15. Мыс металлургиясындағы автогендік балқыту процестері. «Айзасмелт» процессі. Ванюков процессі.
Жоғарыда қарастырылған қазіргі кезде мыс металлургиясында қолданылатын шикізатты шарпымалы және шахталы пештерде балқытудың кемшіліктері едәуір. Негізгі кемшіліктердің бірі технологиялық үрдістердің көпсатылығы, бұл шикіқұрамның пайдалы компоненттерінің технологиялық және аралық өнімдердің арасында жайылып кетуіне әкеліп соғады. Нәтижесінде шикізатты кешенді өңдеу жеткіліксіз болып, пайдалы заттардың алынуы жеткіліксіз болады. Екінші кемшілік мысты шикізатты қорыту үлкен энергетикалық шығынмен іске асады. Және бұл үрдістер қоршаған ортаны көп ластайды.
Сондықтан ғылыми-техникалық прогрестің маңызды бағыттарының бірі металлургиялық өндіріске шикізатты жоғары кешендік өңдеуді қамтамасыз ететін, зиянды заттармен қоршаған ортаны ластаудан сенімді қорғайтын қорүнемдеуші технологиялар мен қондырғыларды енгізу болып табылады. Шикізатты кешенді қолдану ұғымына ондағы бағалы компоненттерді (мысты, никельді, мырышты, кобальтты, күкіртті, темірді, асыл металдарды, сирек және шашыранды элементтерді) максималды мөлшерде бөліп алу және кеннің силикатты бөлігін пайдаға асыру жатады. Кешенді қолдану түсінігіне сульфидті шикізаттың жану жылуын пайдалануды да жатқызу керек. Сульфидті шикізат бағалы компоненттерді алу көзі ғана емес, энергетикалық отын деп те қарастырылу керек.
1 кг жоғары күкіртті кендер мен материалдар жанғанда 6000 кДж жылу бөлінеді. Бұл 0,2 кг шартты отын жаққанға сәйкес келеді. Егер сульфидті кендерді өндірудің жылдық көлемі 100 млн. тонна болатынын ескерсек, технологиялық үрдістер кезінде бөлінетін жылу ондағын миллион тонна шартты отын жаққанмен бірдей.
Сондықтан ауыр түсті металдар металлургиясының дамуы автогендік үрдістерді қолдану бағытында жүреді.
Металлургиялық өндірісте автогендік үрдістер деп басқа жылу көздерін пайдаланбай ішкі энергетикалық қорларының әсерінен жүретін технологиялық үрдістерді айтады. Сульфидті материалдарды қорытқанда үрдістің автогендігі шикіқұрамдағы сульфидтердің тотығуының экзотермиялық реакцияларының жылуы және қож түзілу реакцияларының есебінен болады.Тотықтырғыш реагент ретінде ауа, оттегімен байытылған үрлеу немесе техникалық оттегі қолданылады.
Сульфидті материалдарды балқытудың кез келген автогендік әдісінің негізінде сульфидтердің тотығуының экзотермиялық реакциялары жатады, бірінші кезекте шикізаттағы темір сульфидінің тотығуы және қож түзілу реакциялары:
2FeS + 3O2 = 2FeO + 937340 кДж (1.51)
2FeO + SiO2 = 2FeO·SiO2 + 92950 кДж (1.52)
Тотығу және қож түзілу үрдістерінің реакцияларының қосындысы келесі реакция түрінде болады:
2FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeO·SiO2 +2SO2 + 1030290 кДж (1.53)
Автогендік қондырғының реакциялық аумағында келесі реакциялардың жүруінің нәтижесінде елеулі мөлшерде жылу бөлінеді:
3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2 (1.54)
6FeO + O2 = 2Fe3O4 (1.55)
3 Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2 (1.56)
Сонымен автогендік балқыту тотықтандыру үрдісіне жатады. Бұл үрдіс кезінде күкіртсіздендіру дәрежесін кез келген мөлшерде өзгертуге болады. Бұл өңделетін сульфидті материалдардың мөлшері мен пешке енгізілетін үрлеудегі оттегінің қатынасын өзгерту арқылы іске асады.
Технологиялық түрден қарағанда автогендік үрдістер сульфидті материалдарды күйдіру әдісімен ерекшеленеді. Сульфидті шикіқұрам оттықта немесе балқымада жағылады.
Отандық және дүние жүзіндегі мыс өндірісінде қолданылатын сульфидті шикізатты қорытудың алуан түрлі үрдістерін сульфидтерді тотықтыру әдістері бойынша екі топқа бөлу қабылданған: алауда немесе балқымада. Бірінші топқа кең тараған қалқымалы күйде балқыту, «ИНКО» процесі, оттекті алаулы балқыту, Кивцэт және Феркам үрдістері жатады, екінші топқа Ванюков прцесі, шикіқұрамды балқыту мен штейнді конвертерлеудің бірлестірілген (СПК) үрдісі, алулы барботажды балқыту (АББ), Норанд, Эль-тениете, Мицубиси, Сипросмелт (Айзасмелт) т.б. үрдістер кіреді.
