|
Однако не всегда подобная кооперация экономически целесообразна. В случае высокой энергоемкости металлургического производства его выгоднее размещать вблизи источников дешевой электроэнергии. Так, например, поступают при размещении горных и металлургических предприятий в алюминиевой промышленности. Для этой отрасли цветной металлургии характерно объединение горных предприятий с производством глинозема и расположение заводов по производству металлического алюминия вблизи мощных электростанций.
§ 4. Вторичное сырье
Помимо рудных источников, для получения многих цветных металлов (алюминия, меди, цинка, свинца, благородных и ряда других металлов) используют вторичное сырье. К вторичному сырью относят отходы металлообра-. батывающей промышленности, бракованные и отслужившие свой срок металлические детали и изделия, различный металлический лом, бытовой утиль и т. д.
Удельный вес вторичного сырья из года в год растет. Так, доля вторичного сырья в общем балансе производства алюминия, меди, цинка, свинца и олова в капиталистических и развивающихся странах в 1978 г. соответственно составила: 20; 39,1; 17,6; 37,4 и 22,2 %.
Вовлечение вторичного сырья в цикл металлургического производства имеет огромное народнохозяйственное значение, так как позволяет экономнее расходовать природные рудные ресурсы, получать металлы более простыми и дешевыми металлургическими приемами, дополнительно увеличивать выпуск металлической продукции.
Успешное использование вторичного сырья в цветной металлургии зависит от уровня организации его сбора, сортировки, хранения и подготовки к металлургическому переделу. Отсортированные металлические отходы представляют собой материал одного и того же состава и вида. Металлургическую переработку такого сырья осуществляют, как правило, с получением продукта (металла или сплава), аналогичного переработанному материалу.
В случае несортированного вторичного сырья технология его переработки усложняется и удорожается, требует разделения присутствующих ценных компонентов и всегда характеризуется их повышенными потерями.
В перспективе вторичное сырье должно стать основным источником получения некоторых цветных металлов, а за счет переработки рудного сырья будет покрываться лишь дефицит баланса между потреблением и производством данного металла.
§ 5. Металлургическое топливо
Многие металлургические процессы осуществляются при высоких температурах и связаны с затратами тепловой энергии. Необходимые температуры достигаются сжиганием топлива или за счет использования электроэнергии.
Основные разновидности топлива имеют органическое происхождение. В состав топлива входят углерод, водород, сера, кислород и азот, присутствующие в виде различных соединений и составляющие горючую массу. Кроме того, в топливе могут содержаться вода и зола — негорючая часть топлива, состоящая из оксидов алюминия, кремния, кальция и др.
По агрегатному состоянию различают твердое, жидкое и газообразное топливо, а по способу получения — естественное и искусственное. Искусственное топливо получают в результате направленной переработки естественного топлива.
В ряде металлургических процессов углеродистые материалы, помимо функций топлива, выполняют роль восстановителей. При сжигании топлива выделяется тепловая энергия, количество которой тесно связано с химическим составом топлива и условиями его сжигания. Количество тепла, которое выделяется при сжигании топлива, называется теплотой сгорания топлива или его теплотворной способностью. Теплота сгорания выражается в следующих единицах: кДж/кг, кДж/м3 или кДж/моль. Для сравни
тельной оценки различных видов топлива введено понятие условного топлива с теплотой сгорания 29300 кДж/кг. Так, один килограмм -жидкого топлива с теплотой сгорания 45000 кДж/кг будет эквивалентен 45000:29300=1,53 кг условного топлива.
В последние годы в цветной металлургии при переработке некоторых сортов сульфидных руд и концентратов начали успешно использовать внутренние энергетические ресурсы, перерабатываемого рудного сырья. В этом случае тепловую энергию, необходимую для осуществления металлургического процесса, получают за счет тепла, выделяющегося при горении сульфидов, обладающих достаточно высокой теплотворной способностью. Металлургические процессы, полностью протекающие за счет тепла экзотермических реакций окисления сульфидов, называются автогенными. Использование автогенных процессов в цветной металлургии имеет огромное народнохозяйственное значение, так как позволяет сэкономить большое количество топлива или электроэнергии. Кроме того, оно ведет к резкому улучшению большинства технико-экономических показателей металлургического производства.
