پاورپوینت استخراج فلزات آماده سازی بار


استخراج فلزات (آماده سازی بار)

آگلومراسیون – مقدمه
اهداف زیر باعث پیشرفت تولید گندله و کلوخه شد:
1- بهبود بخشیدن به احیاپذیری و تنظیم ابعاد بار کوره ها
2- مصرف ضایعات حاوی آهن
3- کاهش مواد فرار و رطوبت در بار کوره بلند
4- مصرف کنستانتره های نرم حاصل ازکانی های کم عیار و نرمه
مهمترین روشهای آگلومراسیون درصنعت فولاد ، کلوخه سازی وگندله سازی می باشد.

مشخصات یک آگلومره مناسب برای کوره بلند (محور اصلی طراحی وکنترل عملیات):
– حداقل حاوی 60 درصد آهن باشد
– کمترین مقدار مواد نامناسب را داشته باشد
کمترین مقدار ذرات کمتر از 6 و بزرگتر از 25 میلیمتر را داشته باشد.
مقاومت کافی درمقابل نیروهای وارده را داشته باشد.
آگلومراسیون – مقدمه

فرآیندکلوخه سازی معمولاً درمحل کارخانه ذوب آهن تاسیس می شود ، زیرا:
1- مقاومت مکانیکی کلوخه در حمل و نقل کم است (هرچه به کوره بلند نزدیکتر، بهتر)
2- قسمتی از مواد خام مثل: نرمه کک و مواد آهن دار درکارخانه ذوب آهن ایجاد می شود.
این کارخانه را می توان به قسمتهای زیر تقسیم کرد:
1- تهیه و تعیین مقدارمواد خام (کنسانتره های آهن و سایرموادآهن دار ، کک وموادگدازآور).
2- مخلوط کردن مواد خام با نسبتهای لازم
3-شارژ مواد به دستگاه کلوخه سازی با شرایط معین.
4- مشتعل کردن .
5- عملیات کلوخه سازی.
6- آماده کردن کلوخه برای مصرف در کوره بلند (عملیات نهایی برروی کلوخه).
7 – سیستم تخلیه گاز های زائد . (شکل)
کلوخه سازی

کلوخه سازی – نمایی از یک کارخانه کلوخه سازی

کلوخه سازی – مواد خام
مواد اولیه مورد مصرف درکلوخه سازی را می توان بصورت زیر تقسیم نمود :
1- مواد اولیه آهن دار شامل کانه آهن، پوسته های نورد ، لجن صنعتی و ‎‎غبارکوره بلند
2- سوخت جامدشامل خرده کک ، ذغال چوب یا آنتراسیت و …
3- فلاکس ها (کمک ذوب) شامل سنگ آهک ، سنگ منگنز و دولومیت.
4- برگشتی های کلوخه سازی

کانه آهن
عیار سنگ آهن (مواد باطله  )  مصرف کک و فلاکس در واحد کلوخه سازی  حجم سرباره در کوره بلند 
افزایش عیار آهن در بارکلوخه محدود می باشد و برای برقراری تعادل بین سرباره و مذاب درکوره بلند نباید بیش از 63 درصد شود.
تولید یک آگلومره خوب بستگی مستقیم به نوع سنگ آهن مورد استفاده دارد ،لذا آشنایی کامل با مشخصات فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی کانی های آهن لازم است .
کلوخه سازی – مواد خام

کانه آهن
سنگ آهن (با عیار مناسب) پس از استخراج از معدن تحت فرآیند های دانه بندی مختلف قرار گیرد ولی در نهایت به سه گروه تقسیم می شود :
الف- اندازه های بین 10 تا 30 میلیمتر :مستقیماً شارژ به کوره بلند
ب- اندازه های کمتر از 10 میلیمتر : کلوخه سازی
ج-نرمه (کمتر از 100 میکرون) : گندله سازی
استفاده از سنگ معدن با ابعاد بزرگتربازده (نرخ تولید) کلوخه سازی  ولی کیفیت کلوخه  (جوش نخوردن دانه های درشت)
ذرات بسیار ریز (کمتر 100 میکرون) کاهش نفوذ پذیری (مناسب نمی باشد )

