содержание      ..     1      2      3      4      ..

ИТС НДТ 3-2025 Производство меди - часть 3

Окончание таблицы 5.30

Метод/оборудование

Применимость

промывки (в том числе промывки анодов

и катодов)

б)

Повторное использование стоков,

Применяется в зависимости от

образующихся в газоочистных

содержания в сточных водах

установках мокрого типа (в мокрых

металлов и твердых веществ

электростатических фильтрах и мокрых

скрубберах)

в)

Повторное использование воды в

Общеприменим

процессе флотационного извлечения

меди из шлака

г)

Повторное использование травильных

Общеприменим

растворов и промывной воды

д)

Повторное использование электролита

Применим только на стадии

после удаления металла для

экстракции в

электролиза и (или) выщелачивания

гидрометаллургическом

производстве меди

е)

Использование поверхностных стоков в

Общеприменим

производственной деятельности

ж)

Использование систем оборотного

Общеприменим

водоснабжения

з)

Повторное использование воды,

Применяется в зависимости от

прошедшей очистку на очистных

содержания солей

сооружениях

НДТ 38. Сокращение сбросов загрязняющих веществ со сточными водами:

очистка сточных вод, образующихся при производстве меди, с целью удаления

металлов, сульфатов и других загрязняющих веществ на основе применения

методов, приведенных в таблице 5.31.

Таблица 5.31

Метод/оборудование

а)

Химическое осаждение

б)

Седиментация

в)

Фильтрация

г)

Флотация

д)

Обратный осмос

Значения концентраций загрязняющих веществ в прямых сбросах,

образующихся при производстве меди, в принимающие водные объекты

приведены в таблице

5.32. Эти показатели соответствуют точкам сброса с

установки.

142

Таблица 5.32 - Технологические показатели

Концентрация загрязняющего

Параметр

Единица измерений

вещества¹

Взвешенные

мг/дм³

≤ 25

вещества

Медь

мг/дм³

≤ 1

Никель

мг/дм³

≤ 0,5

Цинк

мг/дм³

≤ 1,0

Сульфат-ион

мг/дм³

≤ 420

Мышьяк

мг/дм³

≤ 0,2

¹ - Среднегодовая концентрация

5.3 Обращение с отходами, вторичными ресурсами, полупродуктами и

побочными продуктами

НДТ

39. Организация системы обращения с отходами, вторичными

ресурсами, полупродуктами и побочными продуктами, способствующей их

повторному использованию, а в случае невозможности - вторичной их переработки

или утилизации, включая использование одного или нескольких методов,

приведенных в таблице 5.33.

Таблица 5.33

Метод/оборудование

Применимость

а)

Извлечение металлов из пыли, поступающей из

Общеприменим

газоочистных установок

б)

Повторное использование или продажа гипса,

Применим в

получаемого в результате переработки SO2

зависимости от

содержания

металлов и от

наличия

рынка/процесса

в)

Регенерация или переработка и утилизация

Общеприменим

(использование) отработанных катализаторов

г)

Использование осадка, образующегося при очистке

Применим в

сточных вод, с целью извлечения металла из него

зависимости от

содержания

металлов и от

наличия

рынка/процесса

д)

Использование слабой кислоты в процессе

Общеприменим

выщелачивания или для производства гипса

е)

Извлечение меди из содержащих ее в значительных

количествах шлаков осуществляется методами флотации

143

Окончание таблицы 5.33

Метод/оборудование

Применимость

на обогатительной фабрике либо в печах обеднения

шлака.

ж)

Использование отвальных шлаков в качестве абразивных

Применим в

или строительных (для отсыпки дорог) материалов или

зависимости от

материалов для технических этапов рекультивации

содержания

з)

Использование лома футеровки печей и печного

металлов и от

оборудования производства черновой меди для

наличия рынка

извлечения металлов или повторное ее использование в

качестве огнеупорных материалов

и)

Использование хвостов (песков) после флотации шлака в

качестве абразивных или строительных материалов или

для иных возможных целей

к)

Использование съема с плавильных печей для

Общеприменим

извлечения металлов

л)

Использование слитого отработанного электролита для

извлечения меди и никеля. Повторное использование

остатков кислоты для получения нового электролита или

для производства гипса

м)

Использование анодных остатков в качестве

охлаждающего материала при пирометаллургическом

рафинировании или при переплавке меди

н)

Использование анодного шлама для получения

драгоценных металлов

о)

Использование гипса с установок по очистке сточных вод

Применим в

в пирометаллургическом процессе или его продажа

зависимости от

качества

получаемого гипса

п)

Извлечение металлов из шламов, шлаков и съемов

Общеприменим

5.4 Краткие описания применимых природоохранных технологий

Природоохранные технологии, оборудование, методы, краткие описания

которых приведены ниже, сами по себе не являются НДТ. В различных сочетаниях

их применение составляет основу конкретных НДТ.

5.4.1 Сокращение и предупреждение выбросов в атмосферу

Приведенные ниже описания даны в последовательности, исходя из

приоритетности загрязняющих веществ, на сокращение выбросов которых

направлены описываемые технологии.

Выбросы пыли, соединения металлов

Технология /

Описание

оборудование

Рукавный фильтр

Рукавные фильтры, часто называемые тканевыми

фильтрами, изготовляются из пористого тканного или

144

Окончание таблицы

Технология /

Описание

оборудование

Система

С целью избирательного поглощения SO2 из отходящих газов в

абсорбции /

этой технологии используется растворитель на основе

десорбции на

полиэфиров. Затем насыщенный SO2 растворитель поступает в

полиэфирах

другую

реакционную колонну, где он полностью

восстанавливается. Извлеченный диоксид серы используется

для производства сжиженного SO2 или серной кислоты.

Выбросы ртути

Технология /

Описание

оборудование

Адсорбция

Этот процесс основан на поглощении ртути

активированным

активированным углем. После того как поглощающая

углем

поверхность адсорбировала максимально возможный

объем вещества, адсорбент проходит процесс

регенерации, при котором происходит выделение

адсорбированного вещества.

Адсорбция селеном

Этот процесс основан на использовании в качестве

адсорбента покрытых селеном сфер. Красный аморфный

селен реагирует с содержащейся в отходящем газе

ртутью, образуя HgSe. Затем фильтр очищается, чтобы

восстановить селен.

Выбросы ЛОС, ПАУ и ПХДД/Ф

Технология /

Описание

оборудование

Дожигатель или печь-

Сжигающая система, в которой содержащееся в потоке

окислитель

отходящих газов загрязняющее вещество в управляемом

температурном режиме реагирует с кислородом с целью

обеспечить реакцию окисления

Регенеративная печь-

Сжигающая система, в которой используется процесс

окислитель

регенерации тепла, утилизирующий тепловую энергию

отходящих газов и углеродных соединений за счет

использования огнеупорной подложки. Для изменения

направления потока отходящих газов с целью очистки

огнеупорных поверхностей устанавливается манифольд.

Эта система также известна как регенеративный

дожигатель.

147

Окончание таблицы

Технология /

Описание

оборудование

Инъекция

ПХДД/Ф могут поглощаться пылью, и, следовательно,

адсорбирующего

эффективная система фильтрации пыли может

агента в сочетании с

способствовать

снижению

выбросов

ПХДД/Ф.

эффективной

Интенсификации этого процесса и уменьшению выбросов

системой

ПХДД/Ф также способствует использование специальных

улавливания пыли

адсорбирующих агентов.