О качестве некоторых видов топлива можно судить по данным, приведенным в табл. 6.
Таблица 6. Характеристика различных видов топлива
|
* В кДл{/м5. |
Теплота сгорания топлива может быть рассчитана, если известен состав топлива и тепловые эффекты реакций окисления его составляющих (табл. 7).
Горение топлива осуществляется за счет кислорода дутья: воздуха [21 % (объемн.) 02], смеси воздуха с кис-
Таблица 7. Тепловые эффекты реакций окисления горючих компонентов углеродистого топлива Тепловой эффект реакции
|
лородом (обогащенное дутье) или технологического кислорода [95—98 % (объемн.) Ог].
Полнота сжигания топлива характеризуется коэффициентом избытка дутья (а). Если количество дутья соответствует теоретически необходимому для полного сжигания топлива, то а=1. При недостатке дутья а<1, а при его избытке а> 1. Большой избыток воздуха невыгоден для сжигания топлива, так как вместе с избыточным кислородом будет поступать примерно в четыре раза большее количество азота, требующего тепла для нагрева. Сжигание топлива обычно ведут при a=l,05-f-l,l. Наиболее эффективно топливо сгорает в воздухе, обогащенном кислородом, или в технологическом кислороде, когда на единицу кислорода приходится'меньшее количество азота. При а>1 атмосфера в печи будет окислительной.
При а-<1 горение будет неполным. В этом случае в металлургическом аппарате создается восстановительная атмосфера, часто необходимая для технологических нужд.
Резко снижается эффективность сжигания топлива при высокой его влажности и большом содержании золы. Влага требует затрат тепла на испарение и нагрев ее паров до температур топочных газов, а зола ухудшает качество топлива и условия его сжигания.
В металлургии стремятся использовать только высококачественное топливо с высокой теплотворной способностью и низким содержанием золы. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют природный газ, мазут, кокс и высококалорийный каменный уголь.
Природный газ. Природный газ является самым удобным видом топлива. Его легко транспортировать и подводить к местам потребления при помощи трубопроводов. Перед сжиганием газ не требует никакой подготовки.
Природный газ содержит 85—98 % метана и других углеводородов. Основными примесями природного газа являются сероводород н конденсат (жидкие углеводороды).
В Советском Союзе основные месторождения газа находятся на севере Западной Сибири (Сургут), в Узбекистане, в Саратовской и Волгоградской областях, Ставропольском и Краснодарском краях и в других районах.
Жидкое топливо. Основным видом жидкого топлива, используемого в цветной металлургии, является мазут — остаток от перегонки нефти. Нефть и мазут представляют собой смесь различных углеводородов.
Мазут является ценным сырьем для получения смазочных масел и гудрона. Поэтому применение его в производстве цветных металлов в настоящее время ограничено и сокращается из года в год.
Сжигание мазута осуществляют с помощью специальных форсунок, в которых его пульверизируют сжатым воздухом. Для лучшего распыления (снижения вязкости) мазут перед подачей в форсунки подогревают до ~80°С.
Каменный уголь является продуктом природной минерализации растительных остатков. В зависимости от степени минерализации каменные угли отличаются содержа-* нием свободного углерода, углеводородов, золы и битумов (смолоподобных веществ). В цветной металлургии, как правило, используют только высококачественные угли с малым содержанием золы (<15°/о) и высоким содержанием летучих компонентов — углеводородов (желательно >25%)- Каменный уголь сжигают преимущественно в^ виде угольной пыли. Для этого уголь дробят и измельчают до крупности <70 мкм, а затем сушат. Сжигание пылеуг- ля производят в специальных горелках, распыляя его сжатым воздухом.