کلوخه سازی – مواد خام

پوسته های نورد
هنگام نوردکردن شمش های فولاد قسمت سطح آن در تماس با اکسیژن هوا کسیده می شود وبصورت پوسته از شمش جدا می شود. این پوسته ها اکسید آهن هستند وماده اولیه بسیار خوبی برای آگلومراسیون می باشند ، زیرا تقریباً فاقد عناصر مضر مثل گوگرد و فسفر هستند.
کلوخه سازی – مواد خام

کلوخه سازی – مواد خام
گرد و غبار کوره بلند
گازهای متصاعد شده از دهانه کوره بلند ، بعلت فشارزیادی که دارند ذرات ریز و پودری شکل را به خارج حمل می کنند که این ذرات توسط دستگاههای تصفیه کننده و رسوب دهنده متعدد از گاز جدا می شوند. ترکیب شیمیایی تقریبی نمونه ای از گرد و غبار کوره بلند در جدول آمده است.

لجن صنعتی و اضافات صنایع تولید اسیدهای گوگردی
تعریف :مواد آهن داری که از شستشوی دستگاهها، فیلترها و یا غبارگیری مرطوب بدست می آید، لجن صنعتی نامیده می شود
گاهی اوقات در آگلومراسیون، از پیریت (سولفورآهن ) حاصل از اضافات صنایع تولید اسیدهای گوگردی استفاده می کنند (بصورت نرمه بوده و حاوی حدود 40 یا 50 درصد آهن)
در هنگام استفاده از پیریت در آگلومراسیون باید حرارت حاصل از سوخت گوگرد (؟) را در نظر داشت و با توجه به آن درصد کک را تنظیم نمود.
کلوخه سازی – مواد خام

فلاکسهای مورد استفاده در کلوخه سازی:

1- سنگ منگنز:
منگنز در سنگ معدن بصورت اکسید (درجات اکسیداسیون مختلف ) وجود دارد
مواد موجود درسنگ معدن منگنز علاوه بر اکسیدهای منگنز، بیشترهماتیت و سیلیس هستند و تا میزان 1 درصد ممکن است اکسید فسفر داشته باشد.
اضافه کردن سنگ منگنز باعث تسهیل در تشکیل ترکیبات سرباره ای می شود.
کلوخه سازی – مواد خام

فلاکسهای مورد استفاده در کلوخه سازی:

کلوخه سازی – مواد خام
2- سنگ آهک:
ماده اصلی تشکیل دهنده سنگ آهک، کربنات کلسیم است.
سنگ آهک های دولومیت دار حدود 7 درصد اکسید منیزیم دارند
ناخالصی های عمده سنگ آهک عبارتند از: اکسید آهن و سیلیس وگاهی فسفر.
سنگ آهک معمولاٌ 50 تا 56 درصد CaO دارد.

فلاکسهای مورد استفاده در کلوخه سازی:
کلوخه سازی – مواد خام
هدف از استفاده از سنگ آهک در بار کلوخه:
سنگ آهک کمک ذوب مورد نیاز کوره بلند است وباید به میزان 8 درصد در بار کوره بلند وجود داشته باشد
مصرف سنگ آهک در بار کلوخه باعث می شود که آهک با دانه بندی کوچک تر و بطور پراکنده و همگن به کوره بلند شارژ شود = بازده بیشتر
واکنش تکلیس سنگ آهک گرماگیر بوده وبهتر است در خارج کوره بلند انجام شود .
چنانچه سنگ آهک مستقیماً در کوره بلند مصرف شود، گازهای حاصل از تجزیه آن باعث افزایش حجم گازهای خروجی از کوره شده، بازده حرارتی را پایین می آورد
وجود سنگ آهک در کلوخه باعث بهترشدن خاصیت احیاشوندگی کلوخه می شود (؟)