Ванюков үрдісі
Ванюков пешінде балқыту, немесе «Ванюков үрдісі» сульфидті шикізатты сұйық былауда балқытуға (СББ) арналған жоғары тиімділікті үрдіс.
СББ үрдісін А.В.Ванюков алғаш рет 1949 жылы ұсынған, кейін (1986ж.) СББ атауын өзгертіп, автордың есімі берілді. Бірінші өндірістік кешені Норильск тау-кен металлургия комбинатында 1977 жылы іске қосылды. Кейін (1985, 1987жж.) Балхаш тау-кен металургия комбинатында сульфидті мыс шикіқұрамын және мырыш өндірісінің клинкерін қорыту үшін екі пеш салынды.
Пештің негізгі элементтері: көрік, кессондалған белдеуі бар шахта, штейн мен қожды үздіксіз шығаратын сифондар, төменгі және жоғарғы қатардағы фурмалар, пеш қаңқасы.
Сұйық былау бойынша сиымдылығы 85,0м3 пеш діңгекті темірбетон фундаментке орналасқан. Пеш едені кері күмбез түрінде оттөзімді қалаудан тұрады, күмбезі шойын панельдерден жасалып, оттөзмді кірпішпен шегенделген. Фурмалар катодты мыстан жасалған, мыс кессондарға бекітілген. Төменгі қатарда 42 фурма (екі жағында 21 ден), жоғарғы қатарда 24 (екі жағында 12 ден) жұмыс істейді. Төменгі қатардағы фурмалар деңгейінде пештің ауданы 36,5 м2. Төменгі қатардағы фурмалардан балқымаға оттекті ауа қоспасы және табиғы газ жіберіледі, жоғарғы қатардағы фурмалар пеш тоқтағанда оны қыздырып ұстап тұруға және сульфидті шикіқұрамды балқыту кезінде элементті күкіртті жағу үшін қолданылады. Пеш аптейкінде тағы 4 фурма оттекті ауа ағынында элементті күкіртті толық тотықтыруға арналған.
1.12-ші сурет Сұйық былауда балқытуға арналған Ванюков пешінің ұзын қимасының сұлбасы.
Штейн мен қож балқымалары пештен үздіксіз табиғи газбен жылытылатын миксерлерге құйылып отырады.
ВП-нің технологиялық газдары жылуды пайдалану үшін кәдеге жаратушы қазаннан өтеді. Газдардың көлемі 40 мың м3/сағ. Қазанға кірердегі температурасы 12500С, шағарда – 4000С. Электр сүзгілерде тозаңнан тазартылып, КҚЦ-на жіберіледі.
Ванюков пешінде ылғалды материалдарды балқытуға болады. Бұл кезде үрдістің автогендігі үрлеуде оттегінің мөлшерін көбейтумен қамтамасыз етіледі. Егер қорытылатын материалдардың ылғалдығы 1-2% болса, үрлеуде оттегі 40-45% болу керек, ал ылғалдық 6-8% болса - оттегі 56-65% болу керек. Ванюков пешінде майда материалдармен қатар кесек шикіқұрамды да балқытуға болады.
Сульфидтердің ірі тамшылары балқыманың астына шөгіп, фурма астындағы аумаққа түседі. Фурма астындағы аумақта балқыма тынық жағдайда болады. Ірі сульфид тамшылары балқымада жоғарыдан төмен қарай жылжығанда қож балқымасын бірнеше қатар шайып, оны кедейлетеді.
Қож бен штейн Ванюков пешінен үздіксіз, бөлек-бөлек пештің қарама-қарсы бет қабырғаларында орналасқан сифондар арқылы ағызып алынады.
Ванюков үрдісінің басқа үрдістерден айырмашылығы шикіқұрамды балқыту және сульфидтердің тотығуы штейн емес, қож балқымасында жүреді. Балқыту өнімдері горизонталды емес, вертикалды бағытта жылжиды. Үрдістің бұл ерекшелігі балқыту пешінің ішінде алынатын қождағы мыс аз болғандықтан, қосымша кедейлетудің қажетсіздігі.
Штейндегі мыс 45-55%, ал қожда – 0,5-0,6%. Шығатын газдағы SO2 20-40%. Тозаң шығуы 1%.
Ванюков пештерінің өлшемдері өнімділігіне байланысты 10 нан 30 метрге дейін ауытқиды. Пештердің ені 2,5-3,0 м. Шахтаның жалпы биіктігі 6,0-6,5 м. Пештердің ерекшелігіне урлеу фурмаларының еденнен биік орналасуы жатады. Олар еденнен 1,5-2,0 м биіктікте орналасады. Ванюков пештерін өндірісте қолдану олардың басқа әдістермен салыстырғанда артықшылықтары көп екенін көрсетті. Бұл әртүрлі балқыту түрлерінің техника-экономикалық көрсеткіштерін салыстырғаннан көрінеді.