К°кс. Некоторые металлургические печи, например шахтные, требуют кускового прочного и пористого топлива. Этим требованиям удовлетворяет только металлургический кокс.
Кокс относится к искусственным видам топлива. Его получают путем сухой перегонки специальных сортов (коксующихся) каменных углей при 900—1000°С в герметично закрытых камерах—коксовых батареях. При коксовании происходит термическое разложение каменного угля с отгонкой в виде газов н паров летучих компонентов. Летучие вещества затем направляют в холодильник, где происходит конденсация ряда ценных продуктов (смолы, бензола, аммиака и др.), а очищенный коксовый газ выводят из холо-
дильннка н используют в качестве топлива для отопления мартеновских печей и для других нужд.
Ниже приведен расчет расхода воздуха и количества дымовых газов при горении природного газа:
Пример 2. Расчет ведем на 100 м3 природного газа следующего состава, % (объеми.): 83,4 СН4) 15,8 С2Н4 и 0,8 N2.
При расчете пользуемся законом Авогадро, согласно которому в равных объемах всех газов содержится равное число молекул, что позволяет сразу подсчитать объем потребного кислорода:
СН4 + 202->С02 + 2Н20; С2Н4 + 302-»2С02 + 2Н20.
Потребуется кислорода, м3:
1 Для сгорания СН4.............................................. 83,4-?=166,8
»» С2Н4 15,8-3=47,4
Всего 214,2
С кислородом поступит азота 214,2:21-79 = 805,8 м».
Теоретическая потребность в воздухе 214,2 + 805,8= 1020 м».
Теоретически в продукты сгорания переходит:
м* % (объемн.)
СОа. • • • 83,4+15,8-2=115 10,25 Н20.. 83,4-2+15,8-2=198,4 17,75 N* 805,8+0,8=806,6 72,00
Всего 1120 100,0
Для расчета фактического расхода воздуха и выхода продуктов сгорания необходимо учесть избыток воздуха, при котором ведется сжигание топлива, и его подсос за счет неполной герметизации аппаратуры.
§ 6. Огнеупорные материалы
В цветной металлургии широкое распространение имеют пирометаллургические процессы, проводимые при температурах до 1500 °С и выше в условиях сильно агрессивных сред — расплавленных шлаков или солевых расплавов. Для сооружения плавильных печей и ряда других металлургических агрегатов, а также для создания в них внутренней защитной облицовки, которая называется футеровкой, используют чаще всего огнеупорные материалы.
Огнеупорными называют строительные материалы, выдерживающие без расплавления температуры до 1600°С и более. По своему составу они в основном представляют оксидные системы.
Огнеупорные материалы в зависимости от их физикохимических свойств классифицируют по огнеупорности, химико-минералогическому составу, химической активности (стойкости) оксидов, по сложности формы изделий и ряду других характеристик.
Огнеупорность — способность материалов к длительному воздействию температур — важнейшее свойство огнеупорных материалов и изделий. По огнеупорности изделия подразделяют на огнеупорные (1580—1770 °С), высокоогнеупорные (1770—2000°С) и высшей огнеупорности (более 2000°С).
По химико-минералогическому составу огнеупорные материалы классифицируют на следующие основные группы:
1. Кремнеземистые —огнеупорная основа Si02:
а) динасовые (>90 % Si02);
б) кварцевые стекла (>99% Si02).
2. Алюмосиликатные — огнеупорная основа А1203 и Si02:
а) полукислые (70—80 % Si02 и <30 % А1203);
б) шамотные (30—45 % А1203);
в) высокоглиноземистые (>45 % А1203).
3. Магнезиальные — огнеупорная основа MgO:
а) магнезитовые (>85 % MgO);
б) доломитовые (содержащие MgO и СаО близко к молекулярному соотношению 1: 1 или с избытком MgO);
в) форстеритовые (содержащие MgO и Si02 в соотношении 0,94— 1,33);
г) шпинельные (содержащие шпинель Mg0-Al203, а также Сг203).
