авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Исследование закономерностей и разработка технологии окатывания медьсодержащих материалов и технологических отходов металлургии

-- [ Страница 2 ] --

Для оценки влияния переработки клинкера в условиях отражательной плавки проведен анализ распределения железа, свинца и цинка по продуктам плавки в зависимости от объема перерабатываемого клинкера на ОАО «Святогор». Результаты распределения железа по продуктам отражательной плавки представлены на рисунке 1.

Являясь поверх-ностно – активным веществом, магнетит уменьшает межфаз-ное натяжение, зат-рудняя седимента-цию капелек штейна, что приводит к повышению механи-ческих потерь меди с отвальным шлаком. Результаты статисти-ческого анализа расп-ределения железа подтверждают увели-чение массовой доли железа в отвальном шлаке и снижение

  Распределение железа по продуктам отражательной плавки в зависимости от-0

Рисунок 1 – Распределение железа по продуктам отражательной плавки в зависимости от массовой доли клинкера в шихте

в штейне при увеличении содержания клинкера в шихте, что подтверждает восстановление высших окислов железа металлическим железом до закиси. За счет восстановления магнетита до шлакуемой закиси железа потери меди с отвальным шлаком снизились на 14 % относительных. Поскольку массовая доля железа в продуктах плавки в несколько раз больше, чем общая массовая доля свинца и цинка, соответственно вероятность протекания реакций восстановления железа несколько выше.

Изменения массовых долей свинца и цинка в продуктах отражательной плавки в большей степени зависят от состава шихты и находятся в пределах статистической ошибки. При содержании клинкера в шихте до 6 % процесс отражательной плавки стабилен, увеличение потерь меди не наблюдается.

Для снижения содержания свинца и цинка в штейне и устранения пересыщения расплава металлическим железом необходимо окатывание клинкера с медьсодержащими материалами, что позволит сократить расстояние между соединениями для протекания реакций сульфидов и окислов металлов с углеродом и железом клинкера при их подаче в плавку. Представленный способ окатывания медного концентрата совместно с клинкером с использованием серной кислоты и образованием сульфатов свинца и цинка позволит:

- улучшить состояние газоходного тракта и обеспечить получение кондиционной серной кислоты за счет исключения выноса частиц коксика клинкера с отходящими газами при обжиге;

- снизить вероятность настылеобразования в газоходном тракте обжигового отделения из-за легкоплавкой эвтектики системы PbS - Cu2S, температура плавления которой составляет 540 С;

- снизить потери меди с отвальными шлаками и увеличить выход железа и свинца в отвальный шлак за счет использования железа и коксика клинкера в качестве восстановителей при последующей плавке.

За счет накатанного медьсодержащего материала часть металлического железа и коксика клинкера внутри окатыша не будут успевать окисляться, а, попадая в раскаленном состоянии на поверхность расплава шлака, будут служить активными восстановителями. Во избежание пересыщения штейна железом и образования дополнительного слоя высокометаллизированного тугоплавкого сплава необходимым условием является достаточная газопроницаемость окатышей и необходимое окисление сульфидной составляющей.

Основными предпосылками теоретического обоснования влияния вяжущей системы ZnSO4·6H2O - PbSO4 на прочность окатышей из медных концентратов является высокий порог прочности при обычных условиях сульфатов свинца и цинка и то, что данные соединения, исходя из тепловых эффектов реакций сульфидов, являются наиболее вероятными и первыми продуктами при взаимодействии медного концентрата с серной кислотой:

РbS + H2SO4 = РbSO4 + H2S + 35890 Дж; (3)

ZnS + H2SO4 = ZnSO4 + H2S – 17290 Дж. (4)

Экзотермические реакции оказывают особое воздействие на процесс окатывания, поскольку тепло, выделяемое именно в момент и в месте контакта веществ при динамических нагрузках, исключает локальные перегревы и потери тепла, что позволяет использовать тепло для удаления жидкой фазы и кристаллизации связующего, то есть для стабилизации структуры окатыша. Таким образом, благодаря последовательности реакций сульфатизации можно при определенной концентрации серной кислоты и температуре нагрева провести избирательную сульфатизацию свинца медного концентрата и за счет ее экзотермичности обеспечить подогрев шихты изнутри для более полной сульфатизации цинка как основного связующего. Все это интенсифицирует процесс окатывания, но условия химического взаимодействия и окатывания должны быть увязаны по времени и температуре.

