De bereiding van koper

.

,

.Cl

DELFT, October

1954.

KOP E R.

---Samengesteld en berekend door: A. Zwemstra en

o

o

I 11 111 IV V VI VII VIII IX X -2-In hou d. INLEIDING

.

. . .

.

. .

. . .

.

. . .

.

.

.

. . . .

.

.

. . .

. .

.

.

.

. . .

DE GEBRUIKTE METHODE

.

. .

.

.

. .

.

.

.

.

.

. . .

.

. . .

. .

. .

.

.

.

.

. .

DE ROOSTOVEN _{• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •} DE REVERBEEROVEN _{• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •} • • • • • • • • • • DE CONVERTOR

·

.

.

.

. .

.

. .

.

.

.

.

. . . .

. . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. . .

.

.

.

. . .

.

.

DE ANODEOVEN

·

... .

ZUIVERING VAN DE AFGASSEN _{• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •} BEREKENING VAN EEN ;KOPE:RFAB:RI;EK EN MATERIAALBALANSEN

A. Inleiding

...

'

....

'

...

"

...•...•.•.•

"

... .

B. Opslag . ,~ .

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • C '. Rbö:si; en •••••••••.•••••••••••••••••••••••••••••••• D'. Reverbeeroven',' convertor en anode-oven ••••••••••• E. Anode-oven ••••••• ' •••.•••••••• ' ••••••••••.•.••••••• F'. Convertor· ••••••••• 0 • • • • • ' • • • • • • • • • • • • • • ' • • • • • • • • • ' • • • G. Reverbeeroven •••••• 0 • • " • • • • • • • • • ' • • • • • • • • • • • • • 0 • • • • ' • • • ' . H. Materiaalbalansen' ' •• ' ... ' •• ' •• ' •••• ' •• '.' •••.•••••• ' •••

A.

B·. C. Reverbeeroven ' •..•••••. ' •••••••••• ' •••••••••••• ' •• '. Convertor Anode-oven

.°.°.' .• "

. .

. . .

.. ' ... ". ' ...•.•

. .

.

. . .

.

. . . .

.

.

.

.

.

.

.

.

. . .

.

. . . .

.

.

BEREKENING MOTORVERMOGEN'VAN' DE TRANSPORTEUR ••••• BEREKENING STOFVANGER

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. .

.

. .

.

.

. . . .

.

. . .

.

BEREKENING VAN HET VERMOGEN EN HET TOERENTAL VAN' EEN COMPRESSOR _{• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •} LITERATUUR

. . . .

.

.

.

.

.

.

.

. . .

.

. . .

.

. .

.

.

.

. . .

. . .

. .

.

.

Bijlage: Schets. Blz.

3

4 6 10

14

16

18

20 21 22

26

26

2~ 30

33

34 34

35

38

41

47

o

o

I. INLEIDING.

De meest voorkomende koperertsen z1Jn chalcopyriet (theoretisch CuFeS2) en chalcosiet (Cu2S).

Om de transportkosten te reeds bij de mijnen door ontdaan van het grootste ganggesteente.

~erlagen wO~.,c_Ji~s2~.

middel van

b~~Ker~n1flotatie

deel van het begeleidende

Het zo ontstane zeer fijne concentraat wordt naar de

I

moet zijn om concentraten van verschillende mijnen te eigenlijke koperfabriek vervoerd, d~e gunstig gelegen kunnen ontvangen.

De bereiding 'van koper kan geschieden volgens twee methoden: Het pyro- en het hydrometallurgische proces.

85-

90

%

vap de totale koperproductie wordt bereid volgens het eerste proces, dat later uitvoeriger zal worden besproken.

De overige 10 - 15

%

wordt bereid volgens het natte' uitloogprocédé. Het erts wordt daartoe in oplosbare vorm gebracht door roosten •. Het materiaal wordt daar-na in contact gebracht met verdund zwavelzuur, dat de metaaloxyden oplost. De oplossing en het'residu'worden gemakkelijk gescheiden door middel van de zwaartekracht. Het koper wordt vervolgens electrolytisch uit de oplos-sing gewonnen, daarna gesmolten om een homogeen metaal te verkrijgen en tot blokken gegoten.

o

o

-4-II. DE GEBRUIKTE METHODE IN HET KORT.

