Плавка медных концентратов в жидкой ванне, производительностью 500 тыс. тонн штейна в год

SO₂           5000  * (241,8  -   145,1) = 483501 тыс.руб.

Пд = 534894 тыс. руб.

Годовой экономический  эффект:

W = Z  + Пд  = 647269,7 + 534804 = 1182163,7 тыс. руб.

Таким образом, применение дутья, обогащенного кислородом, дает большой экономический эффект и имеет широкие перспективы. Учитывая то, что в нашем проекте используется две печи Ванюкова, экономический эффект увеличится.

3. Металлургические расчеты

3.1 Материальный баланс  процесса

Расчет рационального  состава шихты.

Расчет ведем на 100 кг сухой  шихты.

В CuFeS₂ содержится:

меди             14,334 кг

железа          12,597 кг

серы              14,435 кг

В Cu₂S содержится:

меди             7,167 кг

серы              1,804 кг

В NiS содержится:

никеля           1,3 кг

серы              0,709 кг

В FeS₂ содержится:

железа          19,003 кг                   

серы              21,776 кг

В FeS содержится:

железа          1.9 кг

серы    1,089 кг

Таблица 3-Рациональный состав сухого концентрата, кг.

Соединения	Cu	Ni	Fe	S	SiO2	CaO	Прочие	Всего
CuFeS2	14.334		12.597	14.435				41.366
Cu2S	7.167		10,3	1.804				8.971
FeS			1.9	1.089				2.989
FeS2			19.003	21.776				40.779
NiS		1.3		0.709				2.009
CaO					1,0			1
SiO2						0.2		0.2
Прочие							2.687	2.687
Итого	21.5	1.3	33.5	39.813	1,0	0.2	2.687	100

 

 

Диссоциация сульфидов.

Разложение халькопирита (41,366 кг):

2CuFeS = Cu₂S + 2FeS +S

Образуется

Cu₂S    41,366*159/366,8 = 17,942 кг

FeS      41,366*175,7 / 366,8= 19,815 кг

S          41,366*32 / 366,8 = 3,609 кг

Разложение пирита (40,779 кг)

FeS₂= FeS + 1/2S

Образуется

FeS  40,779 * 87,85 / 119,85 = 29,891 кг

S         40,779 * 32 / 119,85 = 10,888 кг

Разложение миллерита (2,009 кг)

NiS = 2Ni₃S₂ + S₂

Образуется

Ni₃S₂ 2,009 * 480,2 / 544,14 = 1,773 кг

S         2,009 * 64 / 544,14 = 0,236 кг

Итого :                             Cu₂S        26,913 кг

                                           Ni₃S₂          1,773 кг

                                                                 FeS         52,695 кг

                                            S             14,733 кг

Расчет количества и состава штейна.

Принимаем извлечение меди в штейн при плавке – 98,7%. Никеля – 97,5%.

Количество меди в штейне 21,5 * 0,987 = 21,22 кг

Никеля  1,3 * 0,975 = 1,268 кг.

Принимаем содержание меди в штейне – 40%. Количество штейна составит по меди 21,22 * 100 / 40 = 53,05 кг.

Cu₂S  21,22 * 159,1 / 127,1 = 26,563 кг

Ni₃S₂  1,268 * 240,1 / 176,1 = 1,729 кг

Содержание кислорода  в штейне, связанного в магнетит, по данным практики, 10% :

2FeS+3O₂=2FeO+2SO₄

3FeO+1/2O₂=Fe₃O₄

53,05*0,1=5,27

Fe₃O₄    5,27*231,55/215,55=4,62

FeS       53,05-26,563-1,729-4,62=20,138

Количество окислившегося  железа 52,695-20,138-5,3=27,257 кг.

Таблица 4 - Рациональный состав штейна

Соединения	Cu	Ni	Fe	S	O	Всего, кг
Cu2S	21,22			5,343		26,563
Ni3S2		1,268		0,461		1,729
FeS			12,8	7,335		20,138
Fe3O4			3,343		1,277	4,62
Всего, кг	21,22	1,268	16,143	13,139	1,277	53,05

 

Расчет количества и состава шлака без флюсов.

В шлак переходит:

Cu₂S                 26,913 – 26,563 = 0,35 кг

Ni₃S₂                         1,733 – 1,729 = 0,044 кг

Fe₃O₄                8,0 – 3,64 = 4,36 кг

FeO                   22,3 кг

SO₂                           19,82 кг

Кислорода потребуется 96*27,257/176=14,867кг

CaO                   0,2 кг

SiO₂                  1,0 кг

Прочие             2,687кг.

Таблица 5 - Состав шлака без флюсов

Компонент	кг	%
Cu2S	0,35	1,32
Ni3S2	0,044	0,165
FeO	22,3	83,89
SiO2	1,0	3,76
CaO	0,2	0,75
Прочие	2,687	10,11
Всего	26,581	100

 

Расчет количества и состава шлака с учетом флюсов.

Количество песчаника, необходимое для получения шлака  с содержанием SiO₂ – 31%, находим из уравнения:

1,0 + X * 0,8 = 8,24 + X * 0,31

X * 0,4900 = 7,24

X = 14,775 кг

В шлак переходит из шихты: SiO₂           11,82 кг

CaO            0,148 кг

Al₂O₃             1,33 кг

Прочие       1,48 кг

Определение степени десульфуризации.

Количество FeS 27,257 кг

FeS + 1,5O₂ = FeO + SO₂

Образуется FeO    27,257 * 71,8 / 87,8 = 22,29 кг

SO₂    27,257 * 64 / 87,8 = 19,87 кг

                    S         9,935 кг.

