Файл: Серебряный Я.Л. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов.pdf

необходимо всю охлаждающую воду пропускать через фильтроваль­ ную установку.

Признаком засорения системы служит сильное выделение водя­ ного пара из водоотводящей трубы. При прекращении в контактных щеках нормальной циркуляции воды нужно немедленно отключить печь и прочистить систему водоохлаждения электрода. В против­ ном случае при сравнительно непродолжительной работе электрода с засоренной системой водоохлаждения резиновые или кожаные сальниковые уплотнительные прокладки в накидных гайках арматуры водоохлаждения могут сгореть. В результате этого после прочистки труб образуется течь, устранение которой вызовет дополнительные простои печи. Систему прочищают компрессорным воздухом под давлением 4—5 ат. На конец водоотводящей трубы надевают воз­ душный шланг и продувают систему-водоохлаждения. Если продув­ кой не удается ликвидировать засорение, то разбирают перемычку между щеками и продувают каждую щеку и арматуру. В ряде слу­ чаев, когда на охлаждение контактных щек поступает недостаточное количество воды, а сами щеки интенсивно омываются факелом горя­ щих газов, вода в щеках вскипает. Заметив выделение пара из системы водоохлаждения, необходимо немедленно увеличить подачу охлажда­ ющей воды.

§30. Пути снижения потерь металлов

сотвальными шлаками

Количество отвальных шлаков, образующихся при электро­ плавке медно-никелевых руд и концентратов, достигает 100—112% от массы твердой никельсодержащей шихты. При таком большом выходе шлака даже очень низкое содержание в шлаке никеля и других металлов приведет к их значительным потерям. Поэтому металлург должен стремиться получать отвальные шлаки с минималь­ ным содержанием никеля, меди и кобальта. Выполнение этой задачи возможно лишь при знании факторов, которые влияют на потери металлов. Потери металлов с отвальными шлаками зависят от физико­ химических свойств шлака и условий ведения технологического процесса.

Различают три формы потерь металлов со шлаками:

1. Механические потери в виде мельчайших капель (корольков) штейна, не успевших осесть и запутавшихся в шлаке при отстаи­ вании.

2. Физические потери в виде растворенных в шлаке сульфидов никеля, меди и кобальта.

3. Химические потери в виде ошлакованных, химически связан­ ных со шлаком окислов металлов (NiO-SiOg, Cu20 -S i0 2, CoO-Si02).

По данным А. В. Ванюкова и В. Я- Зайцева, доля механических потерь в общих потерях металлов со шлаком электроплавки состав­ ляет 20—30% для никеля и меди и 30—50% для кобальта. Размер штейновых корольков, обусловливающих механические потери, изме­ няется в пределах от 0,0005 до 0,5 мм. Ниже приведены данные А. В. Ванюкова и В. Я. Зайцева о скорости и времени осаждения

171

капель штейна в Шлаке на глубину 50 см (при' вязкости расплава 5 П) для размера частиц 0,5—0,005 мм.

Из приведенных данных следует, что в заводских условиях корольки штейна диаметром менее 0,05 мм не успевают выделиться из шлака, так как время пребывания шлака в шестиэлектродиой электропечи не превышает 10— 12 ч. Небольшие размеры корольков штейна наряду с их невысокой концентрацией создают большие трудности при извлечении ценных металлов из шлаков.

Ниже перечислены возможные причины образования в шлаке мелкодисперсной штейновой взвеси.

1.Плавка руды с тонкой вкрапленностью ценных сульфидных минералов.

2.Восстановление и сульфидирование в шлаке окисленных соединений ценных металлов по реакциям:

(MeО) -р [Fe] = [Me] + (FeO), [Me] + [FeS] = [AfeS] + [Fe], (MeO) + [FeS] = [AfeS] + (FeO).

3. Способность жидких сульфидов смачивать окисленные мине­ ралы твердой шихты.

Механизм образования мелкодисперсной взвеси под действием этого фактора сводится к следующему. В процессе плавки сульфидные минералы первыми переходят в жидкое состояние. При этом под действием поверхностных сил происходит растекание жидких суль­ фидов по поверхности тугоплавких минералов пустой породы с обра­ зованием тонкой пленки. Растекание сульфидов по трещинам и зернам минералов прекращается при полном расплавлении окислен­ ных минералов шихты. При расплавлении шихты каналы и трещины закрываются, что приводит к разрыву тонкой пленки сульфидов на отдельные части и образованию в дальнейшем в шлаке капель различной крупности. После расплавления шихты и осаждения основной массы сульфидов в шлаке остаются мелкие штейновые корольки.

4.Взрывоподобное разрушение решетки холодного твердого сульфида при.его быстром погружении в расплавленную шлаковую ванну электропечи.

5.Резкое уменьшение температуры шлаковой ванны, приводящее

кснижению растворимости сульфидов в шлаке.

6.Флотация штейна в шлаках. Сущность этого явления заклю­ чается в следующем. В результате реакции между сульфидами и магнетитом выделяется сернистый газ:

3Fe30 4 + FeS + 5SiOa = 5 [(FeO)2 ■S102] + S02.

