Металлы и человек - Страница 93

Значительно труднее обеспечить быстрый ход реакции между твердым телом и жидкостью. Опустите кусок мела в уксусную эссенцию — начнут энергично выделяться пузырьки углекислого газа. Но реакция идет только по поверхности кусочка мела, а она невелика.

Чтобы ускорить процесс, кусочек мела надо раздробить. Поверхность раздробленных кусочков окажется значительно большей, чем у целого куска, и процесс пойдет быстрее. Так же быстрее пойдет процесс реагирования твердого вещества с газом, если твердое вещество раздробить в порошок.

Но это еще не все. Конечно, груда опилок ржавеет быстрее, чем стальная болванка, содержащая столько же металла. Но еще быстрее ржавели бы эти опилки, если бы они были распылены в воздухе. Известно даже, что, будучи распылены в воздухе, нередко взрываются абсолютно негорючие вещества, вроде муки или некоторых металлов. Вот как увеличивает тонкое распыление их способность вступать в химические реакции.

Такое распыление осуществляют уже и в промышленных установках. Например, на крупных тепловых электростанциях нередко каменный уголь размалывают в тончайшую пыль и эту пыль вдувают вместе с воздухом в топку. Там эта пыль сгорает почти мгновенно, как струя газа, во взвешенном состоянии могучим жарким факелом. Топки этого типа так и называются — пылеугольные. Процесс сгорания твердого топлива в них идет значительно интенсивнее, чем в обычных топках, где сгорают крупные куски наваленного пластом каменного угля.

Процесс обжига — это тоже группа химических реакций, в ходе которых из медной руды выгорает сера и место соединений меди с серой занимают окислы меди — ее соединения с кислородом. Чтобы этот процесс шел интенсивнее, руду предварительно измельчают, а на подах печи непрерывно перемешивают.

А нельзя ли распылить и руду в воздухе? Нельзя ли и обжиг осуществлять так же, как производится сжигание каменноугольной пыли?

Оказывается, можно. Для этой цели строят специальные печи, в поды которых встраивают специальные сопла. Сквозь них вдувают нужный для реакций воздух, а сверху насыпают порошок руды. Струи воздуха поддерживают порошок во взвешенном состоянии. Частицы руды непрерывно перемещаются, сталкиваются друг с другом, соприкасаются с огромным количеством воздуха. И, конечно, реакция в этом случае протекает чрезвычайно быстро.

Если заглянуть в печь, в которой происходит такой обжиг, то вы увидите непрерывно волнующуюся поверхность, вроде поверхности ключом кипящей жидкости. Это и есть кипящий слой. Пылинки твердого вещества, пронизываемые потоками газа, ведут себя, как жидкость: так же перетекают через край сосуда, так же сохраняют горизонтальную поверхность, если сосуд нагнуть. Все это позволяет «вливать» подвергаемый обжигу порошок руды в одном месте печи, а «выливать» прореагировавшую шихту в другом.

Кипящий слой подобен жидкости и в других отношениях. Он, например. обладает большой теплопроводностью. В нем, как и в жидкости, происходит интенсивное перемешивание вещества. И то и другое свойства объясняются очень активным движением пылевых частиц.

Вот этот-то кипящий слой и начали применять инженеры для обжига медных руд. И оказалось, что реакция горения колчедана в кипящем слое занимает всего несколько секунд, в то время как в механической печи этот процесс длится несколько часов.

Кипящий слой молод. Лишь немногим более двадцати пяти лет назад нашел он себе первое применение для газификации твердого топлива, но он с каждым днем все шире вторгается во все отрасли промышленности, где надо интенсифицировать реакции между твердым и газообразным веществами. Вот он-то и ставит под вопрос самое существование в будущем многоподовых печей для обжига медных сульфидных руд.

Одно из волшебных свойств кипящего слоя.

От огарков к чистому металлу

После обжига концентрат медной руды вместе с флюсом — известью обычно поступает на плавку в отражательную печь. Отапливаются они пылеугольным жидким или газообразным топливом. Так как газы, уходящие из такой печи, имеют температуру около 1200 градусов, оказалось рентабельным направлять их сразу же в парокотельную установку. От 30 до 45 процентов всего тепла, выделяющегося при сжигании топлива, утилизируется в этой установке.

Из отражательной печи выходят жидкие шлаки и жидкий же продукт— штейн, содержащий около 25 процентов меди. Кроме меди, в штейне обычно находится железо (его здесь не меньше, чем меди), сера (ее почти треть), серебро, золото, никель и т. д.

Шлаки направляют в отвалы или на переработку в строительные материалы. Ковши со штейном поступают к конверторам, подобным тем, что применяются при бессемеровской переработке чугуна в сталь. Но форма их отлична. Если конверторы для переработки чугуна напоминают формой груши, то конверторы для переработки меди — это скорее положенные на бок бочонки.

И в тех и в других сквозь расплавленный полупродукт продувается воздух, и там и там происходит выгорание примесей. Но, пожалуй, на этом сходство кончается. Начинаются отличия.

Из чугуна з процессе бессемеровской переработки надо выжечь максимум 6–8 процентов различных примесей. В штейне надо удалить 70–80 процентов серы и железа. И, конечно, это нельзя сделать за несколько минут, как при переработке чугуна в сталь. Процесс конвертования штейна длится не менее десяти часов, а нередко и более суток.

Бессемеровская переработка чугуна протекает при температурах порядка 1500 градусов. Переработка штейна идет всего при 1200 градусах. При переработке чугуна шлаков почти не образуется. При переработке штейна шлаков столько, что их несколько раз приходится сливать. И т. д. и т. д.