Взвешенная плавка никелевого концентрата в Печи взвешенной плавки(ПВП)

В последней зоне, называемой зоной усреднения температур, скорости всех окислительных процессов быстро падают, так как, во-первых, падает содержание кислорода в

Взвешенная плавка никелевого концентрата в Печи взвешенной плавки(ПВП)

Реферат

Экономика

Другие рефераты по предмету

Экономика

Сдать работу со 100% гаранией
взаимодействия сульфидов с кислородом печной атмосферы в ходе взвешенной плавки являются типичными гетерогенными процессами, скорость которых при прочих, равных условиях линейно зависит от величины поверхности раздела на границе твердое - газ.

Произведя несложный расчет, можно убедиться что 1 кг материала с удельным весом 4 г/см3 при среднем диаметре зерна 0,04мм, что соответствует размеру зерен флотационных концентратов., имеет удельную поверхность 59,5 м2/кг, Будучи взятым в виде компактного шара, тот же I кг материала имеет поверхность всего 0,019 м2. Таким образом, измельчение материала влечет за собой резкое увеличение его удельной поверхности, Однако, излишнее переизмельчение шихтовых материалов нежелательно, так как в этом случае возрастает пылеунос,

Движение частиц в газовом потоке.

Очень важным параметром процесса плавки во взвешенном состоянии является время пребывания шихтовых частиц в потоке от момента поступления в пространство реакционной шахты до соударении с поверхностью расплава в отстойной зоне печи.

Поскольку и газы, и частицы шихты движутся в одной направлении сверху вниз, очевидно, что время пребывания шихтовых частиц в полете определится суммой скоростей свободного падения частицы и движения газового поток. В условиях плавки сульфидных флотационных концентратов скорость собственного падения самых крупных зерен концентрата не превышает I м/сек. Сульфидные частицы, вдуваемые в реакционную шахту, незначительно опережают газовый поток и время, необходимое для прохождения частиц концентрата по всей высоте плавильной шахты, равно 0,8 - 0.9 времени прохождения газом этого же пути, И если газ проходит шахту печи за 2,8 сек., то частицы флотационного концентрата будут находиться во взвешенном состоянии примерно 2,20 2,50 сек.

Нагрев пылевых частиц и теплопередача

В начальной стадии загрузки шихты в реакционную шахту, шихта подогревается за счет тепла, получаемого ею при конвективном теплообмене с подогретым до 200 С технологическим воздухом. Воспринимаемый частицей тепловой поток описывается уравнением .

Q= x S x (T1-T2)

- коэф-т передачи тепла конвекцией, ккал/м2/час

S воспринимающая тепловой поток поверхность, м2

- время, час

 

Тепла этого явно недостаточно для воспламенения сульфидного материала, т.к. даже сера в зависимости от содержания кислорода в газовой фазе воспламеняется в интервале температур от 260 до 360 °C. Сульфидные же частицы в зависимости от размера зерен воспламеняются при температурах от 280 до 740 С.

Опускаясь ниже, распыленная шихта попадает в зону высоких температур, где она за счет излучения от факела или футеровки реакционной шахты нагревается до температур воспламенения сульфидов.

Количество передаваемого тепла за счет радиационного нагрева описывается уравнением Стефана-Больцмана:

 

Q= S x K x x (T1/100)4-(T2/100)4

 

 

Тепло, полученное поверхностью частицы, передается к ее центру, Передаче тепла в глубь частицы, даже если она и очень мала, осуществляется за счет теплопроводности и для случая шаровидной частицы подчиняется уравнению:

 

qx = Q/(4Пх2 х t)= (Тп-Тх)/r2(1/x-1/r)

Из уравнения следует, что удельный тепловой поток к центру частицы обратно пропорционален квадрату радиуса ее. Это означает, что при малых размерах частиц, которые имеют зерна флотационных концентратов, нагрев материала будет проходить в доли секунды.

Реакции окисления сульфидов протекают со значительным выделением тепла. Так как для окисления сульфида необходим подвод кислорода в зону реакции, тo становится понятным, что эти процессы могут протекать только на поверхности зерен. Из этого следует, что на некотором отрезке времени, начиная с момента воспламенения, от поверхности сульфидной частицы возникает дополнительный тепловой поток в глубь сульфидного зерна.

При воспламенении сульфидной частицы температура ее поверхности скачкообразно возрастает достигая в малые доли секунды 1500-1700°С. Процесс окисления сульфидов приобретает наивысшую скорость, так как в этот момент поверхность зерен максимальна, содержание кислорода в газах еще высокое и окисная пленка на поверхности сульфидного зерна только что зарождается. Средняя температура факела в этой зоне резко повышается до 1400°С и более за счет тепла, выделяющегося при интенсивном окислении всей массы сульфидных зерен. В зоне максимальных температур выделяется основная часть тепла экзотермических реакций плавки, т.к. именно здесь протекают с максимальными скоростями большинство реакций.

