13. Мыс концентраттарын өңдеудің технологиялық сұлбасы. Мыс концентраттарын қайнау қабатында күйдірудің теориясы мен технологиясы.

Мыс кені

Байыту

Байыту қалдықтары Мыс концентраты

Үрлеу Флюстер

Күресінге

______________Күйдіру Үрлеу

Газдар Өртенді

Флюстер

____Штейнге балқыту____ ____ Қара мыс ала балқыту

Газдар Штейн Қож Қож Газдар

Күресінге

Кедейлетуге

Шынытас Үрлеу

H₂SO₄ өндіруге

_____Конвертерлеу________

Газдар Конвертер қожы Қара мыс

Кедейлетуге

Ауа Тотықсыздандырғыш

H₂SO₄ өндіруге Отты рафинациялау

Анодтық мыс

Электролиттік рафинациялау

Катодтық мыс Шлам

Мыс концентраттарын қайнау қабатында күйдірудің теориясы мен технологиясы.

Мыс концентаттарын күйдірудің негізгі әдісі қазір қайнау қабатында (ҚҚ) күйдіру болып табылады. Бұрын кең қолданылған көптабанды механикалық пештер қазір өзінің өндірістік маңызын жоғалтты.

Қайнау қабатында күйдіру сульфидті концентраттың қабатынан ауа ағынын немесе оттегімен байытылған үрлеуді жоғары қарай белгілі жылдамдықпен үрлеуге негізделген. Үрлеудің жылдамдығы пешке тиелген материалдардың барлығы қайнаған сұйыққа ұқсап, үздіксіз ілгері-кейінді қозғалысқа түсуін қамтамасыз етуі керек. Сондықтан бұл үрдісті қайнау қабатындағы үрдіс деп атаған. Шикіқұрамды қайнау қабатында тотықтыра күйдіру кезінде келесі негізгі химиялық реакциялар жүреді:

2FeS + 3,5O₂ = Fe₂O₃ + 2SO₂ (1.22)

2FeS₂ + 5,5O₂ = Fe₂O₃ + 4SO₂ (1.23)

3FeS + 5O₂ = Fe₃O₄ + 3SO₂ (1.24)

2CuFeS₂ + 6O₂ = Fe₂O₃ + Cu₂O + 4SO₂ (1.25)

Күйдіру кезінде мыс сульфидтерінің де тотығуы мүмкін

Cu₂S + 1,5O₂ = Cu₂O + SO₂ (1.26)

Бірақ мыстың күкіртпен байланыс күші үлкен болғандықтан ол қайтадан алмасу реакциясы бойынша сульфидке айналады:

Cu₂O + FeS = Cu₂S + FeO (1.27)

Мыс концентраттарын тотықтыра күйдірудің өнімдері өртенді, газдар және тозаң.

Өртендінің минералдық құрамының алғашқы концентраттың минералдық құрамынан айырмашылығы өте көп. Оның құрамында сульфидтермен қатар металдардың оксидтері де бар, ал жоғары сульфидтер толығымен жоқ. Өртендідегі негізгі химиялық қосылыстар Cu₂S, FeS, ZnS, Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO, ZnO, CaO, SiO₂, Al₂O₃. Тағы да біраз мөлшерде мыстың, темірдің және мырыштың сульфаттары түзілуі мүмкін.

Қайнау қабатының түзілу механизмі келесідей. Егер сусымалы материал арқылы астынан газ үрлесек, қабат алдымен қопсыйды, ал газдың белгілі жылдамдығында сұйықтың негізгі қасиеттеріне ие болады: қозғалғыштық, аққыштық, ыдыстың пішіні мен көлемін алу қабілеттілігі. Сусымалы материалдың бұл күйі жалған сұйық немесе жалған сұйытылған деп аталады. Бұл жағдай газ ағынының жылдамдығы белгілі шамаға w_min жеткенде, яғни газ ағынының көтеру күшінің қатты материалдың массасына тең болғанында байқалады.

Шикіқұрам қалқыма күйге өтеді де, күйдірілетін түйіршіктердің тозаңмен шығу қарқыны арта түседі.Пештегі түіршіктердің ірілігі әртүрлі болады, сондықтан майда түйіршіктер газ ағынымен пештен шығып кетеді, ал ірілері қабаттың астыңғы жағына жиналады. Қайнау қабатында күйдіргенде әдетте тозаң шығуы шикіқұрам массасының 20-30% құрайды.

Мыс концентраттарын қайнау қабатында күйдіру үшін қимасы дөңгелек, овал және тік төртбұрышты пештер қолданылады. Құрылысының айырмашылығына қарамай кез келген пеште міндетті түрде келесі бөліктері болады: вертикалды шахта, төбесі, соплолары бар еден, тиеу терезесі форкамерасымен, шығару құрылғысы және газарна. ҚҚ пештің құрылысы 1.2-ші суретте келтірілген.

Жұмысшы камера іші қышқақ (шамот) кірпішімен шегенделген, сырты оқшаулағыш материалмен қапталған металл қаптамадан тұрады. Пештің төбесі де оттөзімді кірпіштен жасалады. Пештің едені ауа таратушы соплолар орналастыруға арналған тесіктері бар бетоннан жасалады.Соплолар еден ауданында біркелкі таратылып шахмат тәртібі бойынша орналастырылады. Олардың ара қашықтығы 200-300мм. Олардың саны 1м² ауданда 30 дан 50 ге дейін.

Күйдіру шикіқұрамы концентраттардан, флюстерден және айналымды материалдардан тұрады. Олар шикіқұрам дайындау бөлімінде араластырылады. Әдетте шикіқұрамға 25%-ға дейін шынытас (кварц) және 5%-ға дейін әктас қосады. Шикіқұрамның орташа құрамы, %: 13-15 Cu; 30-31 Fe; 25-30 S; 4-5СаО; 17-18 SiO₂; 8-15 ылғалдық. Дайын шикіқұрам күйдіру алдында барабанды кептіргіштерде 5-6%-ға дейін кептіріледі.

Шикіқұрам форкамераға тиеледі. Форкамераның астындағы еденде соплалардың тығыздығы жоғары. Өртенді биіктігі қайнау қабанының деңгейі бойынша реттелетін ағызу табалдырығы арқылы шығарылады.

Мыс концетраттарын қайнау қабатында күйдіру 870-890⁰С температурада жүргізіледі. Сульфидті материалдарды тотықтыра күйдіргенде көп мөлшерде жылу бөлінеді. Нәтижесінде қайнау қабатындағы температура шектен жоғары көтеріліп кетуі мүмкін. Артық жылуды алып кету үшін қайнау қабатындағы пешке құбырлы немесе иректі суытқыштар енгізіледі.

1 - шикіқұрам шанабы, 2 - шаңұстағыш циклон, 3 - газарна, 4 - пеш, 5 - ағызу табалдырығы, 6 - еден, 7 - ауа коллекторы, 8 - эксгаузер, 9 - форкамера, 10 - шикіқұрам қоректендіруші.

1.2-ші сурет Қайнау қабатында күйдіру пешінің құрылысы.

Үрдістің қарқындылығын арттыру үшін үрлеуді оттегімен байытуға болады. Байыту 25%-ға дейін жетеді. Бұл жағдайда пештен тозаң шығуы біршама азаяды, шыққан газдардағы SO₂ мөлшері 17%-ға дейін көбейеді, пештің өнімділігі артады.

Өртендінің құрамы: 17-20%Cu, 25-36%Fe, 16-18%S, 3-4%Al₂O₃, 14-15%SiO₂.