4. Хромистые — огнеупорная основа Сг203 и MgO:
а) хромитовые (~30 % Сг203);
б) хромомагнезитовые (10—30% Сг203 и 30—40% MgO).
5. Углеродистые — огнеупорная основа углерод: v
а) графитовые (30—60 %С);
б) угольные (70—90 % С);
в) карборундовые (на основе SiC).
По характеру химической активности оксида, служащего огнеупорной основой, огнеупоры бывают кислые (Si02), нейтральные (А1203) и основные (MgO, СаО).
При выборе огнеупорных материалов следует иметь в виду, что если в металлургическом агрегате образуются расплавы, обладающие кислотными свойствами, то необходимо применять кислые огнеупоры. В противном случае огнеупорные материалы будут быстро выходить из строя
вследствие химической коррозии. Соответственно обусловливается выбор основных огнеупоров. Нейтральные огнеупорные материалы в определенных пределах способны работать как в кислых, так в основных средах. Неправильный выбор огнеупоров и условий их эксплуатации снижает срок службы печей, ведет к повышенному расходу огнеупоров и ухудшает технико-экономические показатели металлургического процесса.
Важным рабочим свойством огнеупорных материалов является способность сохранять в процессе эксплуатации первоначальный объем и форму. В процессе службы огнеупоры могут расширяться, подвергаться усадке или деформации. Необходимо, чтобы эти изменения были минимальными.
Кроме перечисленных свойств, в ряде металлургических агрегатов важную роль играют пористость или газопроницаемость, теплопроводность, электропроводность и ряд других свойств огнеупоров.
При выборе и использовании огнеупорных материалов учитывают не только их физико-химические и рабочие свойства, но и стоимость, так как огнеупоры относятся к категории дорогостоящих материалов. Если принять стоимость шамота за единицу, то относительная стоимость других огнеупоров будет примерно следующей:
Шамотные......................................................... 1,0
Динасовые 1,1—1,2
Магнезитовые 1,4—1,6
Хромомагнезитовые... 1,2—1,4
Высокоглиноземистые.. 2,5—9
Карборундовые 15—30
Высокая стоимость огнеупоров должна компенсироваться большим сроком их службы.
В металлургическом производстве огнеупорные материалы применяют в виде штучных изделий (кирпичи, блоки и т. п.), огнеупорных растворов, обмазок и засыпки.
Чаще всего используют кирпичи. Огнеупорная промышленность выпускает кирпичи различной формы и раз
меров. Наиболее широко используемые в цветной металлургии формы и размеры кирпичей приведены на рис. 5.
Ниже приводится краткая характеристика огнеупорных материалов, используемых в цветной металлургии.
Кремнеземистые (динасовые) огнеупоры. Динасом называют огнеупорный материал, изготавливаемый из кварцевых пород с использованием-различных связок. Он содер-
Поперечншй мин |
Рнс. 5. Основные кирпичей: |
типоразмеры огнеупорных |
а — положение кнрпнча в кладке: / — торец; 2 — ребро; 3 — тычок; 4 — плашка; 5 — лоток; 6 — углы; 7 — кромки; б — нормальный кнрпнч большого формата: / — прямой; 2 — поперечный клин; 3 — торцовый клин; в — нормальный кнрпнч обыкновенного формата; / — прямой; 2 — поперечный клин; 3 — торцовый клин; г — арочный н сводовый кнрпнчн; д — большой сводовый кнрпнч; / — торцовый клнн; 2 — прямой; 3 — лещадка; е — торцовой клнн; ж — пятовые кнрпичн |
жит не менее 90 % кремнезема. Огнеупорность динасовых изделий не менее 1690—1710 °С, плотность не более 235- 240 кг/м[2]. Термостойкость низкая — не более 2—3 тепло- смен, однако если колебания температуры происходят ниже 800°С, то это не приводит к разрушению динаса. Динас— огнеупор кислотного характера.
