Введение к работе
Актуальноста проблемы. Достижения отечественной и мировой практики свидетельствуют о высокой эффективности автогенних процессов для пороработвд сульфідного медьсодордаїцого сырья.
По способу ОКИСЛ6ШІЯ сульфідов их мохно разбить на три осіїовішо группы: в расплава (Коранда, Шіпубиси, плавка Вашэко-ва, ТВ С); во взвешенном состоянии (Финская плавка на подогро-том воздушном или кислородно-воздушном дутье, кислородно-взвешенная плавка фірми ИНКО, КОТ и Кивцзт); в расплавленном состоянии на поворхности кусков газарцевого фпоса - автоганная шахтная плавка (АНІ).
Наибольшее'распространенно получили способи плавки во взвешенном состоянии и в расплава, но, наряду с определенными преимуществами, для шіх характерны и недостатки: большой удельный расход кислорода, низкий тепловой КПД, високий пшіовшюс, необходимость утилизации тепла отходящих газов, пороокнелонпо расплавов. В большинство случаев высококонцонтрированнио газы но могут бить непосредственно переработаны на кислоту и их приходится рззуболшвать. Внедрение отііх процессов продползгаот значительные капитальные затрати.
Вместо с том, предприятия, используют: о шахтные ПОЧП для переработки сульфідного сырья, могут быть пареводони со значительно меньшими затратами на автогенную шахтную плавку. Иссло-доваішга:л К.'Л.Ушакова с сотрудниками показана возможность АШ руды а брпкетпроваїшнх фіотоконцонтратов на обогащенном кислородом дутьо с получением элементной сори.
Нзстояцая работа посаяцона разработке теоретических основ и новых для цвотной мотатлургнн технологий: получения высоко-прочнік безобдпговцх окатше): пз флотационных концентратов; автогенной плавки окатышей в шахтных печах с минимально со-дерванком элементной сери в газах; рационального сочетаїшя переработки Енсокосоршютого и мзлосорнистого (клинкер цинкового производства) сырья в условиях медеплавильного завода.
Работа выполнена в соответствии с НТП .': I ГЖТ "Разработка, виодранпа нового поколения автогенных процессов и оборудования для переработки сырья тяжелых цветных металлов, предусматривающих создание экологически чистых автоматизированных
3 о
производств с комплексним извлечением ценных компонентов".
Цель и методика исследований- Целью работы является изучение комплекса вопросов теории н практики окусковашія мелко-зоршютых материалов,'шахтной плавки сульфидного и мэлосернис-того сырья; изыскание способа получения высокопрочных базоблИ-говых сульфидных окатышей из сульфидных флотационных концентратов и повішення на основе этого эффективности шахтной плавки на обогащенном кислородом дутье; разработка теоретических основ автогенной шахтной плавки сульфидных окатшіей и шахтной плавки клинкора цинкового производства; практическая реализация рациональной экологически чистой схемы переработки сульфидного сырья и клинкора в шахтных печах в условиях медеплавильного завода.
Основные результаты работы получони на основе лабораторных исследований, полупромышленных и промышленных испытаний с использованием методов математической статистики и моделирования на SK.I.
Дерпватографичоский анализ проводили на дорнватографо системы .Паулик. Д.Паулик, Л.Эрдеи, рентгонофазовый - на ди-фрактометре ДРОН-2, рентгеноспоктральиый микроанализ - на MS -46 "Каыека". Конденсированные продукты изучаемых взаимодействий анализировали химическим и минерал-петрографическим методами. Для изучения скорости пропитки мелкодисперсных материалов, кинетики окисления окатией и металлизированных штейнов, термомоханических свойств окатышей использованы специально сконструированные автором установки.