سوخت جامد
می توان از ذغال سنگهایی که کک شو نیستند استفاده کرد.
معمولاً از خرده ریزه های کک که در ضمن آماده کردن کک کوره بلند ایجاد می شود و قابل استفاده در کوره بلند نیست استفاده می کنند.
این نوع کک را به اندازه های تا 3 میلیمتر دانه بندی می کنند (حداقل 90 درصد) و سپس به مقدار حدود 8-5 درصد با شارژ کلوخه سازی مخلوط می کنند.
ابعاد درشت تر کک :غیر یکنواختی توزیع کک در بار بیشتر، ذوب موضعی بار و کاهش نفوذ پذیری آن
کاهش ابعاد خرده کک استفاده شده : احتراق سریعتر ، ضخامت لایه کلوخه تشکیل شده کمتر و دمای حاصله بالاتر همچنین به دلیل سرعت احتراق بالاتر و سریع سرد شدن فازمذاب، پیوندهای تشکیل شده شکننده بوده و استحکام کلوخه تولیدی کم.
کلوخه سازی – مواد خام

سوخت جامد
شکل: استفاده ازکک با ابعاد صفر تا یک میلیمتر باعث می شود دما به 1400 درجه سانتیگراد و بالاتر برسد و زمان توقف بار کسری از دقیقه است درحالیکه درمورد ابعاد درشت تر ، دما به 1250 تا 1300 درجه سانتیگراد رسیده و زمان توقف بار 2 تا 3 دقیقه است .
کلوخه سازی – مواد خام
اگر توقف بار در دمای بالازیاد باشد = افزایش بیش از حد استحکام کلوخه تولیدی = کاهش احیا پذیری

سوخت جامد
مقدار مصرف کک به عوامل زیر بستگی دارد :
1- مقدار رطوبت بار
2- مقدار سنگ آهک و دیگر کربناتها و ؟
3- مکانیزم مورد استفاده در کلوخه سازی (وجود یا عدم وجود سیستم های پیش گرم کردن بار یا دمش هوای گرم)
کلوخه سازی – مواد خام

مواد برگشتی کلوخه سازی :
کلوخه سازی – مواد خام
افزایش مواد برگشتی (کلوخه با دانه بندی نامناسب) به مواد خام کلوخه سازی فواید زیر را دارد :
1- چنانچه این مواد برگشتی یا مواد درگردش بصورت گرم همراه با مواد خام مصرف شود از مشکل شبنم زدن (مسئله شبنم زدن در بخش های بعد بررسی می شود )جلوگیری می کند .
2- حضور مواد برگشتی به دلیل تخلخل بالا نفوذپذیری بستر کلوخه را به مقدار زیادی افزایش می دهد و لذا جریان هوا و گاز راحت تر از میان قشر مواد کلوخه عبور می نماید در نتیجه بازده تولید بالا می رود.
3- افزایش مواد برگشتی به بار کلوخه باعث بهبود رژیم حرارتی کلوخه سازی می شود. زیرا:
الف- دارای مواد گرماگیر مثل کربناتها نیستند
ب- چون قبلاً تحت عملیات کلوخه سازی قرار گرفته اند واکنش های شیمیایی قابل توجهی درآنها بوجود نمی آید .
– اثر منفی (؟)

مواد برگشتی کلوخه سازی :
کلوخه سازی – مواد خام
– اثر منفی استفاده از مواد برگشتی این است که هر چقدر مواد برگشتی بیشتر داشته باشیم، تولید مفید سیستم کلوخه سازی کاهش می یابد. بنابراین درصد آن با توجه به شرایط بهینه می گردد.

سیلیس
درسنگهای معدنی پرعیار (عیار آهن بالاتر از 60 درصد) مقدارمواد باطله کافی برای تشکیل سرباره وجود ندارد. وجود سرباره به مقدار 300-200 کیلو گرم به ازای هر تن چدن اجتناب ناپذیر است .
سیلیس یکی از عوامل تعیین کننده مقدار سرباره است
کمبود سیلیس یعنی کمبود فاز مذاب لازم با برای پیوند دانه ها در نتیجه کاهش مقاومت مکانیکی کلوخه
کلوخه سازی – مواد خام

آلومین
وجود اکسید آلومینیم در سرباره (6-4 درصد) : افزایش سیالیت سرباره
اگر مقدار آلومین از 7-6 درصد در سرباره تجاوز کند ، اثرات نامطلوبی دارد و برای کنترل آن، مقدار اکسید آلومینیم در کلوخه بایستی کمتر از 2 درصد باشد .
کلوخه سازی – مواد خام

