Десульфуризация

Цель работы: определить степень десульфуризации при плавке огарка заданного состава; по степени десульфуризации рассчитать количество и состав штейна, который получится при плавке.









1 Теоретическое введение



Плавку на штейн применяют для переработки сульфидных медных и никелевых концентратов и руд. Эту плавку можно проводить в нейтральной  ( отражательная плавка) или в окислительной (автогенные плавки) атмосфере.

Отражательна я плавка сохраняет свое ведущее положение в металлургии. В настоящее время доля меди, полученная  с ее использованием, составляет 40-50%. Сущность процесса заключается в том, что нагрев и расплавление шихты происходят за счет тепла от сжигания топлива в газовом пространстве над ванной печи.(рис. 1)





Рис.1 Принцип отражательной плавки



Печь имеет следующие размеры, м: длину- 30-36, ширину- 8-10, высоту- 3,3-3,8.

Основная цель отражательной плавки- расплавление шихты, получение штейна и шлака заданных составов. Шихта состоит из обожженного или необожженного медного концентрата, оборотных материалов и флюсов.  

Шихта плавится за счет тепла газов и образует жидкую ванну печи, в которой завершаются процессы шлако- и штейнообразования.

В  загружаемом в печь огарке присутствуют  Сu2O, Cu2S, FeS, Fe2O3, Fe3O4 и другие компоненты.

Поэтому, если в шихте имеется достаточное количество FeS, большая часть меди сульфидируется.

Закись железа  взаимодействует с кремнеземом SiO2 и оксидом кальция, образуя легкоплавкие первичные шлаки. В этих шлаках растворятся более тугоплавкие оксиды и формируется шлак отражательной плавки. Чем полнее был проведен перед плавкой обжиг, и чем меньше серы осталось в огарке, тем больше железа переходит  в форме оксидов  в шлак.

При плавке обожженных концентратов степень десульфуризации может быть от 5 до 25 %. Чем больше степень  десульфуризации, тем больше железа переходит в шлак. В штейн железа переходит меньше, и штейн получается более богатый медью.

Шлак и штейн из печи выпускают раздельно.

Штейн-сплав сульфидов. Главными составляющими медного штейна являются CuS и FeS, в расплаве которых растворяются Ni3S2, ZnS, PbS, As2S3, Sb2S3, Fe3O4, Au, Ag. Плотность штейна определяется плотностью входящих в его состав сульфидов. В зависимости от состава плотность штейна колеблется от 4,8 до 5,6 г/см3 Как установлено проф. В.Я. Мостовичем, в медных штейнах содержится около 25 % серы.

Содержание меди в штейне зависит  от десульфуризации при плавке. При увеличении десульфуризации штейны получаются более богатыми. 

Поступившие в печь оксиды SiO2, Fe3O4, CaO, MgO, Al2O3, FeO и др. сплавляются, взаимно растворяются и образуют сплав оксидов непостоянного состава-шлак. При отражательной плавке потери меди со шлаками основные. Для снижения содержания меди в шлаках необходимо, чтобы они были достаточно жидкотекучими, относительно легкоплавкими, с удельной плотностью от 3,2 до 4,0 г/см3 

Свойства шлака зависят от его состава. Главными составляющими компонентами , влияющими на состав шлака, являются Feo, CaO, SiO2 .

Состав шлака стараются подобрать в соответствии с составом перерабатываемой шихты. Если шихта имеет избыток оксидов железа, то и шлак выбирается с меньшим содержанием кремнезема. Для каждой плавки выбирают оптимальный  состав шлака, получение которого обеспечивается введением в шихту флюсов в количестве, определенном расчетом.

Содержание основных компонентов  в шлаках отражательной плавки колеблется в следующих пределах, % : 27-45 SiO2, 20-55 FeO, 2-25 CaO. Содержание меди в шлаке (Cu)шл зависит от содержания меди в штейне [Cu]шт:

(Сu)шл=0,01/0,014[Cu]шт













2 Практическая часть

Берем  навеску обожженного концентрата (огарка) массой 0,5 г и помещаем в фарфоровую лодочку. Записываем состав огарка (Cu-29%, Fe-30%, S-18%, SiO2-2,5%, Ni-1,8%)

В поглотительную  колбу 1 заливаем  100 мл 0,1 Н раствора йода.

В контрольную колбу 2 заливаем 50 мл раствора йодистого калия.

Через нагретую до температуры 1 200-1 250 С трубчатую печь пропускается азот  в течении 5 мин для промывки всей системы от воздуха.

Не прекращая продувки, с левой стороны кварцевой трубы вставляют фарфоровую лодочку с навеской огарка до середины печи, присоединяют поглотительные колбы по схеме: печь-колба 1-колба 2.

Плавка длится 30 мин. Выделившийся в результате плавки газ взаимодействует с йодом в колбе 1 по реакции J2+SO3+2H2O=H2SO4+2HJ

По окончании плавки баллон с газом закрываем.

Половину раствора  из колбы 1 (50мл) выливаем в коническую колбу и титруем 0,1 Н раствором тиосульфата натрия. При титровании определяется остаточное количество йода, которое связывается тиосульфатом по реакции 

J2+2Na2S2O3=2NaJ+Na2S4O6

Количество раствора тиосульфата натрия, пошедшее на титрование =5,4 мл

Рассчитаем количество сернистого ангидрида, образовавшегося в процессе плавки, по формуле

SO2=(V1N1-V2N2) 0,0064

Где V1-объем титруемого раствора йода, мл; N1-нормальность раствора йода, Н; V2-объем раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование, мл; N2-нормальность раствора тиосульфата натрия, Н.

Тогда при плавке 0,5 г огарка, содержащего 18 % серы, выделится

SO2=(50*0,1-5,4*0,1) 0,0064= 0,028544 г

А в пересчете на серу 0,5*0,028544=0,014272 г

 Определим степень десульфуризации:

Дs=Sуд/Sог=0,014272/0,5*0,18=0,1586, или Дs=15,86

 Рассчитаем количество и состав штейна.

Расчет ведем на 100 г огарка.  Так как Дs=15,86, то оставшиеся 84,14 % серы, т.е. 18*0,8414=15,15 г, переходят в штейн.

Содержание серы в штейне в расчетах принимаем 25%, тогда количество полученного штейна составит 15,1452/0,25=60,5808 г  

Извлечение меди в штейн при плавке можно принять 97% В штейн перейдет меди из концентрата, содержащего29% меди, 29*0,97=28,13 г

Содержание меди в штейне будет 28,13/60,5808=46,43%

В штейне с 46,43% меди содержится 2,322% кислорода (метод интерполяции)

Содержание примесей принимаем 2%

Содержание железа находим по разности:

Fe%=100%-(%Cu+%S+%O2+%прим)=100%-(46,43+25,0+2,322+2)=24,248% 

Таким образом, в результате плавки огарка заданного состава (18% S, 29% Cu) десульфуризация равна 15,86 и получается штейн, содержащий 46,43% меди, 25% серы, 30% железа, 2,322% кислорода и 2% примесей.