1,

----Voor de bereiding van koper werd de pyrometallurgische methode gekozen, daar deze methode universeel is.

Het natte proces kan slechts dienen voor de verw~rking

van ertsen, waarin het metaal in oplosbare of gemakke-lijk oplosbaar te maken vorm aanwezig is.

Het wordt hoofdzakelijk gebruikt'voor zuiver oxydische ertsen of voor ertsen met een laag zwavelgehalte.

Bij de bereiding wordt uitgegaan van chalcopyriet. Dit werd gekozen omdat het een erts is, waarin naast

koper veel ijzer voorkomt, zodat een meer a~gemeen proces kan worden beschreven.

Chalcopyriet is geographisch het meest verbreide koper-erts. CuFeS2 bev~t theoretisch 34,6

%

Cu, maar ertsen met gehaltes van 2

%

zijn nog economisch te verwerken.

Door het flotatie-proces wordt het Cu-gehalte opgevoerd. (In het hieronder beschreven proces tot 26

%.)

Het gefloteerde erts wordt in de fabriek eerst onder-worpen aan een roostproces, waarbij een deel van de

zwavel als S02 wordt verwijderd. De meegevoerde vaste stof (het concentraat is een zeer fijn materiaal) wordt

~

in een Cottrellapparatuur van het gas gescheiden en teruggevoerd. Een deel van het ijzersulfide wordt bij de ro~sting omgezet in FeO.

De zo ontstane ucalcine" wordt in een reverbeeroven

ge-

~---smolten, onder toevoeging van Si02• Dit Si02 neemt de ganggesteenten en het reeds gevormde ReO op, waarbij een'

o

o

vloeibare slak ontstaat. Bovendien treden tussen de sulfiden van koperen ijzer onderling reacties op, waarbij de "matte" [:gevormd wordt, hoofdzakelijk

be-staande uit in elkaar opgelost Cu2S en FeS.

De gesmolten matte en de boven drijvende gesmolten slak worden elk afzonderlijk afgetapt.

De matte wordt vervolgens in een convertor geoxydeerd met lucht. Eerst wordt FeS omgezet in FeO, dat in de .slak wordt opgenomen (er wordt weer Si02 toegevoegd);

vervolgens wordt een gedeelte van het sulfide geoxydeerd tot CU20, dat met de rest van het kopersulfide reageert volgens de reactie:

De aldus gevormde "blister" koper wordt in de anodeoven bevrijd van de laatste onzuiverheden, waarna het in de vorm van anodeplaten of broodjes wordt gegoten.

Deze platen en broodjes zijn gereed voor verscheping.

Indien het koper voor speciale doeleinden gebruikt wordt, en indien de aanwezige hoeveelheden goud en zilver groot genoeg zijn, om dit lonend te maken, kan het koper nog-maals worden gezuiverd door electrolyse.

o

o

"6

-lIl. DE ROOSTOVEN. r

Het roost,en heeft tot doel zoveel van de zwavel uit het erts te verwijderen, dat een product ontstaat dat op de meest economisphe wijze verder kan worden verwerkt. Meestal wordt het S-gehalte teruggebracht van ongeveer 31 tot ongeveer 18

%.

Het roosten vindt plaats door het in lucht verhitten van het erts. Deze verhitting heeft langzaam plaats daar er veel gemakkelijk smeltbare oxyden zijn.

Boven in de roostoven heerst een temperatuur van 200

à

300 °C, welke naar beneden tot 800 °c oploopt.

f'~

Verschillende reacties hebben nu plaats, bijv.:

'J

~SvJ'

FeS2 ). FeS + S

~,A~v~-

\

,

l~'O

2CuFeS2 ~ Cu 2S + 2Fe~ + S I 2Fe203 + 88021 LtFe8₂ + 11 02 - - - 7

4CuFeS 2 + 13 o'~ ₂ 4Cu + _{2Fe 203} + _8S02

!

Si°1-

---=')

S-1J

v

De oxydatie wordt zodanig geleid dat een deel van de ijzerverbindingen wordt geoxydeerd.