کلوخه سازی – مواد خام
اکسید منیزیم (محدوده بهینه مصرف: 3 تا 4 درصد):
همراه با دولومیت وارد بار کلوخه سازی می شود و این اکسید جانشین بخشی از سنگ آهک مصرفی می گردد .
افزایش سیالیت سرباره
کاهش دمای ذوب فازهای مذاب درجریان کلوخه سازی
جلوگیری از تشکیل ترکیب مضر سیلیکات دی کلسیم با تولید سیلیکاتهای مضاعف کلسیم و منیزیم = افزایش استحکام و مقاومت مکانیکی کلوخه
وزن مولکولی و چگالی کمتر نسبت به اکسید کلسیم = صرفه جویی در مصرف سوخت کوره بلند (به ازای حجم معینی از سرباره)
خاصیت بازی بیشتر نسبت به اکسید کلسیم = بهبود تصفیه چدن (بخصوص گوگرد زدایی)

کلوخه سازی – مواد خام
آب
رطوبت مانع از ایجاد گرد وغبار می شود
باعث افزایش نفوذ پذیری می گردد(؟)

کلوخه سازی – آماده کردن اجزاء بارکلوخه
مراحل عملیات: دریافت مواد خام، انبار کردن، آسیاب کردن، دانه بندی کردن، وزن کردن، مخلوط و متعادل کردن، رطوبت زدن، تعیین مشخصات نهایی فرآیند و شارژ به دستگاه ها (مرحله ای بسیار پرهزینه)
مهمترین مساله در این عملیات یکنواختی است که می بایست در مرحله دریافت مواد ( آزمایشات مختلف) ، انبار کردن ( دستگاه های همگن سازی و توده کردن منشوری لایه لایه) مورد توجه قرار گیرد

کلوخه سازی – شارژ به دستگاه کلوخه سازی
شرایط عملیات:
اولاً : قابل تنظیم با سرعت حرکت بستر کلوخه باشد ( ضخامت معینی از مواد را روی بستر پخش نماید).
ثانیاً: از جدایش مواد در اثرجدایش غلطشی جلوگیری نماید
ثالثا: بار به صورت متخلخل و غیرفشرده روی بستر شارژ شود.
روش شارژ مواد :
لایه اول : مواد برگشتی :محافظت شبکه در مقابل درجه حرارت ،
عمل به عنوان یک فیلتر (نمی گذارد ذرات ریزمواد خام وارد شبکه شود
و کار دستگاه تصفیه هوا را آسان تر می کند و؟).
لایه دوم: مواد خام

کلوخه سازی – دستگاه های کلوخه سازی
اولین دستگاه کلوخه سازی (1890):
در این دستگاه مواد بر روی بستری از ذغال گداخته بارگیری می شد و از زیر هوا دمیده می شد.

کلوخه سازی – دستگاه های کلوخه سازی
روش دوایت لوید (فرایند کلوخه سازی مداوم)
یک زنجیر متحرک که از تعدادی محفظه لبه دار با کف مشبک تشکیل شده است. این محفظه های های بهم پیوسته در حال گردش بطور مداوم از زیرمحفظه های بارگیری، احتراق و مکش می گذرند و در انتهای خط ضمن برگشت کلوخه هارا تخلیه می نماید.

کلوخه سازی – مشتعل کردن کلوخه
برای شروع احتراق باید در سطح بار، به میزان 35 تا 40 هزار کیلو کالری (به ازاء یک تن کلوخه) حرارت ایجاد نمود (سیستم های احتراق: اتاقک احتراق و سیستم سوخت پاش یا مشعل) کربن موجود در سطح بار به نقطه اشتعال می رسد و ایجاد یک جبهه احتراق می نماید که بتدریج با مکش هوا این جبهه نیز بطرف پایین می رود .
ایجاد یک جبهه احتراق کامل، یکنواخت و سریع ضروری است اما بالارفتن زیاد درجه حرارت در سطح بار باعث ایجاد سرباره مذاب می شود که کاهش نفوذپذیری و پایین آمدن بازده را بدنبال دارد.