Быстрое охлаждение

Синтеза вновь образующихся ПХДД/Ф можно избежать за

счет быстрого, охлаждения газа с 400 °C до 200 °C.

5.4.2 Сокращение и предупреждение сбросов в водные объекты

Технология /

Описание

оборудование

Химическое

Преобразование растворенных загрязняющих веществ в

выделение

нерастворимые соединения путем добавления химических

осадка

осадителей. Выделяющиеся твердые соединения затем

устраняются с помощью осаждения, флотации или

фильтрации. При необходимости в качестве дополнительных

методов могут применяться ультрафильтрация или обратный

осмос. Типичными реагентами, используемыми для

выделения металлов, являются известь, гидроокись натрия и

сульфидом натрия.

Механическое

Выделение растворенных частиц и материалов под действием

осаждение

сил гравитации.

Флотация

Выделение твердых или жидких частиц из сточных вод за счет

их сцепления с пузырьками разреженного газа, чаще всего

воздуха. Всплывающие за счет этого частицы накапливаются

на поверхности воды и затем собираются скиммерами.

Фильтрация

Выделение твердых частиц из сточных вод, пропускаемых

через пористую среду. Чаще всего в качестве фильтрующей

среды используется песок.

Ультрафильтрац

Процесс фильтрации, в котором в качестве фильтрующей

ия

среды используются мембраны с размером пор около 10 мкм.

Фильтрация

Процесс фильтрации, в котором в качестве фильтрующей

через

среды используется активированный уголь.

активированный

уголь

Обратный осмос

Мембранный процесс, в котором перепад давлений между

отделениями, разделенными мембраной, вызывает переток

воды из более концентрированного раствора в менее

концентрированный.

149

Рисунок А.1 - Реакторы для плавки в псевдоожиженном слое

А.1.2 Плавильные печи

В процессе плавки вырабатывается большое количество тепла, и большая

его часть уходит с продуктами горения и поступает на рекуперацию в котел-

утилизатор. Степень нагрева внутри печи контролируется для поддержания

эффективного процесса плавки и защиты печи. Системы охлаждения защищают

печь и увеличивают срок службы футеровки. Используют водяные завесы для

охлаждения наружного кожуха или специальные охлаждающие элементы для

охлаждения футеровки. При правильном охлаждении печи увеличивается период

использования футеровки до ее полной замены.

Охлаждение колошника печи препятствует нарастанию шлака и прочих

материалов, которые нарушают герметичность вытяжных зонтов системы отвода

продуктов горения. Для этого участка печи разработаны эффективные системы

охлаждения.

А.1.2.1 Отражательные, подовые или канальные печи

Отражательную печь иначе еще называют подовой печью. Она применяется

для плавки концентрата и вторичного сырья. Существует два основных типа:

простая электрованна для плавки огарка или концентрата и отражательная

подовая печь для плавки или рафинирования. Иногда печи могут наклоняться для

слива или продувки металла. Для подачи газа или измельченного материала могут

применять фурмы.

Конструкция печи различна в зависимости от конкретного металла и

процесса. Различия включают наличие наклонного пода и боковых каналов для

специальной плавки; газ вдувают через фурмы и кислородное копье. Шлак обычно

сливают.

При плавке сульфидных руд в отражательной печи концентрация диоксида

серы обычно ниже из-за большого объема газов, подаваемых для поддержания

горения, и низкого выхода серы из печи. Схема конструкции печи представлена на

рисунке А.2.

156

Эти печи применяются для плавки различных видов первичного и вторичного

сырья и для огневого рафинирования.

Свод печи

Уровень расплава

Лещадь печи

Рисунок А.2 - Устройство наклоняемой отражательной подовой печи для плавки

вторичной меди

А.1.2.2 Шахтные печи

В шахтных печах нагрев осуществляется с помощью фурменного дутья в

нижней части печи для сжигания кокса, смешанного с шихтой оксида металла или

вторичного сырья и флюсами. Шихта часто брикетированная. В результате

сжигания части кокса температура внутри печи поднимается и образуется СО,

который вместе с водородом, образующимся при взаимодействии воды и газа,

восстанавливает оксиды металла до металла. В результате реакции образуется газ

с большим содержанием СО, который после очистки можно использовать для

предварительного нагрева воздуха дутья или сжигать в отдельном дожигающем

устройстве или в богатой кислородом части печи.

Во внутреннем горне печи образуются жидкие продукты плавки, расплав

отстаивается, и его составляющие разделяются по плотности, если выпуск черной

меди из печи происходит периодически. При наличии у печи наружного отстойника

смешанные продукты плавки непрерывно выходят из печи и окончательно

разделяются по удельному весу в наружном отстойнике.

157

Кожух печи - водоохлаждаемый по всей высоте или только в нижней части

(печь с водяным охлаждением). Существует два типа шахтных (доменных) печей в

зависимости от типа загрузки шихты и рабочей температуры при плавке:

- с горячей скиповой подачей шихты через конус или с конвейерной подачей

шихты через переходной люк;

- с холодной загрузкой из бункера, при этом загружаемая шихта сама по себе

обеспечивает герметичность свода.

Устройство этих печей показано на рисунках А.3 и А.4.

Рисунок А.3 - Шахтная печь для плавки первичной меди

158

Рисунок А.4 - Шахтная печь для выплавки вторичной меди

Шахтные (доменные) печи широко используются для плавки и

восстановления меди, равно как и многих других металлов. В результате недавних

разработок стала возможной загрузка в печь через фурмы тонкодисперсных

материалов, что позволяет избежать брикетирования и уменьшить объем операций

с пылящими материалами.

А.1.2.3 Электрические печи (печи сопротивления)

Этот тип печи предполагает расположение, подобное расположению

электрической восстановительной печи. В зависимости от размера печи в жидкий

слой погружаются от трех до шести графитированных или предварительно

обожженных электродов. Температура плавления поддерживается за счет

электроподогрева. Печь обычно работает непрерывно. Схема устройства печи

данного типа представлена на рисунке А.5.

Расправленное или твердое сырье загружается несколькими способами с

помощью желобов, загрузочных труб или через полый электрод. Герметичные или

полугерметичные условия легко поддерживаются. В ходе плавки обожженный

рудный концентрат подается на жидкий расплав либо через колошник печи, либо с

боковой части с помощью отдельных загрузчиков, а электроды погружаются в

расплавленный слой шлака.

Электрические печи могут эксплуатироваться различными способами с

использованием кокса и шлакообразующих реагентов в зависимости от сферы

применения. Углеродные электроды расходуются как оксиды и восстанавливаются,

но при этом объем газа, образующегося во время работы, сводится к минимуму

ввиду отсутствия газов, образующихся при сжигании топлива. Такие печи обычно

герметизируются, а газы легко улавливаются и очищаются с целью удаления и по

возможности повторного использования пыли, СО и диоксида серы.

159

Рисунок А.5 - Электрическая печь для плавки концентрата и обожженного

материала

Такого рода печи используются при производстве меди и некоторых других

металлов из первичного и вторичного сырья и могут также использоваться для

очистки шлака. Шлаки, образующиеся при первичной плавке меди, обычно

подвергаются очистке в кольцевой печи.

В целом, в электрических печах обрабатываются те же типы вторичного

сырья. Восстановительные агенты, используемые в электрических печах, включают

в себя кокс и другие материалы. Тепло, необходимое для плавки, образуется

исключительно за счет электроэнергии, поступающей через электроды,

погружаемые в расплавленный шлак, который действует как электрическое

сопротивление. Шихта подготавливается по составу, соответствующему

конкретной программе плавки, и подается на печь через закрытую систему загрузки.

Расплавленные продукты выводятся в бадьи или ковши через разные летки.

Восстановительная плавка приводит к испарению в основном цинка, олова и

свинца, которые выводятся как оксиды вместе с отходящими газами и собираются

в системе пылеулавливания, которая включает в себя пылесборный контейнер,

устройство охлаждения технологического газа и фильтр.

А.1.2.4 Вращающаяся печь

Вращающаяся печь описана в А.1.2.6.

А.1.2.5 Печи Ausmelt/ISASMEL и KRS

Печи Ausmelt/ISASMEL и KRS представляют собой цилиндрические печи со

стальными составными фурмами для подачи в расплав природного газа, жидкого

топлива или угля, а также кислорода или воздуха. Фурма погружается в ванну с

расплавом, а образующийся слой шлака позволяет избежать быстрого ухудшения

условий плавки. Схема такой печи представлена на рисунке А.6.

Прочее сырье подается по закрытому конвейеру на печь, где происходят

высокоскоростная реакция и расплавление. Погруженная фурма перемешивает

содержимое ванны и способствует образованию шлака наряду с получаемым

металлом или штейном. Отделение разных составляющих расплава требует

установки специальной печи, из которой их можно слить по отдельности. Печь

160

может использоваться в режиме загрузки партиями (периодической загрузки), когда

по завершении одной плавки необходимо изменение условий, в частности, режима

подачи газа через трубку.

Например, после плавки вторичного медного/свинцового сырья в медно-

свинцовом штейне на первом этапе выполняется конверсия штейна в черновую

медь посредством продувки кислородом.

Рисунок А.6 - Технология Ausmelt (Sirosmelt)/ISASMELT

На печи используются прочный зонт и система вентиляции для улавливания

и обработки газов, образующихся в печи и при сливе расплавов. При плавке

сульфидных концентратов газы проходят через систему десульфуризации.

Существует ряд сфер применения такого рода печи, включая производство

медного штейна из концентрата и его конвертирование, производство меди из

вторичного сырья (KRS).

Печь Ausmelt/ISASMELT используется в качестве печи для непрерывной

прямой плавки, а также для плавки партиями и пошаговых операций. При плавке

медного концентрата на штейн технология предполагает непрерывную подачу

увлажненной шихты.

В отличие от технологий, применяющихся на шахтных и электрических печах,

процесс KRS в настоящее время используется как периодический процесс,

состоящий из двух этапов: плавки и конвертирования. Существует ряд печей,

работающих по данной технологии. Например, в печи KRS производят черную медь

(80 %), далее черную медь переливают вo вращающийся конвертер (TBRC), в

котором содержание меди доводят до 95 %, а олово и свинец из черной меди

переводят в шлак. Олово-свинцовый шлак впоследствии перерабатывается в

роторной печи в оловянно-свинцовый сплав. Черновая медь поступает в анодную

печь на огневое рафинирование и производство анодов. Окончательная очистка

проводится путем электролиза. Качество рафинированной меди (катодной меди)

соответствует качеству меди, изготовленной из первичного сырья.

161

А.1.2.6 Поворотный конвертер с верхним дутьем и наклонная

вращающаяся кислородно-топливная печь

Поворотный конвертер с верхним дутьем (TBRC) и наклонная вращающаяся

кислородно-топливная печь (TROF) представляют собой вращающиеся наклонные

печи, в которых используются фурмы для нагрева и продувки. Печи небольшие и

размещаются в укрытиях с целью улавливания вторичных выбросов, которые

далее подвергаются обработке. Вращение печи обеспечивает хорошее

перемешивание шихты и способствует полному протеканию реакции загружаемых

компонентов, что, однако, может привести к истиранию огнеупорной футеровки.

Схема печи представлена на рисунке А.7.

Рисунок А.7 - Поворотный конвертер с верхним дутьем и наклонная

вращающаяся кислородно-топливная печь

Кислород и топливо подаются через фурмы, направленные над

поверхностью расплава. Использование кислорода приводит к образованию

небольших объемов отходящих газов и больших объемов диоксида серы при

расплавке сульфидов. Данный процесс обычно реализуется в периодическом

режиме (партиями) с использованием нескольких печей для плавки,

конвертирования и очистки шлака. Он, в частности, широко применяется для

производства первичной и вторичной меди, переработки электронного лома.

Для плавки используются и другие коммерческие конструкции наклонных

вращающихся печей. Также существуют мини плавильные печи и поворотные

кислородно-топливные печи.

А.1.2.7 Процессы Noranda, El Teniente, Baiyin и Ванюкова

Реактор Noranda предполагает использование для плавки цилиндрической

печи с огнеупорной футеровкой. Гранулированный концентрат и добавки

загружаются в ванну с расплавленным шлаком, расположенную в верхней части

печи. Необходимое для данного процесса тепло обеспечивается горелками,

работающими на природном газе или жидком топливе, расположенными с обеих

сторон печи. Обогащенный кислородом воздух вдувается через фурмы в ванну с

расплавом, что приводит к окислению серы и железа. Схемы этих печей

представлены на рисунках А.8 и А.9.

162

Рисунок А.8 - Реактор Noranda

Рисунок А.9 - Реактор El Teniente

При проведении непрерывной плавки расплав в печи разделяется на две

жидкие фазы: шлак и штейн. Из-за разных значений плотности они образуют два

слоя. Штейн периодически сливается с донной части печи, а шлак постоянно

вытекает в сторону противоположную стороне загрузки. Печь и желоба

герметизируются и оборудуются вытяжной системой.

Данный процесс используется для плавки медных концентратов, при этом

может получаться черновая медь (при использовании концентратов с низким

содержанием примесей) или высококачественный штейн. Общепринятая

производственная практика предполагает производство штейна с высоким

содержанием меди для последующего конвертирования.

Технологии El Teniente, Baiyin и Ванюкова схожи с технологией Noranda. При

использовании технологии El Teniente влажный концентрат загружается в печь с

помощью пушки Гара (Gar gun), а сухой концентрат подается через фурмы.

Первоначально штейн помещается в печь для поддержания процесса и для

получения высококачественного медного штейна (с содержанием меди 72 % -

78 %). Технология Baiyin предполагает использование прямоугольной печи,

разделяемой на зоны плавки и осаждения. Процесс Ванюкова предполагает

вдувание обогащенного кислородом воздуха в слой шлака, а не в слой штейна.

163

А.1.2.8 Процесс Mitsubishi

Процесс Mitsubishi предполагает использование трех взаимосвязанных

печей: плавильной печи в жидкой ванне, электрической печи для очистки шлака и

конвертерной печи. Передача расплава между печами происходит самотеком без

использования ковшей. Все печи герметизированы и оборудованы вытяжной

системой, тепло технологических газов восстанавливается и очищается с целью

удаления пыли и диоксида серы. Схема процесса представлена на рисунке А.10.

Рисунок А.10 - Технология Mitsubishi

Высушенный концентрат, воздух, кислород и добавки подаются в

плавильную печь через шихтовые и дутьевые фурмы, затем происходит плавка с

образованием штейна (с содержанием меди 60 % - 65 %) и шлака. Данная смесь

непрерывно поступает по каналу в электрическую подовую печь, выполняющую

функции отстойника. В электропечь-отстойник также добавляют уголь и пирит, и в

данной печи происходят реакции не только отстаивания, но и восстановления и

сульфидирования для снижения потерь меди со шлаками. Штейн с пода

непрерывно поступает из электропечи-отстойника в печь для получения черновой

меди.

В конвертерной печи для производства черновой меди воздух, кислород и

кварцевый флюс вдуваются в ванну с расплавом через охлаждаемые водой трубки.

Шлак из конвертера перерабатывается в плавильной печи, в которую также может

загружаться анодный скрап. Этап конвертирования может протекать с

использованием других плавильных печей. Данный процесс представляет собой

процесс непрерывного производства черновой меди.

А.1.2.9 Плавильные печи циклонного типа

Циклонная плавка включает огневой циклонный реактор (FCR) и реактор

Contop. При таких процессах высокоинтенсивной взвешенной плавки медные

концентраты и флюсы плавятся при подаче кислорода в камерах сжигания

циклонного типа. В схеме процесса Contop циклон располагается вертикально, и

прореагировавшая шихта попадает в осадительную камеру, распложенную под

циклоном. В процессе FCR сгорание происходит в вертикальной шахте, а

164

разделение штейна и шлака происходит в установленном вслед за ней

горизонтальном реакторе. Шлак и «белый металл» (штейн с высоким содержанием

меди) разделяются в выработочной части печи и сливаются через летки.

Получаемые белый металл или обычный штейн перерабатываются в стандартном

конвертере. Схема процесса приведена на рисунке А.11.

Рисунок А.11 - Схема процесса Contop

Данные процессы в основном применяются для плавки медных

концентратов.

А.1.2.10 Печь взвешенной плавки Outotec

Печь взвешенной плавки Outotec используется для плавки высушенных

концентратов путем использования энергетического потенциала концентратов при

производстве тепла, необходимого для плавки концентрата и флюса. Шихта,

содержащая концентрат, наряду с воздухом, обогащенным кислородом,

непрерывно подается через горелку в вертикальную реакционную шахту

герметичной печи, где во взвешенном состоянии происходит быстрая реакция

кислорода и концентрата. Тепло, выделяемое в процессе реакции, обеспечивает

плавку частиц шихты. Расплавленные частицы образуют штейн и шлак.

Одновременно образуется сернистый газ. В более старых установках, для того

чтобы добиться запуска автогенного процесса, использовался предварительный

нагрев воздуха до температуры от 200 до 800 ^°С, но в большинстве установок

автогенный процесс реализуется за счет обогащения технологического воздуха

кислородом, содержание которого составляет от

30 % до

90 %. Степень

обогащения кислородом определяется качеством концентрата и требованиями

теплового баланса. Непрерывный поток отходящих газов выводится из печи через

вертикальный дымоход и направляется на рекуперацию тепла и удаление пыли.

Для него характерна постоянная высокая концентрация диоксида серы, поэтому

после удаления из газа пыли сера извлекается и используется, в основном, для

выработки серной кислоты. В некоторых установках в вертикальный дымоход

добавляется кислород для дожигания пылей, а сульфатизирующий воздух

подается на бойлер. Отходящие газы, содержащие серу, поступают в котел-

утилизатор. При определенных условиях слабую кислоту можно возвращать в

165

вертикальный дымоход, чтобы разложить ее и направить образовавшийся SO2 на

сернокислотную установку.

Частицы расплавленного шлака и штейна осаждаются из газа в

горизонтальной осаждающей секции печи, формируя жидкую ванну, где происходит

разделение фаз без внешнего осадителя. Штейн сливается через летку печи в

ковши или направляется по желобу на гранулирование в зависимости от

применяемого метода конвертирования. Шлак сливается из печи непрерывно или

полу-непрерывно и далее может перерабатываться в шлаковой печи или в цепочке

флотации шлака для извлечения меди. На некоторых установках сниженное

содержание меди в шлаке обуславливает прямое направление образующегося при

первичной плавке шлака в отвал или для использования в иных отраслях.

Схема печи взвешенной плавки Outotec показана на рисунке А.12.

Рисунок А.12 - Печь взвешенной плавки Outotec

Печь взвешенной плавки применяется для производства медного штейна. В

печи производится штейн с высоким содержанием металла, в силу чего основная

часть содержащейся в концентрате серы высвобождается в технологические газы,

что позволяет легче удалять оставшуюся серу в процессе конвертирования

(например, конвертер периодического действия Пирса - Смита).

Данный процесс также используется для производства черновой меди

непосредственно из подходящих концентратов с низким содержанием железа, что

позволяет избежать применения традиционного конвертера, при работе которого

образуется дополнительный сернистый газ. В таком прямом процессе

производства черновой меди в печном шлаке высока концентрация меди, поэтому

очистка шлака для извлечения этой меди является важной частью данного

процесса.

166

Такие печи используются в процессе взвешенного конвертирования при

конвертировании измельченного гранулированного штейна в черновую медь.

Процесс обладает характеристиками, схожими с характеристиками процесса

взвешенной плавки, т. е. является автогенным процессом с использованием

обогащенного кислородом воздуха и образованием непрерывного потока

отходящих газов с высоким содержанием диоксида серы.

А.1.2.11 Печь INCO

Печь взвешенной плавки INCO похожа на печь Outotec, но в ней для

поддержания автогенного процесса используется чистый кислород. Медный

концентрат, смешанный со шлакующими агентами, вдувается горизонтально в печь

с двух концов, а отходящие газы собираются в центральной части печи.

Схема печи INCO показана на рисунке А.13.

Рисунок А.13 - Печь INCO

Концентраты обжигаются, плавятся во взвешенном состоянии в печи и

выпадают в осадитель таким же образом, как в печи Outotec. Тепла, образующегося

при обжиге, достаточно для автотермической плавки. Шлак со средним

содержанием меди постоянно вытекает с одного конца печи, а штейн периодически

выпускается через летку в центральной части бокового экрана печи. Отходящий газ

содержит до 75 % SO2.

А.1.2.12 Печь КИВЦЕТ

Печь Кивцет - печь взвешенной плавки, аналогичная печи Outotec.

Высушенная и перемешанная шихта, а также кислород непрерывно загружаются

через горелки в своде печи в окислительную шахту. Параллельно добавляется

коксовая мелочь. Схема печи Кивцет показана на рисунке А.14.

Загружаемая шихта загорается, как только она попадает в реакционную

шахту, где достигаются температуры до 1400^оС, и немедленно происходит полная

десульфуризация. Коксовая мелочь нагревается только в процессе перемещения

вниз по шахте. Кокс находится в верхнем слое шлаковой ванны и восстанавливает

167

окисел металла. Частично восстановленный шлак и расплав свинца проходят под

погруженной водоохлаждаемой перегородкой в электротермическую зону

восстановления, где для окончательного восстановления добавляется

дополнительный кокс или уголь.

Рисунок А.14 - Печь Кивцет

Расплав металла направляется на рафинирование, шлак может

направляться на восстановление, а пыль, извлекаемая из отходящих газов, после

окисления возвращается в печь. Пыли дымовых газов после этапа восстановления

перерабатываются в печи ISF.

А.1.3 Конвертеры

А.1.3.1 Конвертер Пирса - Смита

Конвертер Пирса - Смита - это конвертер периодического действия, и в нем

используются фурмы, вдувающие в штейн воздух или кислород для обеспечения

двухстадийной реакции штейна с образованием черновой меди и шлака. При этом

может применяться автоматизированный контроль качества шлака. В настоящее

время это наиболее широко используемый конвертер, который применяется для

производства меди. Схема устройства печи данного типа показана на рисунке А.15.

Конвертер данного типа может применяться для трех различных операций, а

также в качестве анодной печи:

а) Конвертер штейна.

Большие объемы горячих газов образуются в периоды дутья и улавливаются

с помощью зонтов, расположенных над горловиной конвертера. Расстояние между

кожухом конвертера и зонтом дает возможность поступления внешнего воздуха, что

приводит к разбавлению насыщенных SO2 газов. Концентрация SO2 может

меняться в зависимости от цикла процесса. При начальном дутье концентрация

SO2 может быть значительно выше, чем 10 %, при этом при последующем дутье и

при выводе конвертера из-под зонта значения концентрации SO2 намного ниже, а

зачастую нулевые. Меняющиеся значения концентрации SO2 не позволяют

обеспечить необходимую загрузку сернокислотной установки, для нормальной

работы которой необходим сравнительно стабильный поток. На производствах с

несколькими конвертерами эта проблема решается при планировании графика

168

работы конвертеров, обеспечивающего стабильный поток отходящих газов.

Конвертерные газы могут также смешиваться с более насыщенными отходящими

газами плавильных печей. Применение кислорода для насыщения вдуваемого

воздуха также повышает содержание SO2, тем не менее, насыщение ограничено

из-за увеличения износа футеровки. На некоторых заводах в настоящее время

используются водоохлаждаемые зонты.

Рисунок А.15 - Конвертер Пирса - Смита

б) Конвертер лома.

При вторичной плавке меди конвертеры Пирса - Смита условно разделяются

на конвертеры для плавки лома и конвертеры для плавки штейна, работающие в

периодическом режиме. В конвертерах для плавки лома в качестве топлива и

восстанавливающих агентов используются кокс и материалы с высоким

содержанием железа соответственно. В конвертерах для плавки штейна в качестве

источника энергии используется сера. В конвертеры для плавки лома загружаются

лома сплавов, подходящий медно-железный лом, а также черновая медь (зачастую

расплав). В конвертерах для плавки штейна перерабатывают жидкий медно-

свинцовый штейн, возвратный шлак с высоким содержанием меди, а также черную

медь с добавлением твердого медного лома. Отходящие газы конвертера для

плавки штейна имеют высокую концентрацию SO2 и направляются на контактную

сернокислотную установку. Поэтому штейновые конвертеры для извлечения

вторичной меди в основном устанавливаются на площадках первичного

производства меди, так как последние оборудованы сернокислотными

установками.

в) Конвертер сплавов.

В процессе взвешенной плавки на черновую медь образуется шлак, который

перерабатывается в электропечи для получения сплава свинца/железа/меди.

169

Данный сплав конвертируется с применением периодического процесса, который

предусматривает перевод окисленного железа и свинца в шлаковую фазу и

производство черновой меди.

г) Анодная печь.

Конвертер Пирса - Смита также используется в качестве анодной печи для

рафинирования получаемой в конвертере черновой или черной меди. В данных

печах осуществляется дутье воздухом через фурмы для удаления малейших

следов серы, вслед за которым добавляется восстанавливающий агент (как

правило, природный газ или пропан) для восстановления оксида меди в медь.

А.1.3.2 Конвертер Хобокен (Hoboken)

Конвертер Хобокен работает на тех же принципах дутья, что и конвертер

Пирса - Смита, но его применение позволяет избежать значительных

неорганизованных выбросов отходящих газов, которые, как правило, возникают при

отклонении конвертера для загрузки и для выпуска шлака и черновой меди.

Отходящие газы собираются через дымоход в конце конвертера. Сифон

минимизирует утечку газа на всех стадиях производства. Конвертер загружается

через небольшое отверстие в верхней части кожуха, тем самым загрузка возможна

в процессе продувки без отклонения конвертера благодаря более короткому

процессу выдержки. Разбавление выполняется в небольшом количестве

отходящих газов за счет нефильтрованного воздуха, таким образом устойчивая

средняя концентрация SO2 выше, чем в конвертере Пирса - Смита. Тем не менее,

концентрация SO2 будет варьироваться в рамках всего цикла. Конечный

результат - меньшие потери SO2. При этом малое отверстие может вызывать

проблемы из-за налипания шлака.

Схема конвертера Хобокен приведена на рисунке А.16.

Рисунок А.16- Конвертер Хобокен

А.1.3.3 Конвертер взвешенной плавки Kennecott/Outotec

Конвертер взвешенной плавки Kennecott/Outotec применяется и

дорабатывается с начала двухтысячных годов. Одна установка работает в США и

две в Китае (каждая производительностью около 400 000 т меди в год). В Китае

строится четвертая установка. Здесь в качестве шихты используется

измельченный штейн, произведенный в печи взвешенной плавки. Процесс

конвертирования Mitsubishi и конвертер взвешенной плавки - единственные

конвертеры в металлургии, обеспечивающие непрерывный режим работы.

170

А.1.3.4 Прочие конвертеры

Печь Ausmelt/ISASMELT, TBRC, конвертерная стадия процесса Mitsubishi и

реактор Noranda также применяются в качестве конвертеров. Данные печи

загружают расплавленным штейном, электронным ломом, шлаками, и некоторые

из них могут работать в непрерывном режиме.

А.1.4 Печи для плавки и рафинирования

А.1.4.1 Индукционные печи

Индукционные печи предназначены для расплавления и перегрева

металлов. Применяются для получения отливок высокого качества. Индукционная

печь работает по принципу трансформатора, у которого первичной обмоткой

является водоохлаждаемый индуктор, вторичной и одновременно нагрузкой -

находящийся в тигле металл. Нагрев и расплавление металла происходят за счет

протекающих в нем токов, которые возникают под действием электромагнитного

поля, создаваемого индуктором. Индукционные печи бывают канальные и

тигельные, подогреваемые за счет внешнего электрического контура; канальные

индукционные печи в основном используются для плавки объектов большого

размера.

Печи оборудованы вытяжными зонтами и системами пылеулавливания и

пылеподавления, которые могут использоваться во время снятия дроссов и

разливки металла. Необходимость обеспечить доступ к индукционной печи во

время загрузки исходных материалов и выпуска плавки приводит к тому, что, как

правило, используется система передвижных вытяжных зонтов. Зонты выполнены

из прочных материалов и устойчивы к механическому воздействию. В качестве

дополнительных вариантов может использоваться стационарная вытяжка или

локальная вытяжка на носке ковша.

Схемы индукционные печей приведены на рисунке А.17.

Рисунок А.17 - Индукционные печи

Эффективность такой печи может снижаться при использовании некоторых

материалов, но может быть увеличена, в особенности, когда загружаемый

материал имеет малые габариты. Для повышения эффективности работы печи, а

также для удобства размещения вытяжных устройств крупные объекты перед

171

черновая или черная медь и иное сырье. Необходимое тепло подается кислородно-

газовыми горелками и обеспечивает плавку шихты с получением меди огневого

рафинирования и небольшого количества шлака, который отделяется.

Схема процесса Contimelt приведена на рисунке А.18.

Рисунок А. 18 - Технология Contimelt

Расплавленная медь через сифон и желоб поступает в горизонтальную

цилиндрическую печь, где она раскисляется природным газом. Затем

рафинированную медь отливают в аноды. Газы из второй печи подаются в

устройство дожигания. Затем они смешиваются с газами, вышедшими из первой

печи, и направляются в котел-утилизатор, подогреватель воздуха для горелки, на

охлаждение и, наконец, на рукавный фильтр.

Параметрами работы печи можно управлять с целью минимизации

окисления металла. Конструкция установки позволяет утилизировать тепло путем

выработки пара или предварительного подогрева шихты.

Данный процесс представляет собой непрерывный процесс двухстадийной

плавки и переработки черной и черновой меди, высококачественного медного лома

и анодного лома для получения медных анодов.

А.1.4.4 Вращающаяся печь

Такая печь представляет собой футерованный вращающийся цилиндр,

оборудованный с одной стороны горелкой. Загрузочное окно располагается с

одного конца, и иногда в нем может размещаться горелка. Можно использовать

кислородно-топливный разогрев. Печи могут быть длинными или короткими, при

этом в производстве меди применяют два вида таких печей:

- печь Томаса для плавки и рафинирования медного лома и т. п.;

- вращающаяся печь с погружными фурмами для рафинирования черной или

черновой меди, очистки шлака и т. п.

Для обеспечения полной реакции шихты и достижения высокой

эффективности могут задаваться различные режимы вращения печи. Сырье

обычно загружают в торцевое окно, которое укрывают и оборудуют вытяжным

устройством для предотвращения выбросов газов. Печи работают на жидком или

газообразном топливе; как правило, используются кислородные горелки. Тепло от

173

эффективность, но может привести к растворению большего количества примесей,

в частности железа, которые впоследствии необходимо удалять. Процесс можно

интенсифицировать за счет добавления кислорода и его перемешивания с

продуктами выщелачивания (личатами).

А.2.3 Выщелачивание под давлением (автоклавное выщелачивание)

Процесс выщелачивания под давлением, или автоклавного выщелачивания,

может охватывать полный цикл выщелачивания или часть его этапов.

Используются кислото- или щелочестойкие емкости высокого давления;

выщелачивающий раствор возвращается в цикл для поддержания реакций.

Автоклавное выщелачивание также используется для выщелачивания черной меди

с целью отделения меди от других металлов, в том числе драгоценных металлов.

Для окисления добавляют кислород, воздух или хлор. Хлор в виде

поваренной соли добавляют в качестве катализатора со средним содержанием 8 -

12 г/л. При автоклавном выщелачивании под давлением могут образовываться

кислотные испарения.

А.2.4 Экстракция растворителем

При экстракции растворителем металлы извлекают из водных растворов с

добавлением

определенных

органических

растворителей,

которые

не растворяются в воде. Водные и органические фазы перемешиваются, и искомый

металл выборочно извлекается в органическую фазу путем контроля уровня pH

смеси и использования комплексообразующего агента. После разделения фаз

чистый раствор металла получают посредством повторной экстракции металла из

органической фазы во вторичную водную фазу (реэкстракция), из которой металл

можно извлечь разными способами. На рисунке А.19 показана схема,

иллюстрирующая принцип производства меди с использованием данного процесса.

Рисунок А.19 - Этапы экстракции растворителем

А.3 Электрохимические процессы

А.3.1 Электроэкстракция

При электроэкстракции используют электролизер, состоящий из инертного

анода из свинца или титана и катода, помещенных в водный электролит,

представляющий собой раствор металла. Катод представляет собой тонкую

заготовку из чистого металла (катодная основа) или формообразующий лист из

176

остатков; автоматизированные краны для загрузки, выгрузки электродов; фильтр

тонкой очистки электролита; ванны электролиза; скруббер очистки воздуха;

система рекуперации тепла; постоянные катоды из нержавеющей стали; установки

для приготовления и дозирования реагентов.

Рисунок А.20 Схемы производства анодов и катодов медных по безосновной

технологии

А.3.2.1 Производство медных электролитических порошков

Технологический процесс производства порошков включает в себя

следующие стадии (рисунок А.21):

- электролиз порошка из сернокислого электролита;

- мокрую обработку порошка: промывка, стабилизация;

- сушку порошка;

- сухую обработку: размол и просев;

- опробование, расчет шихты (шихтовка) и смешивание порошка;

178

- контрольный просев, затаривание и упаковка.

Рисунок А.21 - Технологический процесс производства порошков

Механизм протекания электролиза из сернокислого электролита сводится к

электролитическому растворению под действием тока медных анодов

(положительно заряженных электродов) и осаждению ионов меди в виде

дендритного осадка (порошка) на медных стержневых катодах (отрицательно

заряженных электродах). Получение порошкообразного осадка ведется в условиях

низкой концентрации разряжающихся ионов меди в прикатодном слое и высокой

плотности тока.

Электролиз осуществляется в ваннах бункерного типа, которые оснащены

односторонне расположенными токоподводящими медными шинами, анодами и

стержневыми катодами. Осевший на стержневых катодах порошкообразный осадок

периодически стряхивается на дно электролизной ванны. Порошок из ванны

удаляют донной выгрузкой.

На стадии мокрой обработки производят разделение пульпы под действием

центробежной силы на электролит и порошок. Порошок промывают от электролита,

обрабатывают раствором стабилизатора и обезвоживают перед сушкой.

После мокрой обработки промытый, отжатый порошок через бункер

направляется на технологические линии сушки порошка.

После сушки сухую обработку порошка ведут на технологических линиях и

классификаторе.

После сухой обработки кюбели с медным порошком (полуфабрикатом)

направляют на участок шихтовки и смешения с учетом гранулометрического

состава, насыпной плотности, качества стабилизации и цвета.

После перемешивания в смесителе и контрольного просева медный порошок

упаковывается в специальную тару и маркируется.

179

Рисунок А.22 - Технологический процесс производства медного купороса

Для упаковки готового продукта используют полиэтиленовые мешки или

мягкие контейнеры. Дозирование и упаковку медного купороса в полиэтиленовые

мешки осуществляют в автоматическом режиме на линии упаковки. Дозировку и

упаковку купороса медного в мягкий контейнер типа МКР производят путём

взвешивания на подкрановых весах на узле затаривания.

А.4 Процессы и методы газоочистки

Поскольку процессы и методы газоочистки широко применяются в

производстве меди, как и в целом на предприятиях цветной металлургии и других

отраслей производства, в настоящем разделе приведены общие сведения о них.

Соответственно, сходны у этих процессов и основные характеристики,

рассматриваемые в качестве критериев при определении НДТ.

К числу достигаемых экологических выгод относится сокращение выбросов

пыли, металлов, газообразных соединений и других веществ (например, для

устройств дожигания - органических соединений).

181

между электродами. Электрическое поле между электродами создается

небольшим постоянным током высокого напряжения (100 кВ). На практике ЭФ

разделен на ряд дискретных зон (обычно до пяти). Схема устройства ЭФ показана

на рисунке А.23.

Рисунок А.23 - Схема устройства электрофильтра (показаны только две зоны)

Частицы удаляются из потока газа в четыре этапа:

-

наведение электрического заряда на частицы пыли;

-

подача заряженной пыли в электрическое поле;

-

улавливание пыли с помощью коллекторного электрода;

-

удаление пыли с поверхности электрода.

Коронирующие электроды необходимо подвергать встряхиванию или

вибрации для предотвращения накопления пыли, соответственно, их механическая

прочность должна выдерживать такое воздействие. Механическая надежность

коронирующих электродов и их несущей конструкции имеет большое значение,

поскольку даже один оборванный кабель может закоротить все электрическое

поле ЭФ.

Производительность ЭФ определяется немецкой формулой, согласно

которой эффективность определяется общей площадью поверхности

коллекторных электродов, объемным расходом газа и скоростью миграции частиц.

Таким образом, увеличение площади поверхности коллекторных электродов имеет

большое значение для улавливания конкретного вида пыли, в связи с чем

современным подходом является использование расширенного межэлектродного

пространства. В свою очередь, это предполагает надежную конструкцию и контроль

работы выпрямительного устройства.

183

электропитание отключается. Они имеют ряд преимуществ при улавливании

некоторых видов пыли, которая налипает на обычные пластины, или при создании

препятствий нормальной работе в связи с присутствием в газовом потоке других

компонентов, например, когда обрабатывается холодный влажный газ. Образуются

стоки, требующие дальнейшей обработки. Схема устройства мокрого ЭФ показана

на рисунке А.24.

Рисунок А.24 - Схема устройства мокрого электрофильтра

Мокрые ЭФ или ЭФ с подвижными электродами используются для

улавливания сложных типов пыли или при обработке влажных газов.

А.4.1.3 Циклоны

В циклонах для удаления из потока отработанного газа посторонних частиц,

которым сообщается центробежная сила (обычно в конусообразной камере),

используется сила инерции.

Техническое описание

Циклоны были установлены на большом количестве предприятий в 1980-х

годах и до сих пор широко используются. Циклон является инерционным

газоочистным устройством. Пыль выделяется из газового потока, когда при смене

направления его движения она продолжает двигаться в прежнем направлении по

инерции и попадает на осаждающую поверхность. Схема устройства циклона

представлена на рисунке А.25.

185

Рисунок А.25 - Схема устройства циклона

Входящий газ закручивается в спиралевидный поток. Центростремительные

силы, действующие внутри спирали, обеспечивают изменение направления, а

частицы с массой выше критической попадают на стенки циклона.

В цветной металлургии циклоны используются совместно с другими

методами газоочистки.

А.4.1.4 Рукавные или тканевые фильтры

Рукавные фильтры изготавливаются из пористой или войлочной ткани, через

которую проходит газ, а посторонние частицы удаляются посредством отсеивания

или другим образом. Применение рукавных фильтров требует подбора

фильтрующего материала, соответствующего характеристикам отходящих газов и

максимальной рабочей температуре. Картриджный/патронный фильтр является

вариантом рукавного фильтра, в котором вместо рукава используются сменные

фильтрующие элементы.

Техническое описание

Рукавные фильтры находят широкое применение в цветной металлургии

благодаря высокой эффективности очистки газов от тонкодисперсной пыли,

образующейся при выплавке и плавке металлов. Для снижения вероятности

воспламенения с целью придания частицам необходимых характеристик и

рекуперации тепла отходящих газов перед их подачей в рукавные фильтры могут

устанавливаться охладительные камеры, а также котлы-утилизаторы.

186

Схемы устройства рукавных фильтров с различными системами очистки

приведены на рисунках А.26, А.27 и А.28.

1 - трубопровод неочищенного газа; 2 - фильтрующие рукава; 3 - корпус фильтра; 4 -

трубопровод чистого газа; 5 - продувочный вентилятор; 6 - регулирующие задвижки; 7 - пылевая

воронка; 8 - поворотные клапаны

Рисунок А.26 - Рукавный фильтр с обратной продувкой (с одним отделением

цикла очистки)

Основной принцип фильтрации через ткань заключается в использовании

тканевой мембраны, которая пропускает газ, но задерживает пыль. Рукава обычно

фиксируются на металлической раме и герметично встроены в конструкцию

фильтра. В начале жизненного цикла фильтра пыль задерживается как на

поверхности ткани, так и внутри ее волокон, но со временем на поверхности

накапливается пыль, которая сама по себе превращается в основную

фильтрующую среду. По мере нарастания слоя пыли увеличивается и

сопротивление прохождению газового потока. Необходимо периодически

проводить очистку фильтрующего материала для контроля падения давления газа

при прохождении через фильтр. Направление потока очищаемого газа может быть

как изнутри рукава наружу, так и снаружи вовнутрь.

187

1 - подача сырого газа; 2 - отбойная перегородка; 3 - фильтрующие рукава; 4 - приемник

очищенного газа; 5 - отводный канал очищенного воздуха; 6 - мембранный клапан; 7 - резервуар

для сжатого воздуха; 8 - трубка подачи газа; 9 - пылевая воронка

Рисунок А.27 - Система очистки обратной продувкой пульсирующей струей

Рисунок А.28 - Система очистки воздухом низкого давления

188

Из-за вероятности при некоторых условиях засорения фильтрующих тканей

(например, клейкой пылью или при температуре воздушных потоков, близкой к

точке росы) и их чувствительности к огню эти методы не подходят для любых

условий эксплуатации. Они способны применяться в существующих рукавных

фильтрах и могут быть улучшены. В частности, система уплотнения рукавов может

быть усовершенствована во время ежегодных плановых ремонтов, а материал

рукавов заменен на более современный во время планового обслуживания, что

также может привести к снижению будущих издержек.

Сравнение характеристик наиболее часто используемых параметров

различных систем фильтрации приводится в таблице А.1.

Таблица А.1 - Сравнение параметров различных рукавных фильтров

Фильтр с

Фильтр с мембраной из

Фильтр из

Параметр

импульсной очисткой

стекловолокна

стекловолокна

Удельная нагрузка

от 80 до 90 м/ч

от 70 до 90 м/ч

от 30 до 35 м/ч

воздуха на ткань

Температурный

250 °C

280 °C

280 °C

диапазон

Тип рукава

Полиэстер

Мембрана/стекловолок

Стекловолокно

но

Размер рукава

0,126 × 6,0 м

0,292 × 10 м

0,292 × 10 м

Площадь ткани

2,0 м²

9,0 м²

9,0 м²

одного рукава

Клетка

Да

Нет

Нет

Депрессия

2,0 кПа

2,0 кПа

2,5 кПа

Срок

До 30 мес.

6 - 10 лет

6 - 10 лет

эксплуатации

А.4.1.5 Керамические и металлические мелкоячеистые фильтры

С точки зрения принципов работы, общего устройства и возможностей

очистки мелкоячеистые керамические фильтры похожи на рукавные фильтры.

Вместо тканевых рукавов на металлическом каркасе в них используются жесткие

фильтрующие элементы, по форме напоминающие свечу.

Техническое описание

В цветной металлургии существует несколько примеров применения таких

фильтров в соответствующих условиях; при этом были достигнуты высокие

показатели эффективности пылеулавливания. С помощью таких фильтров

удаляются мелкодисперсные частицы, в том числе PM10.

Эти фильтры имеют высокую термостойкость, и, зачастую, именно корпус

фильтра определяет верхнюю границу рабочей температуры. Расширение опорной

конструкции в условиях высоких температур также является важным фактором,

поскольку при этом нарушается герметичность элементов фильтра в корпусе, что

приводит к просачиванию неочищенного газа в поток очищенного. Системы

обнаружения отказов в режиме реального времени используются аналогично

рукавным фильтрам. Керамические и металлические сетчатые фильтры не такие

191

интенсивного смешивания подаваемого газа с водой и (в большинстве случаев)

последующего удаления крупных частиц под воздействием центробежной силы.