Результаты лабораторных исследований показали, что система ZnSO4·6H2O – PbSO4 обладает вяжущими свойствами, и ее прочность зависит от содержания сульфата свинца. Зависимость прочности на сжатие сульфатной системы ZnSO4·6H2O – PbSO4 от массовой доли сульфата свинца имеет экстремальный характер, при этом максимальную прочность система достигает при массовой доле сульфата свинца в диапазоне 20 30 % от общей массы за счет скорости кристаллизации, которая в два раза выше, чем у шестиводного сульфата цинка. Кристаллы сульфата свинца, которые образуются первыми и сразу достигают высокой прочности, пронизывают рыхлые образования сульфата цинка, как бы армируя его, тем самым повышая прочность. Сульфат свинца практически не растворим в воде и вытесняет при кристаллизации из структуры сульфата цинка молекулы воды. Это увеличивает количество связанной воды в кристаллогидрате и снижает дальнейшее испарение воды из него. Таким образом, сульфат свинца устраняет спады прочности, наблюдаемые при твердении сульфата цинка при отсутствии сульфата свинца.

Оптимальными для переработки по схеме «обжиг – плавка – конвертирование» являются окатыши крупностью 0,5 20 мм. Для получения окатышей необходимого гранулометрического состава использовали результаты математического моделирования процесса гранулирования с учетом протекания экзотермических реакций и физических свойств составляющих шихты. Согласно модели, введение клинкера в состав шихты интенсифицирует процесс окатывания за счет исключения стадии образования зародыша окатыша, что позволяет сократить время окатывания и повысить прочность окатышей за счет заполнения пор медным концентратом и образованными сульфатами свинца и цинка.

С целью выявления наиболее общих закономерностей кинетики гранулообразования при построении математической модели окатывания использовали критерий средневзвешенного размера окатышей. При окатывании медных концентратов с клинкером с подачей раствора серной кислоты математическая модель в уравнении роста окатыша первого периода учитывает пористость клинкера и его массовую долю в шихте. Таким образом, уравнение первого периода соответствует уравнению :

dср = kt1 · (d2ср0 + (4R · /) · · ) , (5)

где k t1 – кинетический коэффициент первого периода, зависящий от свойств гранулируемого материала и параметров процесса, с-1;

dср0 – средневзвешенный диаметр исходной шихты с учетом пористости клинкера, мм;

– толщина накатываемого слоя на окатыш, мм;

– время окатывания, мин;

R – радиус барабана, м;

– угловая скорость вращения барабана, мин-1.

dср0 = dср.м.к. · (100 - m) + dср.кл. · m · (100 - ) · k, (6)

где – пористость клинкера, %;

m – массовая доля клинкера в шихте, %;

dср.м.к. – средневзвешенный диаметр медного концентрата, мм ;

dср.кл. – средневзвешенный диаметр клинкера, мм;

k – коэффициент влияния пористости на рост окатышей.

Зная средневзвешенный размер частиц клинкера и медного концентрата, массовую долю клинкера в шихте и его пористость, можно рассчитать средневзвешенный диаметр исходной шихты. Во втором периоде эффект от протекания основных экзотермических реакций наибольший, уравнение роста окатышей принимает вид:

dср = kt2 · ((d2ср0 + (4 ·R · /( · k2) · [1-exp (-k2 · )]) , (7)

где dср0 – средневзвешенный диаметр окатышей после первого периода окатывания, мм;

kt2 – кинетический коэффициент второго периода окатывания, зависящий от экзотермических реакций.