172

Пузырьки SÖ2 прилипают к поверхности частиц штейна и удер" живают их во взвешенном состоянии в шлаке или поднимают на поверхность шлаковой ванны. При флотации штейна в шлаках ухудшаются условия отстаивания шлака и увеличиваются потери металлов. Флотация штейнов наблюдается при заливке в электропечь богатых магнетитом конвертерных шлаков, при заглублении откосов шихты до штейновой ванны, при перегреве штейна.

Особенно резко возрастают механические потери металлов при нарушении технологии электроплавки: при неправильной загрузке шихты, высоком уровне штейновой ванны. Для полного отделения штейна от шлака и снижения механических потерь необходимо, чтобы разность плотностей штейна и шлака составляла не менее 1,5, а шлаки при этом имели малую вязкость (—3—5 П). Поскольку вязкость снижается с повышением температуры, следует работать на кислых (42—43% S i0 2) перегретых шлаках, обладающих малой плотностью и обеспечивающих минимальные потери металлов.

Механические потери цветных металлов со шлаками во многом зависят от величины межфазного натяжения на границе расплавлен­ ных шлака и штейна.

Из физической химии известно, что поверхность расплавленных фаз1 отличается по свойствам от основной массы расплава избыточной поверхностной энергией. Атомы, молекулы или ионы поверхностного слоя испытывают воздействие со стороны частиц, находящихся внутри расплава, вследствие чего на его поверхности образуется тонкая пленка, которая оказывает давление на расплав. При увели­ чении поверхности расплавленного вещества совершается работа, связанная с преодолением молекулярных или ионных сил. Эта работа (А), выраженная в эргах и отнесенная к вновь образовавшейся поверхности (S), равной 1 см2, называется поверхностным натяжением

Заводские шлаки электроплавки имеют поверхностное натяжение 380—400 дин/см, штейны 330—350 дин/см. Межфазное натяжение по границе штейн—шлак меньше величины поверхностного натяже­ ния каждой расплавленной фазы, что связано с особенностями их строения и взаимодействием поверхностных сил. Величина межфаз­ ного натяжения зависит от химического состава и температуры штейна и шлака.

Чем выше фазное натяжение на границе штейн—шлак, тем больше поверхность слияния тонкодисперсных корольков штейна

1 Фазой называется однородное вещество, имеющее определенные химический состав и физические свойства и отделенное от других фаз поверхностью раздела.

173

в крупные. Укрупнение капель штейна ускоряет процесс их осажде­ ния в штейновую ванну и, следовательно, сокращает потери металлов со шлаками. Поэтому для получения бедных отвальных шлаков металлурги должны выбирать шлак, обеспечивающий на границе штейн—шлак высокое межфазное натяжение. В условиях электро­ плавки повышение межфазного натяжения на границе штейн—шлак происходит при увеличении в штейне содержания сульфидов меди и никеля, за счет уменьшения содержания сульфида железа и серы при соответственном увеличении концентрации металлического железа. Росту межфазного натяжения способствует увеличение содержания в шлаке кремнезема, а также уменьшение содержания закиси железа. С повышением температуры межфазное натяжение повышается, но увеличивается растворимость сульфидов никеля и меди в шлаке.

К физическим потерям относятся потери, возникающие в резуль­ тате частичного растворения в шлаках сульфидов никеля, меди и кобальта. Растворимость сульфидов в шлаках невелика и зависит от температуры и состава шлака. Состав шлака и штейна в большей степени, чем температура, влияет на растворимость сульфидов никеля и меди. С увеличением в шлаках содержания FeO растворимость

Чем богаче штейн, тем больше физические потери ценных металлов. Химические потери возникают в результате ошлакования окис­

лов металлов в силикаты:

MeO-f SiÖ2 = Me0-Si02.

В шлаках электроплавкн химические потерн главным образом относятся к кобальту, окисленные соединения которого поступают в,печь с оборотными конвертерными шлаками. По данным А. В. Ваню­ кова и В. Я- Зайцева, физические и химические потери — основные виды потерь металлов при электроплавке. Их доля от общих потерь металлов с отвальными шлаками составляет для никеля и меди 70—80% (в основном физические), для кобальта 50—70% (в основном химические). Потери металлов в зависимости от их содержания в исходном сырье на заводах обычно составляют: никеля 2—3%, меди 2—3%, кобальта 20—43%. Такие большие потери кобальта имеют место из-за низкого его содержания в сырье.

Для снижения потерь металлов с отвальными шлаками при электроплавке рекомендуется соблюдать следующее:

а) работать на шлаке оптимального состава; б) соблюдать технологию загрузки шихты и выпуска продуктов

плавки; в) максимально сократить количество заливаемого в печь кон­

вертерного шлака; г) вводить в шихту электроплавки восстановитель;

д) плавить обожженное и необожженное сырье в разных печах; получаемый богатый шлак направлять самотеком в печь, где плавка ведется на бедный штейн и бедный отвальный шлак.

174