуется шлако-штейновая эмульсия с определённым соотношением шлака и штейна. При этом сплошной фазой в эмульсии является, шлак и диспергированной − штейн. Шлако-штейновая эмульсия состоит на ~95 % по объёму из шлака и ~5 % по объёму из штейна. Большие скорости тепло− и массообмена обеспечиваются барботажем и энергичным перемешиванием шлако-штейновой эмульсии в фурменной зоне печи. Загружаемый в фурменную зону материал быстро распределяется по всему объёму шлака в барботируемой зоне. Это приводит к быстрому выравниванию средней температуры и состава продуктов плавки по всей барботируемой зоне. Ниже оси фурм (подфурменной зоне) жидкие фазы, образующиеся в результате реакций, формируют отдельные слои, разделяясь по удельному весу. Затем жидкие фазы выводятся по раздельным выпускным каналам. При непрерывной загрузке в расплав шихты, подаче дутья и выпуске расплавов и газов в печи при неизменности входных параметров устанавливаются некоторые постоянные во времени условия, которые определяют состав получаемых жидких и газообразных продуктов плавки. Многочисленные исследования показывают, что эти условия весьма близки к условиям термодинамического равновесия, что достигается, прежде всего, за счёт высоких скоростей физико-химических превращений в процессе Ванюкова [3].

Расчет параметров печи Ванюкова

Расчет подины печи

Для расчета основных параметров печи зададимся годовой производительностью печи и другими параметрами.

Фонд рабочего времени:

Фонд ремонтного времени:

Годовая производительность печи по меди:

Суточная производительность по меди:

Часовая производительность по меди:

Необходимо сделать расчет производительности на штейн, так как в штейне содержится 47 % меди.

Годовая производительность по штейну:

Суточная производительность по штейну:

Часовая производительность по штейну:

Зная суточную и часовую производительность по штейну, можно определить основные параметры ПВ. Из практических данных принимается, что удельная производительность ПВ по штейну равна 80 тонн/(м²∙сут).

Площадь подины печи:

На сегодняшний день существующие печки Ванюкова имеют ширину порядка 2 м, так как увеличение ширины печи приводит к снижению технико-экономических показателей печи.

Длина печи: .

Расчет боковых стен и свода печи

По практическим данным принимается, что высота печи равна 6 м. Так как обычно уровень черновой меди в ПВ составляет 1 м, то кессонированая часть стенки составит 5 м. Фурменный пояс находится на высоте 0,4 м от уровня черновой меди. В последние годы тенденция усовершенствования печки Ванюкова стремится делать боковое ограждение печи наклонным. Принимается решение сделать из 5 м оставшейся высоты (кессонируемые) 1 м вертикальные кессоны, а остальные 4 м под наклоном 10 градусов. С учетом наклона ширина боковых стенок будет равна 4,06 м, а длина будет такой же, как и длина печи 8 м.

С помощью расчетов находится площадь кессонированных боковых стенок.

Площадь стенок: м²

Из-за наклона боковых стенок ширина газохода будет равна 3,41 м, а не 2 м как ширина подины. По практическим данным принимается длина газохода равным 2 м.

Площадь свода: м².

Общая площадь кессонированной частей печи: м².

Рассчитанные параметры печи показаны на рисунке 3.

Рисунок 3. Печь Ванюкова

Список литературы:

1. Федоров А.Н., Манцевич Н.М. Комплексная переработка медного и никеллевого сырья. Учебное пособие.– М.: Ротапринт МИСиС, 1987.
2. Ванюков А.В., Уткин Н.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья.– М.: Металлургия, 1988.
3. Васкевич А.Д. Производство меди и никеля. // Итоги науки и техники. Металлургия цветных металлов.– 1982.– № 4.