Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf

материалов использовались приготовленный по методике [142] суль­

и 2—12% SnS и 8 8 % FeS, полученные путем сплавления сульфида

олова с сернистым железом.

Навески в 2 г в цилиндрических тиглях из окиси бериллия под­ вешивались к весовой части установки. Кинетику испарения чистого

Рис. 38. Зависимость улетучивания сульфида олова от продолжитель­ ности опыта (о), скорости испарения сульфида олова от температуры (б), логарифма скорости испарения сульфида олова от обратной абсолют­ ной температуры (в).

сульфида олова изучали в области температур 1000—1200°. Интен­ сивное улетучивание сульфида олова начиналось около 900°, т. е. вбли­ зи точки плавления вещества.

Зависимость количества испарившегося сульфида олова от време­ ни, начиная с момента достижения заданной температуры, имеет пря­ молинейный характер (рис. 38).

96

Скорость испарения в функции от температуры имеет экспонен­ циальный характер, и, следовательно, значения логарифма скорости улетучивания в зависимости от обратной абсолютной температуры процесса с удовлетворительной точностью укладываются на прямую линию. Подсчитанная на основании экспериментальных данных кажу­ щаяся энергия активации процесса испарения сульфида олова

(32 200 кал/молъ) так же, как скорость испарения при 1000° и темпера­ тура начала интенсивного испарения сульфида олова, хорошо согла­ суется с данными [198].

Процесс испарения олова из сплавов сульфидов олова и железа в отличие от испарения чистого сульфида олова протекает в два эта­ па, один из которых, по-видимому, является лимитирующим:

а) диффузия сульфида олова из толщи расплава к поверхности испарения;

б) испарение сульфида олова.

Температурная область (1200—1300°), в которой проводились эксперименты, согласно диаграмме состояния системы SnS—FeS, приведенной в работе [139], обеспечила полное расплавление навес­ ки. Зависимость убыли навески от времени (рис. 39) имеет криволи­

нейный характер, т. е. скорость испарения с течением времени, по ме­ ре снижения концентрации олова в расплаве, уменьшается.

Численные значения скорости испарения сульфида олова из его сплавов с сернистым железом в зависимости от концентрации суль­ фида олова, приведенные в таблице 6, определялись на диаграмме по­ тенциометра по экспериментальным кинетическим кривым убыли ве-

Таблшца 6

Зависимость скорости испарения олова от концентрации сульфида олова в его сплавах с сернистым железом

са в функции времени графическим методом, а остаточные концент­ рации сульфида олова в расплавах — расчетом.

Сравнение скоростей испарения для сплавов 1 и 2 в зависимости от концентрации олова в них (рис. 40) свидетельствует о диффузион­ ном режиме процесса. Действительно, при равных среднеобъемных концентрациях сульфида олова в расплаве скорость испарения для сплава 1 много выше таковой для сплава 2 , что можно объяснить лишь меньшим диффузионным торможением для сплава 1 по сравне­ нию со сплавом 2 , поскольку высота столба расплава первых (при

равных концентрациях олова) меньше, чем вторых.

Значения скоростей испарения для сплавов 1 и 2 в равных усло­ виях, т. е. при одинаковой высоте расплава, можно сопоставить по

98

результатам, полученным в начальные моменты эксперимента. Для сплава 1 скорости испарения при 1300 и 1200° составляют соответст­ венно 65—30 мг/см2-мин, для сплава 2—12,2 и 6,0 mzJcm2-muh. Таким образом, видно, что сильное снижение скорости испарения в сплавах SnS—FeS по мере их обеднения непропорционально снижению кон­ центрации SnS, что можно объяснить отрицательным отклонением от закона Рауля для этих сплавов.

Экспериментальные данные позволяют сделать некоторые прак­ тические выводы, касающиеся, в частности, технологических особен­ ностей переработки комплексного медно-оловянного или подобного сырья в циклонных плавильных агрегатах, где олово отгоняют в при­ сутствии значительного количества сульфидов других металлов, что необходимо для получения штейнового расплава. Диффузионный ха­ рактер процесса определяет, например, необходимость иметь тонкий слой расплава как в циклоне, так и в отстойнике, где происходит его обеднение оловом. Для плавильных циклонов это требование может быть выполнено в результате некоторого снижения производительно­ сти до оптимального уровня, а для отстойной части агрегата вследст­ вие его конструктивных особенностей.