کلوخه سازی – مشتعل کردن کلوخه
پیش گرم کردن بار کلوخه سازی:
پیشگرم کردن باعث افزایش قابل ملاحظه بازده کلوخه سازی می شود (؟).
پیشگرم کردن از شبنم زدن بار جلوگیری می کند
درکارخانه هایی که بخاریا هوای گرم به مقدار اضافی و با فشار کم موجود باشد می توان از آن برای پیشگرم کردن در مرحله مخلوط کننده استفاده کرد
افزایش نرمه های برگشتی کلوخه بصورت گرم به شارژ نیز یکی از راههای پیشگرم کردن است.

کلوخه سازی – فعل و انفعالات شیمیایی در کلوخه سازی
انواع واکنشهای شیمیایی که ممکن است در کلوخه سازی انجام گیرد(تحت اتمسفر و رژیم حرارتی خاص):
الف- تجزیه هیدراتها و تبخیر رطوبت اضافی
ب- تجزیه کربناتها
ج- تجزیه اکسید فلزات و فعل و انفعالات اکسیداسیون و احیاء
د- حذف عناصر زائد یا مضر
ه- تشکیل فازهای مختلف
عمده تغییرات شیمیایی در ناحیه احتراق و پیشگرم رخ می دهد .

کلوخه سازی – فعل و انفعالات شیمیایی در کلوخه سازی
تجزیه هیدراتها و تبخیر رطوبت
رطوبت آزاد سطحی (بیش از 90 درصد از رطوبت): دماهای بالاتر از 100 درجه سانتیگراد بسرعت تبخیر می شود.
آب تبلور : در دمای حدود 1000 درجه سانتیگرادخارج می شود .

پدیده شبنم زدن: افزایش ناگهانی رطوبت مواد خام در مجاورت منطقه خشک کردن بار: با عبور بخار آب ناشی از منطقه خشک کردن از لایه های مواد خام با دمای محیط پدیده تقطیر و ایجاد قطرات آب بر روی سطح ذرات(شبنم زدن) می گردد بنابراین مقدار رطوبت بطور ناخواسته در لایه های پایین افزایش می یابد. روش جلوگیری ؟

کلوخه سازی – فعل و انفعالات شیمیایی در کلوخه سازی
تجزیه کربناتها
سنگ آهک ، کربنات منیزیم و سیدریت موجود در بار کلوخه سازی، در واکنش های گرماگیر تجزیه می شوند.(ترمودینامیک واکنشها وابسته: به فشارجزئی تعادلی گاز دی اکسید کربن، اکتیویته مواد شرکت کننده و محصولات واکنش و همچنین دما است).
از لحاظ سینتیکی سرعت پیشرفت تجزیه کربناتها بوسیله نفوذ حرارتی کنترل می شود و لذا به درجه حرارت و سطح آزاد بستگی دارد .
رژیم حرارتی و ترکیب شیمیایی گاز در تماس با بستر را باید طوری تنظیم نمود که تجزیه کربنات ها در ناحیه پیشگرم شروع شده و در مرحله احتراق کامل شود، همچنین امکان تشکیل ترکیباتی مانند : سیلیکات یا فریت کلسیم باید بررسی و کنترل شود (؟)
اگر سینتیک واکنش کند باشد و مقادیری CaO پس از منطقه احتراق بدون واکنش باقی بماند: امکان جذب رطوبت شدید توسط آهک (CaO) و از هم پاشیدن محصول کلوخه سازی وجود دارد(؟)

کلوخه سازی – فعل و انفعالات شیمیایی در کلوخه سازی
اکسیداسیون و احیاء
تجزیه اکسید فلزات موجود دربار کلوخه سازی در اثرحرارت زمانی رخ می دهد که فشار جزیی اکسیژن در تعادل با اکسید از فشار جزیی اکسیژن محیط بیشتر باشد (بیش از 0.2اتمسفر)
بر اساس نتایج تجربی فقط هماتیت و برخی اکسیدهای منگنز امکان احیا در شرایط کلوخه سازی را دارند.
به دلیل حضور کک و کم بودن اکسیژن در لایه های پایینی امکان تولید مونوکسید کربن و انجام احیا توسط آن وجود دارد، میزان پیشرفت این دسته از واکنشهای احیا وابسته به مقدار کک مصرفی (موجود) می باشند.
تاثیر درصد مصرف کربن (کک)بر
ترکیب شیمیایی پس ازپخت کلوخه

