Раздел 3. Автогенные процессы в металлургии меди. Лекция 5. Некоторые теоретические аспекты автогенных процессов

Вопрос 1. . Физико-химические принципы автогенности, методы достижения.

Приоритетным направлением развития металлургии черновой меди в ХХ1 веке являются технологии, основанные на применении автогенных процессов (АП), как в наибольшей степени, отвечающие современным требованиям охраны окружающей среды, комплексному использованию сырья и энергосбережению.

Автогенными процессами называются процессы, в которых теплота необходимая для нагрева и плавления шихты поступает в агрегат автогенной плавки за счет экзотермических реакций от окисления сульфидов и реакций шлакообразования железа и комплексных соединений из породообразующих минералов.

MeS + 3/2O2 = MeO + SO2 + Q₁

Al₂O₃ + SrO₂ + CaO -> Al₂O₃.SiO₂.CaO + Q₂

FeO + SrO₂ + CaO -> FeO.SO₂.CaO + Q₃

В этом случае говорят о том, что автогенный процесс протекает за счет собственной теплотворной способности шихтовых материалов, проявляемых в собственных окислительных процессах и реакциях шлакообразования.

Основы современных автогенных процессов составляет гетерогенная реакция окисления твердых, жидких(штейнов) сульфидов кислородом газовой фазы (дутья).

Есть коэффициент автогенности. Это отношения Qполезной теплоты, к теплоте экзотермической реакции.Qполез/qэкз.

Qполезн=qэкз-Qплавления-Qпотерь (1)

Qполезн/qэкз = 1-qпл/qэкз-Qпотерь/qэкз

Qпл/qэкз= постоянное и равно энтальпии.

Qполез/Qэкз – коэффициент экзотермичности (АВТОГЕННОСТИ) ?

η = C­^’ – Q_пот/q_экз (2)

С^э = 1 –С

Коэффициент экзотермичности = С`- Qпотерь/qэкз

Когда Qпотерь стремиться к 0, тогда коэффициент автогенности стремится к постоянной величине С`, так он называется коэффициентом идеальной автогенности η^ид_авт. Коэффициент идеальной автогенности определяется термодинамическими свойствами системы и является величиной разной и постоянной для разных сульфидов.

Для FeSкоэффициент идеальной автогенности составляет = 0,98

Для Cu2Sкоэффициент идеальной автогенности составляет = 0,686

Основу автогенных процессов составляют следующие экзотермические реакции:

2FeS+3O2+SiO2=2FeO*SiO2+2SO2+1030,29 кДж (3)

Кроме реакции (3) большое в тепловом балансе автогенных процессов значение имеет :

6FeO+O2=2Fe3O4+635,5 кДж (4)

2FeO+SiO2=2FeO*SiO2+29,9 кДж (5)Фаялит

Основу тепловых балансов составляют реакции окисления и ошлакования железа. В общем случае количество тепла, выделяемое при взаимодействии сульфидов с чистым кислородом, при окислении .

FeSдоFe2O3 составляет 1252,4кДж/кг

СU2SCu2O1648,1кДж/кг

PbSPbO72,59кДж/кг

Ni3S2 NiO101,04 кДж/кгХизлевудит

Для медных и медноцинковых концентратов автогенный режим плавки наступает при содержании в них серы 30-33% железа 27(23)%

Для медно-никилевых сера 28-30%, Железо 30-35%

Для свинцовых сера 20-23%, железо 20%

Пиритные FeS2 и перротиновыеFe7S8 концентраты плавятся практически автогенно.

Важной физико-химической характеристикой автогенных процессов является теплотворная способность шихтовых материалов.

m^к-т_{1 (FeS)} , кг

Q_н^р m^к-т_{2 (FeS)n} , кг

Q^р_ц.м. = -(∑m_i∆H_i - ∑m_j∆H_j)

i - исходные компоненты

j - продукты

Произведение массы на изменения энтальпии в продуктах

По результатам расчета в медном концентрате есть M^кг_(FeS)кг

На изменение энтальпии в соответствие

О тепловых балансов АП