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ГАЗОВОЙ ФАЗЫ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТАЛЛА В СИСТЕМАХ ШТЕЙН — ШЛАК — ГАЗОВАЯ ФАЗА И МЕТАЛЛ — ШЛАК — ГАЗОВАЯ ФАЗА

Исследованию физико-химических закономерностей, характерных для штейно-шлаковых систем, уделяется особое внимание [147—157]. Обстоятельно изучена зависимость количественного перехода меди в шлаки медной плавки от их состава В. А. Ванюковым [143—146].Из­ вестны другие работы [147—157], касающиеся разработки оптималь­ ных шлаковых режимов, позволяющих получать минимальное содер­ жание цветных металлов в шлаке.

На протяжении последних десяти лет работы Московского инсти­ тута стали и сплавов [158] направлены на подробное изучение физи­ ко-химических свойств шлаковых и штейновых расплавов (плотность, поверхностное и межфазное натяжение, вязкость, растворимость цвет­ ных металлов в шлаке).

В большинстве исследований рассматриваются взаимодействия штейна (металла) и шлака в нейтральной атмосфере, в то время как влияние состава газовой фазы на распределение компонентов штейно­ шлаковых систем изучено мало.

Из немногочисленных литературных источников следует, что од­ ним из основных факторов, определяющих потери металла при раз­ личных плавках медного сырья, является состав газовой фазы. В рабо­

93

те [159] отмечается, что увеличение содержания меди в штейне свыше 50—55% за счет перевода части железа в шлак приводило к повыше­ нию потерь его со шлаком. При плавке на белый матт содержание меди в шлаке возрастало до 3—4%, а на черновую медь — до 6 —7%.

Очевидно, что для получения штейнов с высоким содержанием меди или черновой меди в циклонную камеру необходимо вводить строго дозированное количество кислорода с дутьем для окисления части или всего железа штейна. Обычно это достигается вводом в печь воздуха в избыточном количестве от теоретически необходимого. Поэтому в газовой фазе всегда обнаруживается свободный кислород.

Повышение потери меди со шлаками с ростом свободного кис­ лорода в газовой фазе наблюдается и при отражательной плавке. Так, авторы [160], изучая причины повышенных потерь меди со шлаками, пришли к выводу, что при высоком содержании кислорода

вгазовой фазе происходит окисление шлака, вызывающее повышен­ ную растворимость в нем штейна. Значительное насыщение шлака кислородом приводило к появлению взвешенных частиц белого матта или металлической меди.

При исследовании этой же зависимости на синтетических шла­ ках (51% FeO,, 33% Si02, 10% CaO) и штейне (19,6% Cu, 24% S)

[164]установлено, что даже незначительное присутствие кислорода

вгазовой фазе повышает растворимость меди в шлаке. Так, повыше­ ние кислорода в газовой фазе с 0,0 до 0,05% увеличивает содержание

вшлаке меди с 0,04 до 0,169%, а повышение кислорода до 0,5% в

газовой фазе — до 0,3 %. По мнению авторов, резкое возрастание потерь меди с ростом содержания кислорода в газовой фазе связано с образованием магнетита.

А. В. Ванюков, В. Я. Зайцев и другие [162], рассматривая при­ чины образования мелкодисперсной штейновой и металлической взвесей в жидких шлаках, отмечают высокую скорость растворимости в шлаке ценных компонентов из металла или штейна при повышении окислительной способности газовой атмосферы (например, в фурмен­ ном поясе шахтных печей или в конвертерах), вызывающей насыще­ ние шлака трехвалентным железом. Дальнейшее восстановление или сульфидирование расплава сдвигает равновесие в сторону перевода катионов цветных металлов из шлака в металлическую или сульфид­ ную фазу.

Определялась [163] растворимость меди в железисто-силикатных расплавах в зависимости от содержания кислорода в газовой фазе, температуры и состава шлака. В атмосфере СО—С02 с фиксирован­

ным давлением кислорода в интервале температур 1300—1400° про­ водились плавки меди или штейна в контакте со шлаком до установ­ ления равновесия. Авторами работы [163] отмечается зависимость

100