 

В последней зоне, называемой зоной усреднения температур, скорости всех окислительных процессов быстро падают, так как, во-первых, падает содержание кислорода в газовом потоке и, во-вторых, на поверхности окисляющихся сульфидных зерен нарастает пленка продуктов реакции, тормозящая диффузию кислорода в глубь зерна. Если на поверхности частицы образуется плотная корка твердого окисла, лишенная трещин и прочих дефектов, то диффузия кислорода через нее будет чрезвычайно затруднена и процесс окисления может прекратиться, не дойдя до конца. Рыхлые, трещиноватые пленки тормозят процесс в меньшей степени, так же, как и жидкие окисные пленки, скорость диффузии через которые примерно на три порядке выше, чем через твердую пленку. В целом процесс окисления в реакционной шахте печи лимитируется диффузией кислорода через пленки продуктов реакции и обратной диффузией -сернистого ангидрида в ядро газового потока.

В устье реакционной шахты окислительные реакции полностью заканчиваются. Об этом свидетельствуют результаты анализа газа на содержание свободного кислорода: парциальное давление кислорода на выходе из реакционной шахты снижается до 10 мм рт.ст.

Диссоциация сульфидов при плавке во взвешенном состоянии

В составе концентратов присутствуют высшие сульфиды, которые диссоциируют при нагревании на низшие сульфиды и серу. Ниже приведены реакции диссоциации.

FeS2FeS+S

Fe11S1211FeS+S

Fe7S87FeS+S

3NiFeS23FeS+Ni3S2+1/2S2

2CuFeS2Cu2S+2FeS+S

2CuSCu2S+S

3NiSNi3S2+S

2CuFe2S3Cu2S+4FeS+S

2Cu5FeS45Cu5S+2FeS+S

В интервале температур от 550 С до 650 С первым диссоциирует пирит, давление диссоциации которого при 631°С до 0,1 атм. Наиболее устойчив борнит, диссоциирующий в температур 8400-850°С. Все реакции идут с поглощением тепла. Отщепляющаяся сера воспламеняется, в зависимости от содержания кислорода в дутье, в интервале температур 280 С-560 С.

Конечными продуктами диссоциации высших сульфидов во всех случаях являются низшие сульфиды которые в дальнейшем частично окисляются, образуя окислы соответствующих металлов переходящие в шлак.

1/2S2+O2=SO2 (без катализатора)

1/2S2+3/2O2=SO3 (с катализатором)

Ni3S2+7/2O2=3NiO+2SO2

Cu2S+1,5O2=Cu2O+SO2

FeS+1,5O2=FeO+SO2

3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2

Неокислившиеся низшие сульфиды переходят в штейн. Окисление сульфидов сопровождается образованием больших количеств магнетита, особенно в поверхностных слоях частиц. Переокисление железа до магнетита зависит также от степени десульфуризации при плавке. С возрастанием степени десульфуризации и получением более богатых штейнов все большая часть железа переводится в форму магнетита.

К числу важнейших элементарных стадий, протекающих в отстойной камере печи, относятся:

1) сульфидирование образовавшихся в факеле оксидов ценных металлов;

2) растворение тугоплавких составляющих (CaO, Si02, AI2О3, и MgO и др.) в первичных железистых шлаках и формирование шлака конечного состава;

3) восстановление магнетита сульфидами;

4) формирование штейна конечного состава и укрупнение мелких сульфидных частиц;

5) разделение штейна и шлака.

9NiO+7FeS=3Ni3S2+7FeO+SO2

Cu2O+FeS=Cu2S+FeO

Образование фаялита

2FeO+SiO2=(FeO)2SiO2

Разложение магнетита

3Fe3O4+FeS+5SiO2=5(FeO)2xSiO2+SO2

Плавкость сульфидов

В сравнении с окислами сульфиды являются более легкоплавкими соединениями. Температуры плавления основных сульфидов, входящих в состав медных и никелевых штейнов:

Сульфид железа 1171 С

Халькозин 1135 С

Сульфид кобальта 1140 С

Хизлевудит 788 С

Эвтектические сплавы, образованные двумя различными сульфидами, а так же эвтектики между сульфидом и его металлом более легкоплавки, чем отдельные компоненты.

Штейны при плавке сульфидных компонентов всегда является многокомпонентными системами. Составы штейнов не всегда отвечают составам эвтектик, но тем не менее, температуры плавления штейнов все же ниже, чем температуры плавления входящих в них сульфидов. Обычно при температуре 850-900°С штейны находятся в жидкотекучем состоянии,

Термодинамика окислительных реакций при плавке во взвешенном состоянии

В общем виде основную реакцию, протекающую в реакционной шахте печи, можно представить следующим уравнением:

MeS+1,5О2= MeO+SO2+Q

Эта реакция экзотермическая и ее тепловой эффект во многих случаях, при условии нагрева материала до температуры воспламенения, обеспечивает самопроизвольный ход процесс без затрат тепла извне.

Об интенсивности протекания той или иной реакции принято судить по величине измерения изобарно-изотермического потенциала системы, которая выражает энергетические превращения в ходе химического процесса. При всех самопроизвольных процессах величина Z имеет отрицательный знак, что говорит о высвобождении энергии и отдаче ее системой на сторону, В этом случае мы наблюдаем выделение тепла в ходе реакции. Чем больше числовое значение Z при отрицательном знаке, тем энергичнее и глубже протекает реакция. Таким образом, сравнивая между собой вел

Похожие работы

< 1 2 3 4 > >>