Медно-серная плавка медных руд

Так называют способ плавки медных руд, позволяющий получать попутно со штейном элементарную серу; он был внедрен в производство за рубежом в двадцатых годах нашего столетия, а у нас — в 30-х годах.

Медно-серная плавка отличается от ранее разобранных способов шахтной плавки большим расходом кокса, позволяющим создать восстановительную атмосферу в верхних горизонтах шахты. В нижних ее горизонтах атмосфера остается окислительной. Это достигается, помимо повышения расхода кокса, герметизацией колошника и загрузочного устройства печи.

В отличие от стен шахтных печей для пиритной и полупиритной плавок стены печей для медно-серной плавки кессонируют только в нижней части на высоту около 2,5 м. Поверхность кессонов, обращенную в печь, футеруют тонким слоем огнеупорного кирпича; верхнюю часть шахты выкладывают из шамотного кирпича и для герметизации заключают в железный кожух. Кирпичная шахта перекрывается сверху арочным сводом.

Шихту загружают через герметически закрываемые воронки в своде, подобные загрузочному устройству доменных печей (рис. 90).

Отходящие газы выпускают через отверстие в продольной стенке шахты близ свода.

Летка для шлака и штейна расположена над уровнем лещади выше, чем у обычных шахтных печей, а расплавленные продукты плавки внутри печи — на высоте около 1 м над тем же уровнем.

Расплавленная масса выпускается в передний горн.

Процесс медно-серной плавки характеризуется уже известными химическими реакциями горения сульфидов с образованием окислов, реакцией взаимодействия между закисью меди и сернистым железом и реакцией образования силиката закиси железа.

Углерод кокса сгорает до CO2.

Газы, содержащие SO2, CO2, избыток кислорода и азот, поднимаются, пронизывая сыпь; избыток кислорода постепенно расходуется на окисление сульфидов и углерода. Углекислота, взаимодействуя с углеродом, частично превращается в CO; вода, внесенная дутьем и шихтой, либо разлагается углеродом кокса, либо взаимодействует с сульфидами, образуя сероводород:



Таким образом, состав газа по мере движения его вверх изменяется: содержания CO2, O2 и H2O в нем уменьшаются за счет образования окиси углерода, сернистого газа и сероводорода.

При высокой температуре сернистый газ восстанавливается углеродом кокса с образованием сероуглерода и сероокиси углерода:



в верхних горизонтах сыпи преимущественно до элементарной серы:



В верхних горизонтах сыпи в газы переходят пары элементарной серы, полученные в результате диссоциации пирита, халькопирита и других высших сульфидов.

Колошниковые газы имеют примерно следующий состав (г/м3):

Газы должны выходить из печи при сравнительно высокой температуре (420—450°), чтобы их можно было очистить от пыли до начала конденсации паров серы. Газы отводятся в газосборник, обеспечивающий перемешивание и постоянство состава газа. В газосборнике и газоходах осаждается основная масса наиболее крупной пыли, окончательная же очистка газов от пыли производится в электрофильтрах. Схема переработки газов представлена на рис. 91.

Очищенный газ подается в контактные камеры, заполненные пористой массой катализатора, состоящего из глиноземного цемента и гидроокиси алюминия.

В присутствии катализатора при температуре около 420° между составляющими газовой смеси протекают реакции с образованием паров элементарной серы:



Из контактных камер газы направляют под водотрубные котлы. Сера конденсируется на трубках и стекает в сборник, тепло, выделяющееся при конденсации серы, используется для нагревания воды в котлах. При конденсации газы охлаждаются примерно до 120°. Для улавливания тонких взвешенных в газе капель серы применяют оросительные башни. Газ подается в башни снизу навстречу стекающей по насадке расплавленной сере.

В контактной камере и в оросительных башнях удается извлечь только часть серы, поэтому газ, охлажденный до 120°, вновь подогревают до 300° и направляют во вторую аналогичную цепь аппаратов, состоящую из контактной камеры и конденсатора для паров серы, улавливающего тонкую пыль твердой серы.

Для обезвреживания отработанных газов перед выпуском в атмосферу их пропускают через башню с известняком, орошаемую водой.

Штейны медно-серной плавки содержат 8—15% Cu. Чтобы облегчить последующее получение меди, штейны подвергают сократительной плавке. Эта плавка производится в шахтных печах такого же типа, что и рассмотренные выше; отходящие газы этих печей обычно не перерабатывают на серу, так как содержание в них соединений серы сравнительно низкое, но иногда их используют для производства серной кислоты. Степень выгорания серы при сократительной плавке достигает всего лишь 30—50%, так как штейн не содержит высших сульфидов.

Штейн загружают в шахтные печи в виде кусков крупностью 30—100 мм вместе с кварцем, известняком и коксом. Расход кокса составляет 7—8% от веса шихты.

По химизму процесса сократительная плавка подобна рудной плавке. В результате сократительной плавки получают обогащенный медью штейн, содержащий 25—40%. Cu, и шлак с 0,4—0,8% Cu.

Технико-экономические показатели по проплаву шихты, медно-серной плавки ниже, чем для плавки с открытым колошником: проплав составляет всего около 35—45 т/м2 сечения в области фурм; расход же кокса значительно более высокий, примерно 7,5—10% от веса шихты.

Баланс серы в процессе медно-серной плавки примерно следующий (%):