Шамотные огнеупоры являются самым дешевым и распространенным видом огнеупорных материалов. Сырьем для их получения служат огнеупорные глины, состоящие в основном из каолинита А120з-2!5Ю2-2Н20.
Шамотные изделия обладают огнеупорностью не выше 1700 °С, низкой температурой начала деформации под нагрузкой (1150—1400 °С), плохой химической стойкостью по отношению к расплавленным шлакам. Их термическая стойкость достигает 50 теплосмен.
Шамотные огнеупоры применяют для кладки печей и ее элементов, где температура не превышает 1400 °С и отсутствует непосредственный контакт со шлаковыми расплавами. В зависимости от условий работы шамотные изделия служат от нескольких месяцев до 10 — 15 лет.
С увеличением содержания А1203 в алюмосиликатных огнеупорах возрастает огнеупорность (до 1850°С) и температура начала деформации (до 1700 °С). Изделия из чистого А1203 называются корундовыми. Они могут быть получены плавкой в электрических печах.
Магнезиальные огнеупоры. Наиболее распространенными огнеупорами этой группы являются магнезитовые и фор- стеритовые.
Магнезитовые огнеупоры получают из магнезита (MgO). Они характеризуются высокой огнеупорностью (~2000°С), высокой температурой начала деформации (1550—1600°С), низкой термостойкостью (4—9 теплосмен), хорошей устойчивостью к основным, в том числе к железистым, шлакам, резким снижением качества при попадании на них влаги. Плотность магнезитовых изделий сравнительно высокая (>965 кг/м3).
Термостойкий магнезит, получаемый по специальной технологии, выдерживает до 100 теплосмен.
Форстеритовые огнеупоры в основном состоят из форстерита (2Mg0-Si02). Их огнеупорность составляет 1830— 1900 °С, а термостойкость 5—14 теплосмен. Они очень ус- стойчивы к воздействию железистых шлаков.
Хромистые огнеупоры. Из этой группы огнеупоров в цветной металлургии применяют хромомагнезитовые и магнезитохромитовые. Они имеют огнеупорность около 2000 °С, характеризуются нейтральными свойствами и хорошо противостоят воздействию основных шлаков. Термостойкость обычных хромомагнезитовых изделий не превышает 10 теплосмен. Значительно большей термостойкостью обладают магнезитохромитовые огнеупоры, которые называют термостойким хромомагнезитом.
Углеродистые огнеупоры обладают рядом положительных свойств: высокими огнеупорностью (более 2500°С), температурой начала деформации, теплопроводностью, термостойкостью, а также повышенной стойкостью к химической коррозии и электропроводностью.
Огнеупорные изделия из углеродистых материалов отличаются высокой восстановительной способностью, что делает их незаменимыми при осуществлении восстановительных процессов.
Крупным недостатком углеродистых изделий является их горючесть. При температурах выше 800 °С они интенсивно горят даже при низкой концентрации кислорода в атмосфере металлургического агрегата.
Глава 2
ОБОГАЩЕНИЕ РУД ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ i
j
§ 1. Общие сведения j
Большинство руд цветных металлов, как уже было показа- 1 но выше, представляют собой сравнительно бедные поли- | металлические породы. Только незначительная часть добы- ] ваемых руд пригодна для непосредственной переработки на металлургических заводах. Руды обычно обогащают, т. е. 1 искусственно повышают содержание металлов в сырье, по- \ ступающем на металлургическую переработку, а в.ряде ] случаев предварительно разделяют ценные металлы. Обо- 4, гащение руд позволяет повысить содержание металла-в де- i сятки и сотни раз по сравнению с добытыми рудами. \ В цветной металлургии роль обогатительных процессов | особенно велика. От содержания металла в перерабатыва- | емом сырье зависит производительность металлургического | предприятия, трудовые затраты, расход топлива, электро- | энергии и вспомогательных материалов, потери извлекае- j мых металлов и себестоимость готовой продукции. Приме- j ром могут служить данные табл. 8, характеризующие влия-1 ние содержания свинца в сырье, поступающем в плавку, на 1 ее показатели. 1
Как следует из приведенных данных, если принять про- 1 изводительность завода по выпуску свинца за 100 % при | 50 % свинца в сырье, то при содержании свинца 30 % она 1
Таблица 8. Зааисимость показателей свинцовой плавки от содержания свиица в сырье
|
уменьшится почти вдвое, а при 10 % снизится в 6 раз. Расход кокса при этом возрастет более чем в 10 раз, а потери свинца увеличатся почти в 8 раз.