کلوخه سازی – فعل و انفعالات شیمیایی در کلوخه سازی
حذف عناصر زائد و مضر
حذف گوگرد (غالباً بصورت پیریت ): طی واکنش های تشویه در دمای 500 درجه سانتیگراد و در منطقه احتراق انجام می شود.
( از لحاظ ترمودینامیکی حذف گوگرد بصورت 2SO در محیط اکسیدی کلوخه سازی بهتر از محیط احیایی کوره بلند انجام می شود)
حدف ارسنیک (بصورت ارسنو پیریت ، ارسنات آهن یا سولفید ارسنیک): دراتمسفراکسید کننده دردمای حدود500 درجه سانتیگراد ، آرسنیک بصورت واکنش زیر اکسید می شود: :

کلوخه سازی – فعل و انفعالات شیمیایی در کلوخه سازی
حذف عناصر زائد و مضر
سرب و روی (به صورت سولفید): در دمای حدود 400 درجه سانتیگراد تشویه وبصورت اکسید در می آید.
سرب وروی در چدن حل نمی شوند( عدم کاهش کیفیت چدن) ولی بر روی منافذ نسوزهای کوره بلند رسوب کرده وباعث خرابی آجرها می شوند.
فسفردر جریان عملیات کلوخه سازی حذف نمی شود

کلوخه سازی – فعل وانفعالات شیمیایی بین مواد وتشکیل فازهای مختلف
فعل و انفعالات شیمیایی و تشکیل فازهای مختلف:
مواد اصلی که در بار کلوخه می توانند با یکدیگر واکنش دهند (بجز واکنشهای مربوط به تجزیه کربناتها و اکسیداسیون واحیاء و حذف عناصر زائد) عبارتند از:

این واکنش ها عموما در فاز جامد انجام می شوند (جنبه های سینتیکی)
اولین محصول آهک و سیلیس در 690 درجه سانتیگراد سیلیکات دی کلسیم است
آهک با هماتیت در دمای 1100 درجه سانتیگراد فریت کلسیم می دهد( به مقدار بیشتر از سیلیکات دی کلسیم)
هماتیت یا مگنتیت در محیط احیایی فایالایت تولید می کنند.

کلوخه سازی – فعل وانفعالات شیمیایی بین مواد وتشکیل فازهای مختلف
مقدار و نوع ترکیبات تولید شده در حین کلوخه سازی بستگی :
1- به بازیسیته (نسبت آهک به سیلیس)
2- پتانسیل احیایی موجود
دارد .

کلوخه سازی – مراحل تکمیلی
خرد کردن کلوخه( توسط سنگ شکن : 80 تا 90 درصد ذرات زیر 100 میلیمتر)
سرند کردن در حالت گرم (حذف ذرات کمتر از 3 میلیمتر، افزایش تخلخل در مرحله سردکردن و تهیه مقداری برگشتی گرم)
سرد کردن (از دمای 600 تا 700 درجه توسط آب یا هوا)
دانه بندی نهایی (15 تا 25 میلیمتر به عنوان محافظ بستر، دانه بندی برای کوره بلند با اندازه کمتر از 50 میلیمتر )

کلوخه سازی – پارامترهای موثر بر کلوخه سازی: تعیین چگونگی تاثیر گذاری و بهینه سازی
پارامترهای کلوخه سازی موثر بر بازده و کیفیت کلوخه عبارتند از :
1- نفوذپذیری بارکلوخه سازی
2- اندازه و دانه بندی بار
3- همگنی بار
4- درصد رطوبت
5- میزان بار برگشتی
6- درجه حرارت بار قبل از شارژ
7- ضخامت بستر یا شارژ بستر کلوخه سازی
8- میزان مکش و جریان هوا(متر مکعب در دقیقه)
9- سرعت قائم پخت
10- سرعت حرکت زنجیر یا بستر کلوخه سازی
11- بازده ماشین کلوخه سازی
12- کنترل مقدارFeO

THANK YOU FOR YOUR ATTENTION