Окислительный обжиг медных концентратов, получаемых при флотации файнштейнов в печи КС для выщелачивания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство по образованию и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема: Окислительный обжиг медных концентратов, получаемых при флотации файнштейнов в печи КС для выщелачивания

По дисциплине: Металлургические печи

Автор: студентка группы МЦ-07 /Качнова К.А./

Санкт-Петербург 2006г

Введение

В металлургии меди одно из наибольших распространений получил окислительный вид обжига.

Цель окислительного обжига - частичное удаление из обжигаемых материалов серы и перевод сульфидов в оксиды железа в легко шлакуемые при последующем выщелачивании окислы. Предварительный обжиг высокосернистых руд и концентратов позволяет получать при последующем выщелачивании огарка относительно более богатый по содержанию меди штейн и использовать обжиговые газы с повышенной концентрацией в них сернистого ангидрида для производства серной кислоты.

В общем виде окисление сульфидов при обжиге может быть выражено следующими реакциями:

2MeS + 3O₂ = 2MeO + 2SO₂

MeS + 2O₂ = MeSO₄

MeS + O₂ = Me+SO₂

О процессе окисления сульфидов можно судить по величине убыли энергии Гиббса, зависящей при данных условиях от соотношения давления диссоциации сульфида, сульфата, окисла и сернистого ангидрида.

Если парциальное давление серного ангидрида в печных газах меньше давления диссоциации сульфата, образуются окислы.

Образование окислов и сульфатов при обжиге происходит по следующим конечным реакциям:

MeS + 1,5O₂ = MeO + SO₂

SO₂ + O₂ = SO₃

MeO + SO₃ = MeSO₄

Первая реакция практически необратима, а для второй реакции

откуда

Если парциальное давление серного ангидрида в печных газах больше давления диссоциации сульфата, то будет происходить образование сульфатов (сульфатизирующий обжиг).

Если парциальное давление серного ангидрида в печных газах меньше давления диссоциации сульфата, то образуются окислы (окислительный обжиг).

1. Теоретические основы обжига в кипящем слое

В течение последних десятилетий сначала в металлургии цинка, а затем в металлургии никеля и меди широкое распространение получил новый способ обжига - в кипящем слое. Преимущества этого вида обжига по сравнению с обжигом в подовых печах заключается в простоте конструкции печей, высокой их производительности, возможности эффективного использования отходящих газов для производства серной кислоты, возможности полной механизации и автоматизации процесса.

Принцип обжига в кипящем случаем состоит в следующем. Если через слой сыпучего материала продувать снизу какой-либо газ, этот слой при определенных параметрах дутья будет разрыхляться до такого состояния, что приобретает основные свойства жидкости - подвижность, способность перемешиваться, принимать форму сосуда, в который она помещена и т.д. Такое состояние сыпучего материала называют псевдожидким. Оно наступает при критической скорости восходящего газового потока, при которой подъемная сила газа будет равна общей массе сыпучего материала. Критическую скорость газа чаще всего определяют опытным путём, но можно определить её и расчётом.

При рассмотрении условий образований кипящего слоя различают минимальную критическую скорость W_{крит(min)}, при которой слой сыпучего материала переходит из неподвижного в псевдожидкое состояние, и максимальную критическую скорость W_{крит(max)}, при которой псевдожидкий слой переходит во взвешенное состояние со свободным витанием частиц.

Максимальная критическая скорость в десятки раз больше минимальной скорости. Таким образом, кипящий слой может существовать в довольно широких интервалах скоростей газового потока:

W_{крит(min)}<W_раб< W_{крит(max)},

где W_{раб -} рабочая скорость псевдоожижения материала.

Для частиц различной крупности критические значения скоростей газового потока будут различными. При одних и тех же параметрах дутья для крупных частиц материала скорость газа будет минимально критической, а для мелких - максимально критической и даже предельной, обуславливающей вынос частиц за пределы обжигового агрегата, поэтому обжиг полидисперсных материалов всегда сопровождается выносом мелких частиц из печи. Во избежание большого пылевыноса следует направлять на обжиг однородные по крупности частиц материалы, что можно обеспечить применением предварительной грануляции шихты или обжигать полидисперсные материалы в печах с расширяющимся пространством, что позволяет изменить величину значения для большинства частиц.

Для кипящего слоя характерно постоянство температуры во всех его точках, как и в кипящей жидкости, что объясняется непрерывным интенсивным движением частиц во всех направлениях. Кипящий слой также отличается интенсивным теплообменом. Передача тепла от стенки сосуда к воздуху при ламинарном движении последнего осуществляется через неподвижный пограничный слой воздуха, прилегающий непосредственно к стенке. В псевдожидкой среде этот пограничный слой непрерывно разрушается пульсирующими частицами, что приводит к улучшению условий передачи тепла и увеличению коэффициента теплоотдачи.

2. Характеристика печи КС

Для осуществления обжига в кипящем слое сульфидных материалов применяют печи с вертикальным рабочим пространством, отличающиеся устройством отдельных узлов, геометрическими размерами и формой поперечного и вертикального сечений. В поперечном сечении печи КС могут быть круглыми, прямоугольными или расширяющимися к верху.

Независимо от особенностей конструкции любая обжиговая печь КС имеет ряд обязательных узлов и деталей: вертикальную шахту со сводом, под с соплами, воздухораспределительные камеры, загрузочные (фотокамера) и разгрузочное устройства и газоход. Места загрузки и разгрузки обычно располагаются на противоположных сторонах печи. Если обжиг протекает с большим экзотермическим тепловыделением, то на уровне кипящего слоя в нижней части печи устанавливают водяные или воздушные теплообменники для отбора избыточного тепла (кессоны, змеевики и т.д.).

Рабочая камера печи выполнена в идее металлического кожуха футерованного изнутри шамотным кирпичом или огнеупорного бетона толщиной 200-300мм и покрытого снаружи слоем теплоизоляционного материала 10-50мм. Свод печи изготовлен из огнеупорного кирпича. Иногда обжиговую камеру делят на несколько смежных камер вертикальными или горизонтальными перегородками. В этом случае материал последовательно проходит обжиг в кипящем слое в каждой камере, перемещаясь самотеком из камеры в камеры через перегрузочные трубы или отверстия. Разделение процесса обжига на несколько камер дает возможность поддерживать в них различную температуру. В некоторых печах камера в верхней части расширена для успокоения газовоздушной смеси.

Под печи представляет собой устройство, обеспечивающее равномерное распределение подаваемого в слой обжигаемого материала воздуха и предотвращающее провал мелкого сыпучего материала в воздушные камеры. Обычно его выполняют из жароупорного кирпича с отверстиями для воздухораспределительных сопел колпачкового типа. Сопла располагаются равномерно по всей площади пода в шахматном порядке с расстоянием между рядами 200-300мм. Количество сопел на 1м² пода колеблется от 30до 50 штук.

Конструктивно сопло состоит из головки с отверстиями и направляющей трубки. Почти каждое действующее металлургическое предприятие использует сопла различной конструкции.

Загрузку шихты осуществляют через фотокамеру, имеющую повышенную плотность размещения различных сопел. Обжигаемый материал может подаваться с любым содержанием влаги вплоть до пульпы с помощью насоса или сливной трубы.

Обожженный материал удаляется из печи самотеком через разгрузочные трубы и отверстия, находящиеся на уровне кипящего слоя. Газы, содержащие большое количество пыли, представляющей собой обожженный материал, отводятся через газоходные отверстия в боковых стенках или своде в пылеулавливающие и теплоиспользующие устройства.

Конструкция обжиговых печей очень проста, а их работа легко поддается автоматизации и механизации.

отжиг сульфид печь кипящий

3. Практика обжига медного концентрата

В настоящее время для обжига медных концентратов используют преимущественно обжиговые печи кипящего слоя (КС).

Характерной особенностью процессов, протекающих в кипящем слое, является то, что каждая частица шихты со всех сторон омывается газами, благодаря чему эффективно используется огромная активная поверхность концентрата. Хороший контакт сульфидных частиц с газами и их большая удельная поверхность обусловливают высокую скорость протекания реакций, а, следовательно, и высокую удельную производительность печи (до 20-25 т/м² в сутки), во много раз превышающую удельную производительность механических многоподовых печей.

Высокая скорость протекания процесса обусловливает практически полное использование кислорода, несмотря на сравнительно небольшое время его пребывания в слое (примерно 3с). Это в свою очередь является причиной получения богатых по содержанию SO₂ газов (12-13%). Отсутствие в газах свободного кислорода несколько меняет термодинамическую обстановку протекания реакций, способствуя разложению сульфатов в слое материала.

Другой, не менее важной особенностью протекания процессов в кипящем слое является очень высокая интенсивность массо - и теплообмена. Печь КС может рассматриваться как аппарат идеального смешения. В вертикальных разрезах практически не удается обнаружить ни разности температур, ни разности состава материала в различных частях печи.

Высокие скорость протекания реакций окисления и удельная производительность агрегата являются причиной того, что при обжиге обычных по составу концентратов (28-32% S) даже при использовании холодного воздушного дутья в процессе выделяется избыточное количество тепла. Если не принимать специальных мер, температура будет непрерывно возрастать, превысит температуру начала плавления материала, он начнет спекаться и даже плавиться. В предельном случае кипение вообще прекратится и в печи образуется козел. Для того чтобы этого не происходило и температура удерживалась в заданных пределах (750-800 ^оС), необходимо отводить избыточное тепло из слоя.

Для осуществления обжига в кипящем слое сульфидных материалов применяют печи с вертикальным рабочим пространством, отличающиеся устройством отдельных узлов, геометрическими размерами и формой поперечного и вертикального сечений. В поперечном сечении печи КС могут быть круглыми, прямоугольными или эллиптическими, в вертикальном - цилиндрическими или расширяющимися кверху.

Рабочая камера печи выполнена в виде металлического кожуха, футерованного изнутри шамотным кирпичом и покрытого снаружи слоем теплоизоляционного материала. Свод печи изготовлен из огнеупорного кирпича.

Под печи представляет собой устройство, обеспечивающее равномерное распределение подаваемого в слой обжигаемого материала воздуха и предотвращающее провал мелкого сыпучего материала в воздушные камеры. Обычно его выполняют из жароупорного бетона с отверстиями для воздухораспределительных сопел колпачкового типа. Сопла располагаются равномерно по всей площади пода в шахматном порядке с расстоянием между рядами 200-300 мм. Количество сопел на 1 м² пода колеблется от 30 до 50 шт.

Загрузку шихты осуществляют через форкамеру имеющую повышенную плотность размещения воздушных сопел. Обжигаемый материал может подаваться с любым содержанием влаги вплоть до пульпы. Разгрузка огарка из печей КС осуществляется через сливной порог или через донную течку, расположенную на уровне подины. Высота размещения сливного порога (обычно 1,5-2 м) определяет уровень кипящего слоя. Через порог огарок «сливается» самопроизвольно по мере загрузки шихты и образования в печи его избыточного количества. В случае донной разгрузки огарка высоту кипящего слоя регулируют скоростью разгрузки материала с помощью шибера (стопора).

Конструкция обжиговых печей КС очень проста, а их работа легко поддается автоматизации и механизации.

4. Вещественный состав концентрата

Для последующего определения материального и теплового баланса окисления медного концентрата рассчитаем его вещественный состав.

Химический состав медного концентрата следующий:

Сu - 67,2%, S -21,1%, Ni - 4,04%, Fe - 4,21 %, Co - 0,256 %.

По составу практически вся медь находится в виде Cu₂S, никель - в виде Ni₃S₂, кобальт - в виде CoS.

Подсчитываем содержание халькозина на 100 кг руды.

Меди в концентрате 67,2%

127,2 Cu входят в 159,2 Cu₂S(по молекулярному весу)

67,2 Cu - х концентрата

х =

Зная количество и состав халькозина, рассчитываем, сколько серы содержится в халькозине:

159,2 Cu₂S входят 32 S

84,1 Cu₂S - x S

x= (32) / 159, 2 = 16, 9 кг

Проверка: 67,2 + 16,9 = 84,1 кг

Весь никель содержится в виде Ni₃S_2.

Количество Ni₃S₂ в концентрате:

176,1 Ni входят 240,07 Ni₃S₂

4,04 Ni - x Ni₃S₂

x = (240, 07*4, 04) / 176, 1 = 5, 5 кг

Количество серы в Ni₃S₂:

240, 07 Ni₃S₂ входят 64 S

5, 5 Ni₃S₂ - x S

x = (64*5, 5) / 240, 07 = 1, 47 кг

Проверка: 4,04 + 1,47 = 5,5 кг

Всё железо находится в виде FеS.

Количество FеS в концентрате:

55,8 Fe входят 87,8 FеS

4,21 Fe - x FеS

x = (87, 8*4, 21) / 55, 8 = 6, 62 кг

Количество серы в FeS:

87, 8 FeS входят 32 S

6, 62 FeS - x S

x = (32*6, 62) / 87, 8 = 2, 41 кг S

Проверка: 2,41 + 4,21 = 6,62 кг

Кобальт находится в виде CoS.

Количество CoS в концентрате:

59 Co входят 91 CoS

0,256 Co - x CoS

x = (91*0,256) / 59 = 0, 39 кг

Количество серы в CoS:

91 CoS входят 32 S

0,39 CoS - x S

x = (32*0, 39) / 91 = 0, 14 кг

Проверка: 0,256 + 0,14 = 0,39 кг

Проверка S: 16,9 + 1,47 + 2,41 + 0,14 = 21,1 кг

Таблица 1 Сводная таблица химического и вещественного состава медного концентрата

Компоненты	Минералы	Всего
	Cu2S	Ni3S2	FeS	CoS
Cu	67,2	-	-	-	67,2
Ni	-	4,04	-	-	4,04
Fe	-	-	4,21	-	4,21
Co	-	-	-	0,256	0,256
S	16,9	1,47	2,41	0,14	21,1
Итого	84,1	5,5	6,62	0,39	100

5. Материальный баланс

При обжиге медного концентрата в кипящем слое десульфуризацию печи примем 97%.

В соответствии с данными таблицы1 халькозина в 100 кг концентрата будет 84,1 кг. По реакции:

2Cu₂S + 3O₂ > 2Cu₂O + 2SO₂

образуется Cu₂O: кг

в котором содержится меди: кг

и кислорода: кг

Проверка: 67,2 + 8,4 = 75,6 кг

образуется SO₂: кг или нм³

в котором содержится серы: кг

и кислорода: кг

Проверка: 17 + 16,9 = 33,9 кг

Ni₃S₂ в 100 кг концентрата содержится 5,5кг.

По реакции

Ni₃S₂ +3, 5 O₂> 3NiO + SO₂

образуется NiO: кг

в котором содержится никеля: кг

и кислорода: кг

Проверка: 4,04+ 1,06 = 5,1 кг

образуется SO₂: кг или нм³

в котором содержится серы: кг

и кислорода: кг

Проверка: 1,05 + 1,05 = 2,1 кг

FeS в 100 кг концентрата содержится 6,62кг.

По реакции

2FeS + 3,5O₂> Fe₂O₃ + 2SO₂

образуется Fe₂O₃: кг

в котором содержится железа: кг

и кислорода: кг

Проверка: 4,21+ 1,79 = 6 кг

образуется SO₂: кг или нм³

CoS в 100 кг концентрата содержится 0,39кг.

По реакции:

2CoS + 3O₂> 2CoO + 2SO₂

образуется CoO: кг

в котором содержится кобальта: кг

и кислорода: кг

Проверка: 0,256+ 0,064 = 0,32 кг

образуется SO₂: кг или нм³

16,9+1,47+2,41+0,14=21,1 кг

При заданной общей десульфуризации печи (97%) окислением удаляется S:

21,1*0,97=20,5 кг

Следует ввести в печь O₂:

21,1 / 32 * 23 = 15,17 кг

Всего потребуется ввести в печь O₂:

15,77 + 20,6 =35,77 кг

С этим кислородом будет введено азота:

35,77 / 23 * 77 = 119,75кг

Составим материальный баланс для обжига медного концентрата в КС.

Воздух при обжиге в кипящем слое выполняет двоякую роль: во-первых, он является химическим реагентом - окислителем материалов, во-вторых, воздух, проходящий через слой материала, создает состояние его «кипения». Поэтому, расчет количества воздуха, необходимого для осуществления процесса, должен учитывать оба указанных момента.

Таблица 2 Состав технологических отходящих газов

Газ	Вес	Объём
	кг	%	нм3	%
SO2	42,2	21,31	13,462	11,5
O2	35,77	18,09	7,9198	6,75
N2	119,75	60,6	95,8	81,75
Всего	197,72	100	117,18	100

Таблица 3 Сводная таблица материального баланса окислительного обжига медного концентрата

№	Материалы и продукты	поступило
				Co					Прочие	Всего
		кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%
1	Медный концентрат	67,2	67,2	4,04	4,04	0,256	0,256	4,21	4,21	21,1	21,1					3,194	3,194	100	39,1
2	Воздушное дутье											35,77	14	119,75	46,89			155,52	60,9
	итого	67,2	26,3	4,04	1,58	0,256	0,1	4,21	1,65	21,1	8,3	35,77	14	119,75	46,89	3,194	1,2	255,52	100
		получено
				Co					Прочие	Всего
		кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%
1	Огарок	64,51	25,302	3,88	1,52	0,25	0,098	4,04	1,58			14,076	5,5			3,194	1,2	89,95	35,2
2	пыль	2,69	0,998	0,16	0,08	0,006	0,002	0,17	0,07			0,594	0,27					3,62	1,42
3	Технические газы									21.1	8,3	21,1	8,23	119,75	46,87			161,95	63,38
	итого	67.2	26,3	4.04	1,58	0.256	0,1	4.21	1,65	21.1	8,3	35,77	14	119,75	46,87	3,194	1,2	255,52	100

6. Тепловой баланс

Рассчитаем тепловые эффекты протекающих при обжиге реакций:

1) 2Cu₂S + 3O₂ > 2Cu₂O + 2SO₂

Исходя из теплот образования сульфидов и окислов , рассчитаем тепловой эффект реакции:

на образование Cu₂O 2*39840=79680

SO₂ 2*70960=141920

Итого:221600

Исключая тепло на разложение Cu₂S 2*19000=38000ккал, получим тепловой эффект, равным 183600ккал.

На 1 кг Cu₂S выделяется тепла:

183600 / (159,2 * 2) = 576,63 ккал = 2416,08 кДж

Пары серы, окисляясь, выделяют 70960 ккал на 1 кг серы:

70960 / 32 = 2217,5 ккал = 9291,3 кДж

На 84,1 кг Cu₂S выделяется тепла:

Q₁ = 2416, 08 * 84, 1 = 203192, 3 кДж

2) Ni₃S₂ +3, 5 O₂> 3NiO + SO₂

на образование NiO 3*58400=175200

SO₂ 2*70960=141920

Итого:317120

Исключая тепло на разложение Ni₃S₂ 33360 ккал, получим тепловой эффект, равным 283760ккал.

На 1 кг Ni₃S₂ выделяется тепла:

283760 / 240,07 = 1181,99 ккал = 4952,5 кДж

На 5,5 кг Ni₃S₂ выделяется тепла:

Q₂ = 4952, 5 * 5, 5 = 27238, 75 кДж

3) 2FeS + 3,5O₂> Fe₂O₃ + 2SO₂

на образование Fe₂O₃ .196500

SO₂ 2*70960=141920

Итого:338420

Исключая тепло на разложение FeS 2*22720=45440 ккал, получим тепловой эффект, равным 292980 ккал.

На 1 кг FeS выделяется тепла:

292980 / (87,8 * 2) = 1668,45 ккал = 6990,8 кДж

На 6,62 кг FeS выделяется тепла:

Q₃ = 6990, 8 * 6, 62 = 46279,096 кДж

4) 2CoS + 3O₂> 2CoO + 2SO₂

на образование CoO 2*57500=115000

SO₂ 2*70960=141920

Итого:256920

Исключая тепло на разложение CoS 2*22770=45540 ккал, получим тепловой эффект, равным 211380 ккал.

На 1 кг CoS выделяется тепла:

211380 / (91 * 2) = 1161,43 ккал = 4866,4 кДж

На 0,39 CoS кг выделяется тепла:

Q₄ = 4866, 4 * 0, 39 = 1897,896 кДж

На 21,1 кг S выделяется тепла:

Q₅ = 9291, 3 * 21, 1 = 196046, 43 кДж

Составим таблицу тепловых эффектов протекающих реакций.

Таблица 4 Таблица тепловых эффектов протекающих при обжиге реакций

Реакции	Тепловые эффекты, ккал
2Cu2S + 3O2 > 2Cu2O + 2SO2	221600
Ni3S2 +3,5 O2> 3NiO + SO2	317120
2FeS + 3,5O2> Fe2O3 + 2SO2	338420
2CoS + 3O2> 2CoO + 2SO2	256920

Исходя из этих данных и материального баланса процесса обжига, составляем тепловой баланс.

Расчёт теплового баланса процесса ведется на 100 кг концентрата.

Приход тепла.

1. Физическое тепло концентрата

Q₁ = c₁m₁t₁,

где c₁ =0,88 кДж/кг град - определяется по теплоёмкости составляющих концентрата и их процентному содержанию в концентрате;

m₁ = 100 кг;

t₁ = 30^oС

Q₁ =0, 88 * 100*30=2640 кДж

2. Физическое тепло воздуха

Q₂ = c₂m₂t₂,

где c₂ = 1, 3 кДж/кг град;

m₂ = 155, 52 кг;

t₂ = 30^oC

Q₂ = 1, 3 * 155, 52 * 30 = 6065, 28 кДж

3. Приход тепла определяется через тепловые эффекты окисления сульфидов, элементарной серы и образования оксидов:

Q_пр = 203192, 3+27238, 75+46279, 096+1897, 896+196046, 43=474654, 5 кДж

Общий приход тепла равен:

Q_пр = 474654, 5+2640+6065, 28=483359, 8 кДж

Расход тепла.

1. Тепло, уносимое огарком

Q₁^/= c₁^/ m₁^/ t₁^/ ,

где c₁^/ =0, 81 кДж/кг град - определяется аналогично c₁;

m₁ = 89, 95 кг;

t₁ = 900^oС

Q₁^/ =0, 81 * 89, 95*900=65573, 6 кДж

2. Тепло, уносимое газами

,

где t_газ=900^oC;

Q₁^/ = (2,209*13,462+1,461*7, 9198+1,377*95, 8)*900=155907 кДж

3. Тепло на испарение воды

При добавлении 9% воды определим расход тепла на её испарение.

Q₃^/= c₃^/ m₃^/ t₃^/_,

где C₃^/ =5, 39 ккал/моль=22,53кДж/кг град;

m₃ = 9 кг;

t₃ = 900^oС

Q₃^/ =22, 53 * 9*900= 182493кДж

4.Тепло, теряемое во внешнюю среду

Потери тепла по данным практики принимаем равным 5% от прихода тепла, т. е. 483359,8*0,05=24168 кДж

Общий расход:

Q_р=65573, 6+155907+182493+24168=428141, 6 кДж

Сравнение прихода и расхода указывает на избыток тепла в процессе обжига:

Q_изб= 483359, 8-428141, 6=55218, 2 кДж

Составим таблицу теплового баланса, на основе данных, рассчитанных выше.

Таблица 5 Таблица теплового баланса печи для обжига медного концентрата в КС

№ п/п	Статьи прихода тепла	кДж	%	№ п/п	Статьи расхода тепла	кДж	%
1. 2. 3.	Экзотермические процессы Физическое тепло концентрата Физическое тепло дутья	474654,5 2640 6065,28	98,2 0,55 1,25	1 2 3 4.	Тепло, уносимое огарком Тепло, уносимое газами Тепло на испарение воды Тепло, теряемое во внешнюю среду	65573,6 155907 182493 24168	15,4 36,4 42,6 5,6
	Итого	483359,8	100		Итого	441575,43	100

Избыточное тепло отнимается из слоя теплообменными устройствами, из которых наибольшее распространение получили водоохлаждаемые кессоны и змеевики (трубчатые теплообменники).

7. Расчёт печи

1. Определение оптимального количества дутья К₀.

Вначале определяется предельное количество дутья К, при котором неподвижный фильтрующий газы слой материала переходит в нестабильное состояние. Величина К рассчитывается по формуле, выведенной из сопоставления веса кусков материала и динамического давления струек газов, пронизывающих слой:

, (1)

где щ - площадь свободных проходов между кусками материала, в долях от общей площади сечения слоя, щ = 0,15;

ц - количество газов, образующихся в печи на единицу дутья:

г - кажущийся удельный вес материала, г = 4000 кг/м³;

- приведённый удельный вес газов в печи, ;

t_ср - средняя температура газов в слое, .

Величину среднего размера кусков l_ср для расчётов по формуле (1) рекомендуется определять по эмпирическим формулам, учитывающим влияние мелких фракций на уменьшение величины щ.

Для смесей, в которых , средний размер куска смеси l_ср, м, при объёмном содержании мелких кусков будет:

10-20%..........l_ср=0,5l_кр+0,5l_мел, (2)

20-30%………. l_ср=0,3l_кр+0,7l_мел, (3)

30-50%………. l_ср=0,1l_кр+0,9l_мел, (4)

50-70%………. l_ср=0,05l_кр+0,95l_мел, (5)

для смесей, в которых ……………..10-90%

(6)

Здесь l_кр - размер крупных кусков, м;

l_мел - размер мелких кусков;

b - объёмное содержание мелких кусков в смеси, доли единицы.

Гранулометрический состав медного концентрата приведен в таблице 6.

Таблица 6. Гранулометрический состав медного концентрата

меш	мм	ситовой анализ сухой пробы, %
+48	0,295	10
-48+170	-0,295+0,088	20
-170+200	-0,088+0,074	35
-200	-0,074	35

Крупная часть концентрата:

Куски 0,3 мм………10%(33%)

Куски 0,19 мм……..20%(67%)

Итого……………….30%(100%).

Мелкая часть концентрата:

Куски 0,08 мм………35%(50%)

Куски 0,07 мм……..35%(50%)

Итого……………….70%(100%).



Весь концентрат:

Крупная часть 0,203 мм………30%

Мелкая часть 0,967 мм………..70%

Итого………………………….100%.

Так как для всего концентрата , т.е. , то для расчёта среднего размера куска следует применить формулу (6):

l_ср=0,05l_кр+0,95l_мел= или

Подставляя найденные значения в формулу (1), определяем предельное количество дутья:

Оптимальное количество дутья, обеспечивающее создание устойчивого кипящего слоя медного концентрата, определяется по формуле:

2. Удельная производительность печи.

Определяется по формуле:

где 1440 - число минут в сутках;

f₁ - коэффициент нахождения печи под дутьём, f₁ =0,93-0,97;

V_уд - удельный практический расход воздуха на 1 т обжигаемого материала, V_уд = 1535,4 нм³/т;

3. Минимальное время пребывания концентрата в печи, обеспечивающее завершение обжига.

