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

р о в Л. Г. Электроплавка джезказганских медных концентратов. «Бюлл. ЦИИНЦМ»,

по основным направлениям развития металлургии меди и сопутствующих ей ред­ ких и рассеянных элементов. М., 1961.

54. Ц е ф т А. Л., О н а е в И. А., Щ у р о в с к п й В . Г., К у р о ч к и н А. Ф. и др. Электроплавка медных концентратов Джезказгана. «Металлургическая и хи­ мическая промышленность Казахстана», 1962, № 6.

55. Ц е ф т А. Л., О н а е в И. А. и др. Ликвационная электроплавка медных концентратов Джезказгана на высококальциевистые шлаки. Тр. Института метал­ лургии и обогащения АН КазССР, т. VIII, 1963.

•и др. Опыты содовой электроплавки свинцовых концентратов в промышленных ус­

69.Ч и ж и к о в Д. М. Металлургия тяжелых цветных металлов. М., 1948.

70.А в е т и с я н X. К. Металлургия черновой меди. М., 1954.

71. К у б а ш е в с к и й О., Э в а н с Э. Термохимия в металлургии. М., 1954.

29

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ПЛАВКИ СУЛЬФИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ В РАСПЫЛЕННОМ СОСТОЯНИИ

О ТЕОРИИ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО СЫРЬЯ В РАСПЫЛЕННОМ СОСТОЯНИИ

опросы общей теории переработки металлургического сырья в распыленном состоянии, физико-химические особенности про­ цессов, протекающих при обжиге — плавке мелкодисперсного сульфид­ ного материала во взвешенном состоянии, и пути их интенсификации были предметом обсуждения и частичного исследования еще на заре возникновения и развития процессов плавки руд и концентратов в рас­

пыленном состоянии.

Так, еще в начале 30-х годов советские ученые X. К. Аветисян, А. Н. Вольский, В. А. Ванюков, Г. Я. Лейзерович и другие впервые обобщили теорию и результаты технологических испытаний по плавке различного металлургического сырья в распыленном состоянии [1]. Трудность изучения и описания физико-химических основ этих процес­ сов заключается прежде всего в том, что в данном случае приходится иметь дело со сложной системой газообразной и конденсированной фаз, состоящей из систем газ — твердое тело и газ — жидкость (рас­ плав) при одновременном протекании многочисленных физико-хими­ ческих превращений в условиях высокотемпературной обработки час­ тиц шихты.

А. Н. Вольский [2], анализируя общую теорию процессов обжи­ га — плавки в распыленном состоянии, всю совокупность физико-хи­ мических основ сводит к следующим четырем группам:

31

1.Морфология диспергированной фазы и пылевых потоков, вклю­ чающая вопросы, связанные с величиной, формой и числом частиц, величиной удельной поверхности взвешенных частиц на единицу веса

ив единицах объема потока, распределение частиц в объеме плавиль­ ного агрегата и т. д.

2.Аэродинамические или газодинамические свойства пылевых потоков, включающие устойчивость газовых суспензий, траекторию пылевых потоков, относительное движение газовой среды и частиц шихты и др.

3.Физико-химические свойства пылевых потоков, т. е. общие по­ верхностные свойства диспергированной фазы аэрозолей, адсорбцион­ ные явления, равновесие и кинетика химических реакций в газовых суспензиях и т. д.

4.Теплообмен между газовой средой и частицами перерабатывае­ мой шихты, между пылевым потоком и стенками плавильной ка­ меры и др.

Изучение и анализ всей совокупности вопросов — задача трудная, дополнительно усложняющаяся особенностями конкретного объекта исследований и требованиями практического осуществления метал­ лургических процессов. Многие вопросы, особенно в применении к пе­ реработке металлургического сырья, до сих пор в достаточной степени не изучены.

Наиболее подробные сведения в данной области получены для сжигания твердого топлива в прямоточном и турбулентном потоках. Результаты исследовательских работ по изучению аэродинамических,

тепловых и физико-химических особенностей горения твердого топлива и переработки металлургического сырья с использованием циклонного принципа приведены в соответствующих главах данной монографии. Поэтому следует лишь отметить, что большое значение для выяснения теоретической сущности и определения пределов интенсификации, а также аппаратурного оформления процессов плавки в распыленном состоянии имеет кинетика взаимодействий между частицей и газовой средой.

Одним из основных преимуществ процессов плавки металлурги­ ческого сырья в распыленном состоянии, в том числе и циклонного процесса, является высокая скорость взаимодействия частиц шихты с газовой средой, что обусловливается развитой поверхностью пыле­ вых частиц.

Известно, что удельная поверхность частиц сильно зависит от их крупности, так как общая поверхность увеличивается обратно про­ порционально диаметру отдельных зерен. По расчетам X. К. Аветися­ на [3], 1 кг флотационного концентрата с удельным весом 4 т/м3 в ви-

32

де одного куска шарообразной формы имеет поверхность, равную 191 см2. Но если это же количество концентрата измельчить до раз­ личной крупности, то общая поверхность при этом резко возрастает

(табл. 2 ).

Из таблицы видно, что флотационный концентрат или другое из­ мельченное металлургическое сырье при их переработке в распылен­ ном состоянии имеют очень большую поверхность и при тех же условиях, в отличие от тонкоизмельченного сырья, лежащего на шихтовых отко-.

сах печи толстым слоем, до-

всех физико-химических про­ цессов, в том числе химиче­ ских взаимодействий.

Как известно, кинетику химических процессов, про­ текающих между газовой сре­ дой и взвешенными в ней ча­ стицами шихты, можно ха­ рактеризовать двумя величи­ нами [2 ] : скоростью измене­

ния состава газов при при­ ближении системы к состоя­ нию разновесия (Fi) и скоро­

стью изменения состава конденсированных фаз или вещества, прореагировавшего в единицу времени (F2).

Скорость Fi можно определить через изменения в течение какогото времени соотношения газообразных компонентов, входящих в зна­ чение константы равновесия. Например, для процессов сублимации, испарения и диссоциации с образованием одного пароили газообраз­

где P(r) — парциальное давление образующегося газа или пара.

При наличии же в системе двух и более газовых компонентов