Медно-серная плавка
Этот способ называют также усовершенствованной шахтной плавкой, позволяющей несколько уменьшить загрязнение среды и получить часть серы из руды в элементарном виде.
Печи медно-серной плавки выше обычных (8—8,5 м) и кессонированы только в нижней половине. Верхняя часть шахты выложена из шамота в железном кожухе. Печь не имеет шатра, а перекрыта сводом с герметичным загрузочным устройством в центре его, подобным применяемому в доменных печах. Поверхность кессонов, обращенная внутрь, футерована тонким слоем огнеупорного кирпича.
Этим способом, помимо кусковой сульфидной руды, плавят брикеты из мелочи и кокса, в которые для связки добавляют известь и трепел. Влажную смесь прессуют под давлением 14,71 МН/м2, а для упрочнения выдерживают на воздухе или пропаривают в автоклавах. В печь загружают мелкий (20—30 мм) кокс в количестве до 12% от массы шихты: благодаря большой удельной поверхности он — сравнительно энергичный восстановитель.
В нижней части шахты, где среда — окислительная, протекают уже известные нам реакции горения сульфидов и кокса, углерод сгорает до СО2. Газы, содержащие SО2, СО, СО2, избыток кислорода и азота, поднимаются, пронизывая сыпь; кислород постепенно расходуется на окисление сульфидов и горение кокса. Углекислота, взаимодействуя с углеродом, частично превращается в СО; вода, внесенная дутьем и шихтой, разлагается углеродом, либо взаимодействует с сульфидами, образуя сероводород:
Н2О + С = СО + Н2,
FeS + Н2О = FeO + H2S,
Состав газа по мере движения его вверх изменяется: СО2, О2 и Н2О становится меньше за счет образования окиси углерода, сернистого газа и сероводорода. Часть сернистого газа восстанавливается до серы, сероуглерода и сероокиси углерода:
2SО2 + 4CO+S2 + 4CО2,
C+S2 = CS2,
2СО + S2 = 2COS.
В верхних горизонтах сыпи в газы переходят также пары серы, полученные в результате диссоциации пирита и других сложных сульфидов.
Колошниковые газы имеют примерно следующий состав, г/м3: 290 S2; 28 SО2; 20 H2S; 19 (COS+CS2). Они должны покидать печь при сравнительно высокой температуре (430—450° С), чтобы можно было уловить пыль до начала конденсации паров серы. В газосборнике и газоходах осаждается основная масса наиболее крупной пыли, окончательная очистка газов происходит в электрофильтрах.
Очищенный газ подается в контактные камеры, заполненные пористой массой катализатора, состоящего из глиноземного цемента и гидроокиси алюминия, в присутствии которого при температуре около 450° С протекают реакции с образованием паров элементарной серы и выделением тепла:
2SО2 + 2CS2 = 2СО2 + 3S2; ΔH0298 = — 17,52 кДж;
2SО2 + 4H2S = 4Н2О + 3S2; ΔH0298 = — 469,52 кДж;
2SО2 + 4COS = 4СО2 + 3S2 ΔH0298 =— 519,52 кДж.
Далее газы направляют под водотрубные котлы, где сера конденсируется на трубках и стекает в сборник. Тепло конденсации используют для получения пара низкого давления. Газы, охлажденные примерно до 120° С, для улавливания тонких взвешенных капель серы поступают в оросительную башню, заполненную насадкой из металлических колец.
После первой переработки газов извлечение серы только 75%, поэтому часто находят выгодным повторить катализ. Газы снова подогревают до 150° С в рекуператорах и направляют во вторую подобную цепь аппаратов, которая начинается другой контактной камерой. Так, дополнительно получают еще 10— 12% серы. Общее извлечение ее двойным катализом достигает 80—90 %, а чистота 99,6—99,95 %.
Отходящие газы, в которых остается, г/м3: 1,5 S2; 14 SO2; 7 H2S; 9 (COS+CS2) перед выбросом в атмосферу пропускают через башню с известняком, орошаемую водой, либо, если они богаты, дожигают и направляют на производство серной кислоты.
Штейны медно-серной плавки содержат всего 4—15% меди. Для облегчения дальнейшей переработки их подвергают сократительной плавке в обычных шахтных печах. Железо окисляется и переходит в шлак, а содержание меди в штейне за счет этого повышается до 25—40%.
В сравнении с обычной шахтной плавкой медно-серная — менее производительна и требует большего расхода кокса. Проплав здесь не превышает 35—55 т/м2 сечения у фурм, а расход кокса достигает 10—12% от массы шихты. Сравнительно худшие показатели выплавки штейна окупаются получением элементарной серы.
Обогащение дутья кислородом и его подогрев обещают возможность улучшения показателей этого интересного способа, которым пока в мировой практике» ежегодно получают около 50 тыс. т меди и 400 тыс. т серы.
В современной зарубежной металлургии значение отдельных способов выплавки штейнов по массе в них меди можно сравнить в следующих цифрах, %:
| Отражательная плавка | 79 |
| Шахтная плавка | 15 |
| Электроплавка | 1 |
| Плавка во взвешенном состоянии | 5 |
| 100 |
Статья на тему Медно-серная плавка