Повышение содержания металла в сырье в результат^ его обогащения достигается путем удаления большей части пустой породы. Однако, если руда содержит в достаточных количествах несколько металлов, задачи обогащения расширяются.
Наряду с отделением пустой породы в этом случае решается задача выделения каждого металла в отдельный продукт, пригодный для самостоятельной металлургической переработки. Такой метод обогащения называется селективным обогащением. При обогащении руд цветных металлов часто встречаются руды очень сложного состава, из которых получают до четырех, пяти и более концентратов.
Обогащение руд, как самостоятельная отрасль горно- металлургического производства, осуществляется методами механической обработки, не связанной с химическими, превращениями минералов; химический состав минералов при этом остается неизменным. Изменяются лишь количественные соотношения между содержаниями ценных минералов и пустой породы в исходном сырье и продуктах обогащения.
Принципиально к обогатительным процессам можно отнести также процессы первичной металлургической пере' работки рудного сырья, направленной на выделение из него ценного компонента в самостоятельный продукт методами химических воздействий. Типичными примерами такого «химического» обогащения могут служить получение глинозема (А1203) из алюминиевых руд, производство вольфрамового ангидрида (W03) из вольфрамовых руд и ряд Других процессов, которые рассматриваются в соответствующих разделах учебника.
Многочисленные способы механического обогащения основаны на использовании различия в физических свойст-
вах минералов: плотности, крупности, формы, цвета и блеска, смачиваемости, магнитной восприимчивости и др.
Перед обогащением руду, как правило, приводят в такое состояние, при котором содержащиеся в ней минералы будут как можно полнее освобождены от сростков друг с другом. Это достигается при дроблении и измельчении руды и сортировкой измельченного материала по крупности грохочением или классификацией. В свою очередь получей- ный концентрат необходимо подготовить к металлургической переработке путем его обезвоживания (рис. 6). На рис. 6 знаками «+» и «—» обозначены крупная и мелкая фракция продукта измельчения.
Таким образом, процесс обогащения слагается из подготовки руды к обогащению, собственно обогащения и подготовки концентрата к металлургической переработке.
Следует иметь в виду, что дробление и измельчение, сортировку по крупности и обезвоживание широко используют также непосредственно и в металлургическом производстве в качестве подготовительных и вспомогательных операций.
Большинство технологических операций обогатительной технологии проводят в водной среде. Механическая смесь твердых материалов с жидкостью называется пульпой. Основной характеристикой пульп является отношение жидкого к твердому по массе (ж:т). Так, при отношении ж:т=3:1 в рудной пульпе масса (объем) воды в ней в три раза больше массы твердого материала.
Предварительное обогащение рудного сырья значительно более дешевыми методами по сравнению с металлургическими обеспечивает следующее:
1) повышает комплексность использования исходного сырья за счет выделения ценных компонентов в отдельные концентраты, пригодные для дальнейшей самостоятельной металлургической переработки;
2) удешевляет стоимость последующих металлургических операций и снижает себестоимость конечного продукта в первую очередь за счет сокращения объема перерабатываемых материалов;
3) позволяет перерабатывать бедные руды, не пригодные для прямой металлургической переработки.
§ 2. Продукты и показатели обогащения
Конечными продуктами обогащения являются концентраты и отходы.
Концентратом называют продукт обогащения с повышенным содержанием извлекаемого металла. Концентраты обычно называют по
Руда
I
Грохочение /
Грохочение Ш |
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 33 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |