Wydział Metali Nieżelaznych

Kierunek Metalurgia

Rok 4

Zespół 3

Metalurgia metali ciężkich

Temat: Wpływ składu koncentratu na fizykochemiczne własności produktów i ich rozdział podczas przetopu w piecu szybowym.

Marczewski Maciej

Majchrzycki Adam

Kałwa Grzegorz

1. Wstęp.

Odstojnik ma kształt owalny, co z jednej strony zmniejsza jego straty cieplne, a z dru­giej strony zapewnia możliwie najdłuższą drogę żużla od pieca do otworu spustowego. Po spuście kamienia miedziowego z odstojnika poziom żużla znajduje się poniżej po­ziomu rynny spustowej dla żużla. W miarę napływu topu z pieca do odstojnika następu­je wzrost grubości warstwy kamienia oraz żużla aż do momentu, w którym poziom żużla osiągnie otwór spustowy. Od tej chwili wpływający do odstojnika top będzie powodo­wał wypływanie z niego takiej samej objętości żużla, co spowoduje wzrost grubości warstwy kamienia i zmniejszenie ilości żużla. Taka sytuacja będzie trwała do spustu kamienia, który odbywa się, gdy w odbojniku znajdują się około trzy kadzie kamienia. Po spuście kamienia następuje powtórzenie cyklu.

Rozdział kamienia miedziowego od żużla składa się z dwóch różnych procesów. Jednym z tych procesów jest rozdział fazy siarczkowej od fazy tlenkowej, który wynika z własności termodynamicznych układu SiO₂-Cu-Fe-Me₁-Me₂-Me₄...-S-O. Proces rozdziału jest najbardziej efektywny wówczas, gdy faza tlenkowa jest nasycona krzemionką (w równowadze ze stałym SiO₂). Trzeba jednak pamiętać, że żużle nasyco­ne krzemionką mają dużą lepkość, która przyczynia się do powiększenia strat miedzi w formie zawieszonych w żużlu kropel kamienia miedziowego. Stąd ostateczny skład żużla musi wynikać z kompromisu pomiędzy tymi dwoma przeciwstawnymi tendencja­mi Drugi proces polega na grawitacyjnym opadaniu wydzieleń kamienia w formie kropel przez warstwę żużla w wyniku znacznej różnicy gęstości tych dwóch faz. Gęstość kamienia waha się od 3,9 g/cm3 (FeS) do 5,2 g/cm3 (Cu2S), natomiast gęstość z przetopu polskich koncentratów wynosi około 2,8 g/cm3.

Zgodnie z prawem Stokesa prędkość przemieszczania się kropli kamienia przez warstwę żużla wynosi:

V- prędkość opadania kamienia w żużlu;

ρ_K, ρ_Ż - gęstość kamienia i żużla;

η_Ż - lepkość dynamiczna żużla;

g - przyspieszenie ziemskie;

r_K - promień opadającej kropli kamienia.

2. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z wpływem składu koncentratu na fizykochemiczne własności produktów i możliwość ich rozdziału podczas przetopu w piecu szybowym.

3. Opracowanie wyników.

Masa 1 próbki (LUBIN) 60g

Masa 2 próbki (RPA) 70g

Masa 3 próbki (LUBIN/RPA) 30g/40g

Po wyjęciu z pieca:

	Próbka 1	Próbka 2	Próbka 3
Masa próbki [g]	57,5	63,2	62,4
Masa kamienia [g]	25,8	42,9	48,2
Masa żużla [g]	31,7	20,3	14,2

Obliczamy masy i skład przetopu:

	LUBIN	RPA
Cu	24,05	40,00
Fe	2,90	14,00
S	8,60	20,00
Pb	1,92	0,10
Ni		0,15
Co		0,12
Zn		0,23
As		0,01
Bi		0,20
Sb		0,20
Ag		0,0074
SiO2	18,90	5,00
Al2O3	16,41	0,30
CaO	2,06	6,50
MgO	7,20	4,30
CCO2	2,84
Corg.	4,30
K2O	2,01
Na2O
F		0,15
H2O		1,00

Do kamienia przechodzi:

- Cu w postaci Cu₂S

- Fe w postaci FeS

- S

Do żużla przechodzi:

- Fe

- SiO₂

- Al₂O₃

- CaO

- MgO

- K₂O

- C_CO2

- C_org.

Obliczenia dla koncentratów.

Skład wagowy koncentratów:

M_Cu=60∙0,2405 = 14,4 g

	LUBIN	RPA	MIESZANKA
MCu	14,4	28	23,22
MFe	1,74	9,8	6,47
MS	5,16	14	10,58
MPb	1,15	0,07	0,62
MNi		0,105	0,06
MCo		0,084	0,048
MZn		0,161	0,092
MAs		0,007	0,004
MBi		0,14	0,08
MSb		0,14	0,08
MAg		0,00518	0,003
MSiO2	11,34	3,5	7,67
MAl2O3	9,85	0,21	5,04
MCaO	1,24	4,55	3,22
MMgO	4,32	3,01	3,88
MCCO2	1,7		0,85
MCorg	2,58		1,29
MK2O	1,21		0,6
MF		0,105	0,06
MH2O		0,7	0,4
Mreszta	5,31	5,41	5,7
Σ	60	70	30/40

