Печь ВанюковаИсследования плавки в жидкой ванне в МИСиС ведутся с 50-х годов прошлого века. В 70-х годах ХХ века коллективом ученых под руководством профессора, д.т.н. Ванюкова А.В. была разработана, запатентована и успешно внедрена в практику работы предприятий цветной металлургии технология и печь для жидкофазной переработки сульфидных медных и никелевых руд, впоследствии получившая название «плавка Ванюкова» или «печь Ванюкова». Схема печи Ванюкова приведена на рис.1. Рис. 1. Схема печи Ванюкова. 1 – шлаковая летка, 2 – шлаковый отстойник, 3 – свод печи, 4 – загрузочное отверстие, 5 – аптейк, 6 – штейновый отстойник, 7 – штейн, 8 – летка полного выпуска, 9 – фурмы для продувки расплава.
Первая промышленная печь была построена и запущена в эксплуатацию в г. Норильске (НГМК) в конце 70-х годов. Печь оборудована кессонированным кожухом, свод и подина печи выполнены из огнеупорного кирпича. Процесс протекает в жидкой шлаковой ванне, барботируемой через фурмы кислородсодержащим дутьем. Плавка «Ванюкова» относится к автогенным процессам, которые осуществляются за счет внутренних энергетических ресурсов. Автогенная переработка сульфидных руд осуществляются за счет теплоты экзотермических реакций: 2FeS +3O2 = 2FeO + 2SO2, ΔH0 = -937.340 кДж, (1.1) 2FeO +SiO2 = 2FeO× SiO2, ΔH0 = -92.950 кДж. (1.2) Суммарная реакция: 2FeS +3O2 + SiO2 = 2FeO× SiO2 +2SO2, ΔH0 = -1.030.290 кДж. (1.3) При недостатке тепла от окисления сульфида железа, возможно получение дополнительного тепла от окисления двухвалентного железа: 6 FeO + O2 = 2 Fe3O4, ΔH0 = -635.560 кДж. (1.4) Промышленные сульфидные концентраты могут быть отнесены к низкокалорийному топливу. При сжигании 1 кг концентрата выделяется 10–20 кДж теплоты. Для сравнения, сжигание 1 кг условного топлива дает 29,3 кДж. В случае если тепла от реакций 1.1 – 1.3 недостаточно, его дефицит может быть компенсирован сжиганием угля, мазута, природного газа. Принцип плавки Ванюкова состоит в том, что перерабатываемое сульфидное сырье непрерывно загружается на поверхность барботируемой кислородсодержащим дутьем шлаковой ванны. В попадающих на поверхность ванны частицах шихтовых материалов протекают процессы испарения влаги, нагрева и расплавления компонентов. В шлаковой ванне одновременно протекают процессы горения сульфидов на фурмах, образование капель штейна, переход оксидов железа и пустой породы в шлак. Полученные в результате процесса расплавы шлака, штейна или чернового металла расслаиваются и непрерывно или периодически выпускаются из печи через отстойники. Для осуществления процесса разделения штейна и шлака в ванне поддерживается температура на уровне 1300–1350 °С. Большим преимуществом плавки Ванюкова является высокая концентрация диоксида серы в отходящих газах. Диоксид серы из таких газов может перерабатываться в элементарную серу, либо в сернистый ангидрид. При этом снижаются вредные выбросы серосодержащих компонентов в атмосферу. В настоящее время в Российской Федерации функционирует 5 печей Ванюкова, идет проектирование и строительство еще нескольких печей. Процесс запатентован во многих странах мира. До сих пор показатели работы печей Ванюкова превосходят показатели других автогенных процессов, а удельная производительность выше аналогов в 2–8 раз. В шлаковой ванне печи протекают преимущественно окислительные процессы. Частичное восстановление оксидов железа заканчивается двухвалентной формой. Восстановление железа в процессе Ванюкова до металлической фазы не требуется.
|