После достижения максимальных размеров в плотных гравитационных слоях происходит уплотнение сформированных окатышей, их истирание и измельчение. Когда дисперсная составляющая практически полностью отсутствует и процессы истирания превалируют над процессами роста, наступает третий период окатывания. Теоретическая зависимость средневзвешенного диаметра окатышей от времени окатывания медного концентрата с клинкером при экзотермических реакциях представлена на рисунке 2.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований влияния отношения массовой доли сульфата свинца к массовой доле сульфата цинка на прочность окатышей из медных концентратов и клинкера цинкового производства. Состав шихты и тепловой баланс процесса были рассчитаны с учетом технических характеристик действующего оборудования, первоочередности протекания реакций с получением соотношения образующегося сульфата свинца к сульфату цинка равного 2 при суммарной массовой доле данных сульфатов в окатышах не более 3 %.

Предлагаемая техно-логия включает в себя окатывание медных кон-центратов ОАО «Святогор» и ОАО «Сибирь – Полиметал-лы» совместно с клинкером с использованием раствора серной кислоты в барабанном грануляторе при одновремен-ной подаче подогретого до 60 С воздуха. Совмещение грануляции с сушкой в дан-ном случае применительно, так как требования к одно-родности гранул невысоки, а основная задача – уменьшить пылевынос при загрузке.

  Теоретическая зависимость средневзвешенного диаметра окатышей от-1

Рисунок 2 – Теоретическая зависимость средневзвешенного диаметра окатышей от времени окатывания медного концентрата с клинкером

Поскольку сульфатизация сульфида цинка происходит при концентрации серной кислоты выше 50 г/л и температуре выше 80 С, что значительно выше температуры как шихты, так и подаваемого подогретого воздуха при окатывании, соответственно, сульфат цинка образуется только в тех контактных зонах, где проходит сульфатизация свинца. В зависимости от условий и числа присоединенных молекул воды образуются несколько видов гидратов, среди которых наиболее устойчив шестиводный кристаллогидрат сульфата цинка ZnSO4·6H2O.

Образование центров кристаллизации наиболее вероятно на поверхности образованного практически нерастворимого соединения PbSO4. В результате эпитаксии (сращивания) продуктов гидратации ZnSO4·6H2O, Pb(HSO4)2 и PbSO4 образуется прочный межфазный контакт.

За счет образования нерастворимого сульфата PbSO4 происходит медленное отжатие кристаллогидратной воды, в результате чего частицы срастаются за счет поверхностных валентных связей и их прочность растет, что подтверждается практическими наблюдениями. Таким образом, за счет образования PbSO4 происходит снижение отношения вода/сульфат и получение более плотного соединения, которое имеет высокий показатель прочности. Образование по обменной реакции сульфатов цинка позволило обеспечить вяжущими свойствами систему ZnSO4 - PbSO4 и получить кристалл с высокой прочностью за счет образования нерастворимых соединений сульфата свинца в данной многокомпонентной системе и более связанной воды. Существенное влияние на прочность оказывает температура, которая при 70 C приводит к удалению кристаллогидратной влаги и образованию моногидрата ZnSO4·H2O, обладающего более высокой прочностью, но вяжущие свойства которого значительно хуже, чем у ZnSO4·6Н2О. Процесс удаления кристаллогидратной воды приводит к изменению размеров образующихся кристаллов сульфатов, что уменьшает сцепление кристаллов, и, в результате, прочность падает.

Окатыши, предназначенные для окислительного обжига, должны удовлетворять определенным требованиям по механической прочности для выдерживания транспортировки от места их получения до печи и пористости для обеспечения процесса окислительного обжига. Механическую прочность определенного класса окатышей, полученных при лабораторных испытаниях, определяли путем подсчета количества сбрасываний на металлическую плиту с высоты 1 м и по методике определения сопротивления сжатию (раздавливанию) на механической установке. Результаты лабораторных испытаний и пределов прочности на сжатие и сброс полученных окатышей представлены в таблице 2. Результаты прочности окатышей на сброс и сжатие по шихте № 1 и 2 были максимальны на вторые сутки, по шихте № 4 – на третьи сутки.