Рассчитывается по формуле, основанной на линейной скорости распространения процесса обжига в глубину слоя или куска материала щ, щ=0,005 м/час, для наибольшего размера кусков концентрата l_кр=0,3 мм:

4. Площадь пода печи.

Находится по формуле:

где А - производительность печи по перерабатываемому материалу, А = 200 т/сутки,

При круглой форме печи её внутренний диаметр будет равен

Принимаем 5,2 м.

5. Минимальный объём кипящего слоя V_К, м².

Определяется по формуле, выведенной из условия обеспечения минимального времени пребывания обжигаемого материала в кипящем слое:

где 24 - число часов в сутках;

- удельный объём материала в печи с учётом нахождения его в виде аэросмеси, м³/т, для печей кипящего слоя величину можно определить, увеличив удельный объём твёрдого материала примерно в 4 раза (содержание газов в азросмеси 75%):

где - удельный вес концентрата, т/м³.

6. Толщина кипящего слоя H_К, м.

Определяется по формуле:

Значение коэффициента принимается в зависимости от размеров печи и от химического и гранулометрического состава концентрата. С увеличением размеров печи, крупности концентрата и содержания серы в нём величина коэффициента принимается большей:

7. Общая высота печи H_П, м.

Находится по формуле, учитывающей необходимость значительного свободного объёма газового пространства над уровнем кипящего слоя, для снижения уноса пыли и полного завершения процесса обжига:



Чем мельче материал, обрабатываемый в печи, и больше величина К_о, тем большее значение коэффициента рекомендуется принимать по формуле:

8. Гидравлическое сопротивление кипящего слоя

Рассчитывается по формуле:

где - удельный вес твёрдого материала, = 4000 кг/м³;

- удельный вес газов в печи, = 1,388 кг/м³;

д - объём газов в слое по отношению к общему объёму слоя, д =0,65-0,85;

9. Параметры воздуходувки

Давление воздуха на воздуходувке определяется по формуле:

где - сопротивление воздухораспределительной подины печи, = 100 мм.вод.ст;

- коэффициент запаса, учитывающий также сопротивление воздухоподводящей системы:

при условии = 100 мм.вод.ст. Расход воздуха на одну печь определяется по удельному расходу V_уд =1535,4 нм³/т и производительности печи А = 200 т/сутки.

По величине давления и расхода воздуха выбирают воздуходувную машину. Для проектируемой печи выбираем воздуходувную машину производительностью 325 нм³/мин; давление 2300 мм.вод.ст.

10. Размеры и число дутьёвых сопел.

Для проектируемой печи принимаем сопло грибообразной формы с 4 выходными отверстиями диаметром 10 мм. Скорость истечения воздуха из сопла находится по формуле:

где ц - коэффициент расхода; для цилиндрических отверстий с острыми кромками ц = 0,8; g = 9,81 м/cек²;

р₁ - давление воздуха в сопле, р₁ - 1600 мм.вод.ст.; р₂ - давление воздуха в нижней части кипящего слоя, р₂ - 1599,44 мм.вод.ст;

- удельный вес газов в печи, = 1,388 кг/м³;

Число сопел, необходимое для печи:

где V - расход воздуха на печь;

f - площадь выходных отверстий одного сопла

1,2 - коэффициент запаса;

8. Расчёт газоходной системы

Расчёт газоходной системы печей состоит из выбора схемы газоочистки и утилизации газов и пыли, разработки пространственной схемы всего газоходного тракта и собственно расчёта газоходов, устройств для улавливания пыли и утилизации тепла газов, дымососа или дымовой трубы.

Принимаем схемы газоходной системы, состоящей из скруббера, центробежного циклона, электрофильтра и дымососа. Эта схема обеспечивает хорошую утилизацию тепла отходящих газов и достаточно полное улавливание пыли.

Количество газов, образующихся в печи:

Температура газов 900°удельный вес 1,388 кг/м³.

С учётом подсоса по 5% количество газа на участках будет, нм³/сек:

Скруббер…………………….;

Котёл-циклон……………….;

Циклон-электрофильтр…….;

Электрофильтр-дымосос..….

Температура газов на выходе из печи с учётом подсоса

Температура газов на входе в скруббер при падении температуры 5° на 1пог.м газохода

Температура газов на выходе из котла 400°; c учётом подсоса

Температура газов на входе в циклон

Температура газов на выходе из циклона 270°; с учётом подсоса

Температура газов на входе в электрофильтр

Температура газов на выходе из электрофильтра 160°, с учётом подсоса

Температура газов перед дымососом

Далее определяются действительные объёмы газов и рассчитываются отдельные узлы газоходной системы.