Общее количество выделяющейся серы: 9,935 + 14,733 = 24,688 кг.

Степень десульфуризации  равна 24,668 * 100 / 39,813 = 62%

Таблица 6 - Рациональный состав шлака, кг

Соединения	Cu	Ni	Fe	S	O	SiO2	CaO	Al2O3	Прочие	Всего
Cu2S	0,28			0,07						0,35
Ni3S2		0,032		0,012						0,044
FeO			17,33		4,97					22,3
SiO2						12,82				12,82
CaO							0,348			0,348
Al2O3								1,33		1,33
Прочие									4,167	4,167
Всего	0,28	0,032	17,33	0,082	4,97	12,82	0,348	1,33	4,167	41,359

Расчет количества кислорода, требующегося на окисление железа и серы.

На окисление сернистого железа по реакции 2FeS +3O₂ = 2FeO = 2SO₂ потребуется 14,89 кг кислорода и выделится 19,85 кг SO₂.

На окисление серы по реакции S+O₂ = SO₂ потребуется 14,733 кг кислорода и 29,466 кг SO₂.

Всего потребуется кислорода: 32,82 кг. Выделится газов (SO₂) 53,16 кг.

Таблица 7 - Материальный баланс плавки в жидкой ванне (кг)

Материалы и продукты	Cu	Ni	Fe	S	O	SiO2	CaO	Al2O3	Прочие	Всего
Приход
Шихта	21,5	1,3	33,5	39,813		1,0	0,2		2,687	100
Песчаник						11,82	0,148	1,33	1,48	14,773
Кислород					32,82					32,82
Всего	21,5	1,3	33,5	39,813	32,82	12,82	0,348	1,33	4,167	147,6
Расход
Штейн	21,22	1,268	16,17	13,139	1,277					53,05
Шлак	0,28	0,032	17,33	0,082	4,97	12,82	0,348	1,33	4,167	41,36
Газы				26,58	26,58					53,16
Всего	21,5	1,3	33,5	39,8	32,82	12,82	0,348	1,33	4,167	147,6

 

 3.2 Расчет теплового баланса процесса

Расчет ведем на одну тонну влажной шихты, температура  шихты равна 20^оС. Средняя удельная теплоемкость равна 236,1 / 919,42 = 0,256 ккал/кг. град.

Теплоемкость остальных  компонентов принимаем равной средней  удельной теплоемкости шихты.

1. Физическое  тепло шихты: Q₁ = 0,256 * 1000 * 20 * 4,184 = 21437 кДж

2. Физическое  тепло штейна. Из одной тонны загружаемой шихты получим

53,05 / 0,11702 = 453,34 кг штейна.

Теплоемкость штейна при температуре 1200 ^оС равна 0,783 Дж/кг. град.

Q₂ = 453,34 * 0,783 * 1200 = 425958 кДж

3. Физическое  тепло шлака.

Теплоемкость шлака  при температуре 1250^оС равна 1,13 Дж/кг. град.

Из одной тонны загружаемой  шихты получим  41,36 / 0,11702 = 353,4 кг шлака.

Q₃ = 353,4 * 1,13 * 1250 = 499177,5 кДж

4. Физическое тепло отходящих газов. Температура отходящих газов 1250 ^оС. Количество образующегося SO₂: 53,16 * 0,739 * 10 = 421,6 кг.

Количество водяных  паров – 70 кг.

Количество азота: 199,8 * 0,37 = 73,93 нм³ или 92,41 кг.

Теплосодержание газовых  составляющих

Q _SO2 = 0,191 * 421,6 * 1250 * 4,184 = 421148,9 кДж

Q_N2 = 0,275 * 92,41 * 1250 * 4,184 = 132908,7 кДж

Q_Н2О = 0,5138 * 70 *1250 * 4,184 = 188102,2 кДж

Всего с газами теряется 742159,8 кДж (Q₄).

5. Физическое  тепло дутья:

Q_O2 = 180 * 0,22 * 20 *4,184 = 3313,7 кДж

Q_N2 = 92 * 0,25 * 20 * 4,184 = 1924,64 кДж

Q₅ = 5238,34 кДж

6. Тепло экзотермических и эндотермических реакций:

2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ = 2FeO· SiO₂ + 2SO₂

Q_p = 1030337 кДж/моль

q₁ = 1030337 * 22,3 / 175,7 * 0,11702 = 1117512,3 кДж

S + O₂ = SO₂

Q_p = 297109,5 кДж/моль

q₂ = 297109,5  * 14,733 / 32 * 0,11702 = 1168954,6 кДж

CaO  + SiO₂ = CaO· SiO₂

Q_p = 82483,9 кДж/моль

q₃ = 82483,9  * 0,348 / 56 * 0,11702 = 4380,3 кДж

Диссоциация высших сульфидов.

2CuFeS₂ = Cu₂S + 2FeS + S

Q_p = ((19000 + 2 * 22720) – 2 * 93180) * 4,184 = - 510479 кДж/моль

q₄ = - 510479 * 41,366/ 367 * 0,11702 = -491694,4 кДж

FeS₂ = FeS + 1/2S

Q_p  = -82843,2 кДж/моль

q₅ = -82843,2 *  40,1 / 120 * 0,11702 = - 236570,12 кДж

NiS = S₂ + Ni₃S₂

Q_p = - 788265,6 кДж

q₆ = - 788265,6 *  2,009/ 544,14 * 0,11702 = - 24870,34 кДж

Тепло экзотермических  реакций: 2290847,2 кДж