Skład żużla:

Skład żużla	LUBIN		RPA		MIESZANKA
		Skład wagowy	Skład procentowy	Skład wagowy	Skład procentowy	Skład wagowy	Skład procentowy
Fe SiO2 Al2O3 CaO MgO K2O	1,74 11,34 9,85 1,24 4,32 1,21	5,86 38,18 33,16 4,17 14,55 4,08	9,8 3,5 0,21 4,55 3,01	5,85 29,24 1,75 38,01 25,15	6,47 7,67 5,04 3,22 3,88 0,6	24,07 28,53 18,75 11,98 14,43 2,23

Skład kamienia:

Próbka 1 (LUBIN)

2Cu + ½S₂ = Cu₂S

m_Cu = 14,4 g

2∙63,5 - 32

14,4 - m_S

m_S = 3,63 g

m_Cu2S = 17,67 g

Fe + ½S₂ = FeS

m_Ce = 90%Fe = 1,57 g

55,8 - 32

1,57 - m_S

m_S = 0,9 g

m_FeS = m_Fe + m_S = 2,47 g

Skład kamienia	LUBIN			RPA			MIESZANKA
		Skład wagowy [g]	Skład procentowy [%]	Gęstość kamienia [g/cm^3]	Skład wagowy [g]	Skład procentowy [%]	Gęstość kamienia [g/cm^3]	Skład wagowy [g]	Skład procentowy [%]	Gęstość kamienia [g/cm^3]
Cu2S	17,67	87,74	5,1	35,05	71,63	4,8	29,07	76,04	4,9
FeS	2,47	12,24			13,88		28,37			9,16	23,96
Σ	20,14	100			48,93		100			38,23	100

Próbka 1 (LUBIN)

S w postaci Cu₂S i FeS = 4,53 g

m_S = 5,16 g

Próbka 2 (RPA)

S w postaci Cu₂S i FeS = 12,11 g

m_S = 14 g

Próbka 3 (MIESZANKA)

S w postaci Cu₂S i FeS = 9,19 g

m_S = 10,58 g

Obliczamy moduł krzemionkowy dla uzyskanych żużli.

Dla próbki 1(LUBIN)

Fe + ½O₂ = FeO

55,8 - 16

1,74 - m_O2

m_O2 = 0,5 g

m_Fe = 1,74

m_FeO = 2,24

X_SiO2 = 2,35

η_Ż = 191 [P]

Dla próbki 2 (RPA)

m_FeO = 1,26 g

X_SiO2 = 0,42

η_Ż = ... [P]

Dla próbki 3 (MIESZANKA)

m_FeO = 8,32 g

X_SiO2 = 0,79

η_Ż = 19[P]

Obliczamy gęstość uzyskanych żużli.

Y = 0,00734∙x₄ + 0,00208∙x₅ + 0,00979∙x₆ + 0,03912∙x₇ - 0,02153∙x₈ + 0,02995∙x₁₀ + 1,33240

,gdzie:

x₄ - zawartość Fe w żużlu [%],

x₅ - zawartość SiO₂ w żużlu [%],

x₆ - zawartość Al₂O₃ w żużlu [%],

x₇ - zawartość CaO w żużlu [%],

x₈ - zawartość MgO w żużlu [%],

x₁₀ - zawartość K₂O w żużlu [%].

	Próbka 1 (LUBIN)	Próbka 2 (RPA)	Próbka 3 (MIESZANKA)
Gęstość żużla Y [g/cm^3]	1,75115281	2,7349649	1,9767469

Obliczamy prędkość opadania kropli.

Próbka 1 (LUBIN)

g = 9,81 m/s²

d_K = 4,8 g/cm³ = 4800000 g/m³

d_Ż = 1,75 g/cm³ = 1750000 g/m³

η_K = 4,1 m∙Pa∙s

η_Ż = 191 ∙10^-1 N ∙s/m²

0,00001

0,0001

0,0005

0,001

0,002

0,003

0,005

0,00002

0,00172

0,04312

0,17250

0,69000

1,55250

4,31249

0,00026

0,02643

0,66076

2,64303

10,57211

23,78724

66,07567

rK	V [m/s] Próbka 1	V [m/s] Próbka 2	V [m/s] Próbka 3
		....

4. Wnioski.

Po wyjęciu próbek z pieca, we wszystkich widoczny był rozdział na kamień i żużel.

W próbce 1 (LUBIN) widoczne były drobne krople kamienia zawieszone w żużlu. Żużel odwęglony był bardziej szklisty. W próbce 2 (RPA) ziarna miedzi podłużne. W próbce 3 (MIESZANINA) kryształy dwojakiego rodzaju. W próbce 1 (LUBIN) wyraźnie widoczne były krople miedzi. Zwiększając r_K wzrasta szybkość opadania kropel miedzi w żużlu. Duży wpływ na wielkość strat miedzi w żużlu mają czas przebywania żużla w odstojniku, grubości warstwy żużla oraz kształt odstojnika. W miarę wydłużenia czasu przebywania żużla w odstojniku zmniejszają się straty miedzi.

7

---