8.1 Участок скруббер

Средняя температура газов ; объём газов .

Определяем площадь сечения скруббера, м²:

,

где н_г - скорость газов в свободном сечении аппарата, м/с, н_г=5м/с

S=12,7/5=2,54 м²

Определяем высоту противоточного скруббера из условия:

H=2,5D,

где D - диаметр аппарата, м

H=2,5*5,2=13 м

Общий расход жидкости, подаваемой на орошение аппарата:

V_ж=m*Vг,

где m - удельный расход жидкости, m=0,5-8л/м³

V_ж=4*0,6=2,4 л/м² с

Исходя из производительности по газу, равной 2,97 нм³/с и высоте, равной 13 м, определяем по справочной литературе диаметр скруббера.

D = 1,4 м

8.2 Участок котёл-циклон

Средняя температура газов ; объём газов ; при скорости газа 5 м/сек сечение газохода на этом участке равно диаметр газохода средняя температура газа в циклоне объём газов, проходящих через циклон или 25376,6 м³/час

8.3 Участок циклон-электрофильтр

Средняя температура газов ; объём газов ; при скорости газа 5 м/сек сечение газохода на этом участке равно диаметр газохода средняя температура газа в электрофильтре объём газов, проходящих через электрофильтр или 21264,1 м³/час.

8.4 Участок электрофильтр-дымосос

Средняя температура газов ; объём газов ; при скорости газа 5 м/сек сечение газохода на этом участке равно диаметр газохода количество газов перед дымососом или 21600 м³/час.

Для выбора дымососа необходимо определить сопротивление (сумму потерь напора) газоходной системы.

8.5 Участок скруббер

1. Поворот газа на 90° при выходе из печи по формуле:

(1)

(резкий поворот под прямым углом);

2. Внезапное сужение по формуле (1):

при значении где

F₂ - сечение газохода.

Поскольку

3. Потери напора на трение по формуле:

(2)

Здесь где

5. Потери напора в котле принимаем 40 мм.вод. ст;

8.6 Участок котёл-циклон

1. Потери напора на трение по формуле (2):

при значении

2. Потери напора в батарейном циклоне равны 50 мм.вод.ст;

8.7 Участок циклон-электрофильтр

1. Потери напора на трение по формуле (2):

где

2. Поворот газа на 90° по формуле (1):

при значении (плавный поворот под прямым углом)

3. Потери напора в электрофильтре принимаем 20 мм.вод.ст.:

8.8 Участок электрофильтр-дымосос

1. Потери на трение по формуле (2):

где

2. Поворот газа на 90° по формуле (1):

при значении (плавный поворот под прямым углом)

3. Потери при опускании газа после электрофильтра



С учетом запаса напора 50%

Выбираем центробежный вентилятор среднего давления, имеющий производительность 27870 м³/час при h = 180 мм.вод.ст.

Заключение

В ходе выполнения данного курсового проекта были произведены расчеты вещественного, материального и теплового балансов процесса и получены составы отходящих газов.

Также можно сказать о высокой вероятности автогенного режима, а избыток тепла отнимать из слоя теплообменными устройствами. Но все это может быть гарантировано при степени десульфаризации не ниже 97%.

В итоге можно сделать вывод о теоретической возможности проведения обжига концентрата данного состава в печи кипящего слоя без затраты топлива, но только необходимо учитывать огромное количество избыточного тепла.

Список использованной литературы

1. Ф.М. Лоскутов, А.А. Цейдлер “Расчеты по металлургии тяжелых цветных металлов”, М.1963г.

2. И.Ф. Худяков, А.И. Тихонов, В.И. Деев, С.С. Набойченко “Металлургия меди, никеля и кобальта”, М. “Металлургия” 1977г.

3. Н.В. Гудима, Я.П. Шейн “Краткий справочник по металлургии цветных металлов”, М. ”Металлургия”, 1975г.

4. И.Н. Пискунов “Металлургия тяжелых цветных металлов. Медь. Учебное пособие”, Л. 1978г.

5. Н.Н. Севрюков, Б.А. Кузьмин, Е.В. Челищев “Общая металлургия”, М. “Металлургия” 1976 г.

6. А.В. Ванюков, В.Я. Зайцев “Теория пирометаллургических процессов”, М. “Металлургия” 1993 г.

7. Диомидовский Д.А. «Металлургические печи цветной металлургии», М. «Металлургия» 1970.

Размещено на Allbest.ru