Научная новизна результатов исследований. В работе получены новые результаты, развивамлне вопросы теории окускования и шахтной плавки сульфидного сырья, а такке являющиеся основой теории шахтной плавки клинкера цинкового производства:
. - на основе термомеханического анализа сульфидных окатылей в окислительной и нейтр&тьной атмосфере установлены температуры начала и температурные интервалы увеличения объома окатклей. в зависимости от их прочности на схатпе, пористости, влагоемко сти; введен показатель для оценки степени размягчения окати-шей( предложен механизм процесса разбухания окатисей;
- в условиях контрактуемого конвективного тепломассообмена и отсутствия лимитирующего зл;:яіц:л подгхд'а кислорода к
поверхности окатшясй окисление кх на начальних стадиях лпмнтн-руотсл топлопаредачеп и длйфузией шіслорода через пористую оксидную оболочку, а на последующих стадиях - только дпгйузиеИ: устаноачена последовательность превращений минералов в окатіше в процессе окисления; получена аналитическая зависимость для определения продолжительности разогрева окатша до температури газа-окислителя;
в системе "окатш-газообразішй окислитель" обнаружено явление пространственного разделешія соодипониП моди и аолоза в окатиав и предложен механизм для ого объяснения;
разработана математическая модель тепло- и массообмена для расчета температурного профиля окатша и определения лимитирующей стадии процесса окпслошія;
обнаружено явление гомогенизации окатишой при их нагреве в нс-Лтрзльноі! атмосфере, предложен механизм для его объяснения;
выявлена последовательность превращении сульфідних ока-тшей в процессе автогенної! шахтної! плавки;
получено кинетическое уравнение скорости окисления металлической составляющей моталлпзировашюго штейна, показано, что скорость окисления в условиях экспериментов лимитируется подводом кислорода к поверхности расплава и на зависит от концентрации метактического :хелоза в штейне; уетаноачени основний закономерности поведения компонентов клинкера цинкового производства а шахтной печи на обогащенном кислородом дутье.
Практическая значимость уиСсги:
определены оптимальнее условия получения высокопрочна безсб;хпгсвцх окатіиеЛ, исследовано влияние различных технологически;': параметров на их металлургические свойства; спроектирована, построена и введена а прс;.:ищленну:о эксплуатацию установка скативання на Медногсрско:.: медпо-сорном комбинате (.\Г.!СК);
в полупрсмищленнцх и п.ро:.;цщлонних условиях попитана автогенная щахтная плавка окатіший из медных концентратов Гайско-го ГОКа и комбината "Эрдонэт", внедрена технология плавки окатышей ссбмостно с другим сульфидным ецрьем з шахтних почах на обогащенном кислороде:.; дутье;
внедрена новая, технологическая схема переработки клинкера в щ^стп'-л печах на обогащенном кислородом дутье без пс-
пользования сульфидизатора;
результаты исследований использованы при разработка ТЭО развития металлургического производства ММСК с переводом его на плавку окатанных сульфидных медных концентратов в шахтных почах в автогенном режима (процесс Л1Ш0);
фактический экономический эффект от использования результатов работы составил 2,9 млн.рублей.
Апробация работы л публикации. Основные полакешія и результаты работы долокени и обсундены на Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Энергосберегающие технологии в производство тяяелых цвотных металлов" (Суздаль, 1991), I Всесоюзной научно-технической конференции с международным участием "Эффективность внедрения автогенных процессов в производстве тяяелых цветных металлов" (Москва, 1968), Всесоюзном научно-техническом совещании "Интенсификация тепловых, массообменных а физико-химических процоссов в металлургических агрегатах" (Свердловск, 1989), П Всесоюзной конференции по комплексному использованию руд и концентратов Москва, ШЕТ АН СССР, 1982), П Всесоюзном совещании "Химия и технология халькоганидов" (Караганда, 1982), совместном заседании секции производства тяхе-лых цветных металлов Научно-технического совета Министерства металлургии СССР и Научно-технического совета инженерного центра "Автогенные процессы" (Ревда, 1990), регпонаяьной научно-практической конференция "Внедрение ресурсосберегающих безотходных и малоотходных технологлчоских процессов - основное направление научно-технического прогресса в охране окружающей среды" (Свердловск, 1987), Всесоюзном совещании "Механохимия неорганических веществ" (Новосибирск, СО АН СССР, 1962).
Результаты исследований и разработанная на их основе технология переработки клинкера в шахтных печах удостоены премии Совета Министров СССР, технология автогенно;! аахтной плавки окагшей экспонировалась на ВДНХ СССР и награт-дена бронзовой медалью.
Основные результаты исследований излеканы в 52 печатных работах, в том числе в 10 азторсках свидетельствах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заклїзчокпя, списка литературы :; приложений, содержит 30 с основного текста, в том числа 7S рисунков и 65 таб-
6 .
лиц, список литературы включает 310 наименований,