Таблица 2 – Результаты лабораторных испытаний по окатыванию

Номер шихты Состав шихты, % (масс.) Содержание фракций, % Прочно-сть на сброс с 1 м окаты-шей +5 мм через 2 суток Проч-ность на сброс с 1 м окаты-шей +10 мм через 2 суток Прочность на сжатие окатышей +5 мм через 2 суток, Н/окатыш Проч-ность на сжатие окатышей +10 мм через 2 суток, Н/окатыш
клинкер ОАО «Челяби-нский цин-ковый завод» медный концен-трат ОАО «Свято-гор» медный концен-трат ОАО «Сибирь- Полиме- таллы» +10 мм 10 5 мм -5 мм
1 27,3 45,4 27,3 24 32 44 3,41 3,44 22,5 18,7
2 27,3 54,5 18,2 24 31,5 44,5 2,63 2,22 10,8 17,6
3 27,3 36,35 36,35 28,7 31,6 39,7 2,03 1,56 8,4 12,7
4 27,3 72,7 - 23,5 33 43,5 2,27 1,68 8,6 19,6

Гранулометрический состав полученных окатышей равномерный, содержание окатышей размером от 1 до 10 мм составляло 75 85 %. Содержание фракции от 1 до 10 мм в нерассеянном клинкере составляло 55 65 %. Влажность окатышей после 24 часов выдержки при температуре 20 С составляла от 0,5 до 2 %. Фазовый анализ окатышей подтвердил наличие сульфатов цинка в количестве до 1 %, наличие сульфатов свинца в количестве до 2 %. Зависимости прочности окатышей на сжатие и сброс от отношения массовой доли сульфата свинца к массовой доле сульфата цинка представлены на рисунках 3, 4. Экспериментально установлена связь между прочностью на сброс и молекулярным соотношением массовой доли сульфата свинца к массовой доле сульфата цинка при использовании в качестве основного связующего сульфата цинка, а сульфата свинца в качестве кристаллизатора за счет экзотермичности реакции сульфатизации и низкой растворимости в растворах.

  Предел прочности окатышей на вторые сутки при суммарной массовой доле-2

Рисунок 3 – Предел прочности окатышей на вторые сутки при суммарной массовой доле сульфатов цинка и свинца около 1 % на сброс

  Предел прочности окатышей на вторые сутки при суммарной массовой доле-3

Рисунок 4 – Предел прочности окатышей на вторые сутки при суммарной массовой доле сульфатов цинка и свинца около 1 % на сжатие

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что прочность окатышей из медных концентратов на сброс с использованием клинкера и смеси ZnSO4 - PbSO4 в качестве вяжущей системы достигает максимальных значений при соотношении массовой доли сульфата свинца к массовой доле сульфата цинка в диапазоне от 2 до 3,5 за счет экзотермичности реакции сульфатизации сульфида свинца и использования сульфата свинца в качестве кристаллизатора..

Предлагаемый способ окатывания отличается от известных тем, что позволяет снизить температуру подогрева шихты с 155 °С до 60 °С, а продолжительность процесса получения окатышей – с нескольких часов до 10 минут. При реализации предлагаемого технологического процесса целесообразно предусмотреть после изготовления окатышей на грануляторе их хранение при обычных температурах на воздухе на период достижения максимальной прочности до двух суток.

Для доказательства предполагаемой модели образования окатыша при введении клинкера в шихту и определения предполагаемого влияния пористости клинкера на рост средневзвешенного диаметра окатышей были проведены опыты по окатыванию клинкера нерассеянного и фракций 5 7,5 мм и 10 12,5 мм по шихте № 1. Исходное содержание клинкера в шихте 27 %. Средневзвешенный диаметр частиц окатышей определяли по экспериментальным данным гранулометрического состава в течение 4 минут через каждые 30 с. Средние результаты прочности окатышей представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Прочность окатышей из медного концентрата с клинкером различных фракций

Фракция клинкера, мм Пористость, % Прочность на сброс через 48 часов, количество сбрасывания с высоты 1 м Прочность на сжатие через 48 часов, Н/окатыш
+ 5 мм + 10 мм + 5 мм + 10 мм
- - 1,8 1,5 2 2,9
5 7,5 28 4 4,25 17 29,4
10 12,5 46 2,9 4,75 11,3 33,3
Нерассеянный 35 3,41 3,44 22,5 18,7


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.