Для достижения такого эффекта газ выбрасывается по касательной. Удаляемые

твердые частицы собираются на дне скруббера. Вместе с пылью из газа также

удаляются такие неорганические химические вещества, как H2SO4, SO2, NH3, NH4Cl,

ЛОС, а также тяжелые металлы.

Техническое описание

Улавливание частиц с помощью мокрых скрубберов предусматривает

использование трех основных механизмов: инерционное столкновение,

задержание и рассеивание. Большое значение имеют размер собираемых частиц,

а также их способность к смачиванию.

Схема устройства радиального мокрого скруббера приведена на

рисунке А.29.

Рисунок А.29 - Радиальный мокрый скруббер

Мокрые скрубберы используются для охлаждения, насыщения и

предварительной очистки газа, например, когда установлены перед мокрыми

электрофильтрами. Типичные примеры: скруббер Вентури или радиальный

скруббер с регулируемым падением давления. Мокрые скрубберы используются в

цветной металлургии в различных технологических процессах, например, при

производстве меди (а также цинка, свинца и железомарганцевых сплавов) в

закрытых печах. Конструкция скруббера основана на соотношении скоростей

потоков и объемов газа и жидкости. Эти параметры определяют падение давления

во всем скруббере и, таким образом, эффективность фильтрации.

Каскадные мокрые скрубберы, или скрубберы Вентури, зачастую

используются для обеспыливания насыщенных окисью углерода отходящих газов

193

Диоксид серы образуется в более высоких концентрациях при спекании,

обжиге и плавке широкого спектра сульфидных руд и концентратов. Производимые

металлы - медь, никель, свинец, цинк, молибден и ряд комбинаций из нескольких

металлов. Ниже приведено описание методов переработки газов с более высоким

содержанием диоксида серы.

- Абсорбция диоксида серы в холодной воде (например, в холодной морской

воде) с последующей вакуумной газоочисткой и получением жидкого диоксида

серы. Данный процесс используется наряду с применением сернокислотной

установки для извлечения не растворившегося диоксида серы. Целесообразность

производства жидкого диоксида серы определяется наличием местного рынка для

этого продукта.

- Производство серной кислоты. Хорошо отработанной химической

технологией производства серной кислоты является процесс, основанный на

получении диоксида серы при сжигании серы. Работающие на этом методе

установки эффективны при постоянной высокой концентрации газа; в силу этого

для них сокращается количество технологических ограничений.

Отходящие газы плавильной печи очищаются, охлаждаются и могут быть

направлены на сушку, как показано на рисунке А.30. Диоксид серы в газе затем

конвертируется в триоксид серы с помощью контактного процесса,

предусматривающего прохождение газа через слой катализатора пятиоксида

ванадия. Иногда к катализатору добавляют оксид цезия, который повышает

эффективность процесса, в особенности при низкой или непостоянной

концентрации SO2 или при низкой температуре. Конструкция установки должна

предусматривать возможность эксплуатации при более низких температурах (в

зависимости от эффективности теплообменных процессов). Для повышения

эффективности преобразования в одноконтактных установках и в

двухконтактных/двухабсорбционных установках используются улучшенные

катализаторы.

Рисунок А.30 - Типичная схема газоочистки для сернокислотной установки

В одноконтактных установках газ проходит через серию из трех или более

слоев катализатора для получения высоких значений коэффициента

нейтрализации. Получение триоксида серы является экзотермическим процессом,

и, если содержание диоксида серы достаточно высоко для выработки

значительного количества тепла, газ приходится охлаждать после каждого цикла.

В случае низкого содержания диоксида серы после каждого цикла может оказаться

207

необходимым подогрев. Полученный триоксид серы затем абсорбируется в

98 % - ной серной кислоте, которая далее разбавляется для получения серной

кислоты.

Мокрый процесс получения серной кислоты основан на конденсации кислоты

(а не на абсорбции), что особенно подходит для газов, содержащих от 1 % до

4 % SO2. Значение коэффициента нейтрализации может доходить до 99 %.

Наличие триоксида серы препятствует процессу нейтрализации диоксида

серы, поэтому для повышения эффективности нейтрализации диоксида серы при

достаточно высоком его содержании в обрабатываемых газах чаще всего

используется процесс двойного контактирования/двойной абсорбции. В этом

случае триоксид серы абсорбируется в 98 % - ную серную кислоту после второго

или третьего цикла, обеспечивая нейтрализацию больших объемов диоксида серы

на последующих циклах процесса. Далее следует этап абсорбции триоксида серы.

Применение процесса двойного контактирования/двойной абсорбции повышает

эффективность удаления диоксида серы с 98 % до > 99,7 % .Также сообщалось,

что в случае, если конструкция установки допускает работу при более низких

температурах (в зависимости от результативности работы теплообменника),

значение этого показателя можно повысить до более чем 99,9 % с помощью

катализатора с добавкой цезия. При особых условиях значение коэффициента

нейтрализации может доходить до 99,97 %. Активность катализатора снижается в

результате его старения, что может привести к сокращению значения

коэффициента нейтрализации на 0,1 % за три года работы. Схема процесса

двойного контактирования/двойной абсорбции приведена на рисунке А.31.

Рисунок А.31 - Типичная сернокислотная установка двойной абсорбции

Нейтрализация с помощью двойного контактирования/двойной абсорбции

сложная и дорогая, но можно использовать установку однократного

контактирования с десульфуризацией конечного газа для достижения более низких

208

Рисунок А.32 - Схема процесса производства жидкого диоксида серы

А.4.4.5 Использование десульфуризации для низкоконцентрированных

отходящих газов

Применение скрубберов сухой и полусухой очистки (см. А.4.2.3) для

удаления SO2 известно как общий метод десульфуризации отходящих газов (МДГ).

Одним из наиболее распространенных методов МДГ является вдувание

извести.

По имеющейся информации, в некоторых случаях (например, в вельц-печах

или печах ISF с использованием вельц-оксидов) применяется другая система МДГ,

включающая скруббер, абсорбер и систему обеспечения контакта газа с

циркулирующей суспензией извести. В прямоточном скруббере производятся

охлаждение, увлажнение и частичная десульфуризация газов. За скруббером

установлена противоточная абсорбционная колонна для снижения конечной

концентрации SO2 до уровня ниже требуемого.

Газы, содержащие сернистый газ, проходят обработку на МДГ установке, в

которой в качестве сорбента для SO2 применяется суспензия карбоната кальция

(известь < 40 мкм) для производства чистого гипса. Газы охлаждаются, затем из них

в тканевом фильтре удаляется пыль, после чего они поступают в систему

десульфуризации. После десульфуризации газы направляются в двухступенчатый

каплеуловитель и затем выбрасываются в трубу. Из суспензии на выходе процесса

МДГ извлекается гипс, поступающий затем на продажу.

В данном случае циркулирующая суспензия извести откачивается из

отдельных резервуаров, оборудованных механическими перемешивателями;

резервуар скруббера также оборудован системой аэрации. Размер резервуаров

подобран так, чтобы весь поглощенный SO2 прореагировал с суспензией CaCO3,

все сернистые соединения окислились до сульфатов, и образовался

крупнокристаллический осадок синтезированного гипса CaSO4·2H2O. Для

улучшения окисления сульфитов до сульфатов в резервуар скруббера через

пневмогидравлический аэратор подается сжатый воздух. Содержащий сульфат

211

содержание      ..     1      2      3      4      ..