Het Cu blijft practisch geheel als sulfide. achter. Bij de betrekkelijk lage temperatuur boven in de oven worden sulfaten gevormd. Immers Fe203 en Si02 werken katalytisch bij de vorming van S03:

en daaruit: FeO + S03 Fe203 + 3S0

o

o

Bij de desulfatiseringstemperatuur (± 6000 ) worden de sulfaten weer ontleed tot oxyden en SO~, wat dus

eigen-lij~ secundaire producten zijn.

Bij het roostproces wordt .tevens va~ het As, Sb en Bi, welke altijd aanwezig zijn, het grootste deel als oxyden

vervluchtigd.

Het roosten heeft plaats in een Wedge-oven. Deze bestaat uit een verticale ijzeren cylinder, van

±.9

m hoog en

5

m in doorsnede, bekleed met vuurvaste stenen. In deze cylinder bevinden zich op regelmatige afstanden boven elkaar 7 stenen haarden. In het centrum van de haard is een verticale ijzeren schacht, eveneens met steen bekleed, draaibaar aangebracht. Vanuit deze schacht steken op elke étage 2 armen voorzien van rakelijzers in de haard.

Het aangevoerde concentraat wordt op de bovenste étage van de oven gebracht, die als droogvloer dient. Door de langzaam bewegende armen (± 1 omwenteling per minuut) wordt het erts naar het centrum van de oven geveegd, waar het door gaten op de eigenlijke eerste roost-étage

valt. Hier zorgen de armen weer voor transport van het materiaal in de richting van de omtrek van de oven.

Zo komt het erts tenslotte op de onderste étage terecht, vanwaar het als "calcine" de oven verlaat en met wagens naar ~e smeltoven wordt vervoerd.

De lucht die voor de oxydatie zorgt, wordt onderin de oven gebracht en stroomt naar boven, telkens over het oppervlak van het erts. Na de bovenste haard te zijn

o

o

07

.(~

-8-gepasseerd bevat het gas ongeveer

4%

S02 en wordt in stofvangers bevrijd van het meegenomen vaste materiaal. Daarna wo~dt het, na vergroting van het S02 gehálte, door verbranding van zuivere zwavel, verwerkt tot zwavelzuur.

Sommige ertsen leveren bij de verbranding genoeg warmte om de oven op temperatuur te houden, meestal echter moet door verbranding van olie extra warmte worden toegevoerd. Door de centrale schacht van de roostoven lopen leidingen voor lucht, waàrmee de ijzeren roerarmen inwendig worden gekoeld, om de levensduur zo groot mogelijk te houden. Een deel van deze, ~eeds.voorgewarmde lucht wordt als roostlucht gebruikt.

Een vereiste voor een goed verloop van het roostproces is een voldoende groot oppervlak van het erts. Het

flotatieproduct ~200!ineShtl(aantal mazen per Engelse

duim) blijkt goeo te roosten. Het is duidelijk dat de .t

bewegende armen behalve voor het transport een grote be-tekenis hebben als roerders.

Voor het roosten moet voldoende zuurstof aanwezig zijn. ,stijgt bovendien het gehalte aan S02 boven

4

%,

dan gaat

het roosten te langzaam~

De centrale schacht wordt door een electromotor aangedre-ven en draait met ongeveer 1 omwenteling per minuut. Elke haard bezit een deur voor inspectie, reparatie en toevoer van lucht.

o

o

De capaciteit van een moderne oven varieert tussen 100 en 175 ton concentraat per dag.

Als uiteindelijk resultaat van het roosten is dus bereikt:

Ie Een deel van de S is verwijderd als S02. 2e As, Sb en B1 zijn grotendeels verwijderd.

o

o

-10-IV. DE REVERBEEROVEN.

In de reverbeeroven wordt het gerooste erts gesmolten, onder toevoeging van een slakvormend materiaal, zuur of basisch, al naar de aard van het begeleidende gang-gesteente.

Door dit smelten hebben verschillende omzettingen plaats: koper heeft een veel grotere affiniteit tot zwavel dan ijzer, en een veel kleinere affiniteit tot zuurstof. Daardoor worden alle Cu-oxyden, die in de roostoven eventueel ontstaan zijn, omgezet tot sulfiden, bijv.:

Cu

2S + 2CuO ----7 4Cu + S02/

Cu2S + 2Cu₂O ~ 6Cu + _S02/

Cu20 + FeS ~ CU2S + FeO .... (1)

2Cu + FeS ~ CU2S + Fe

Cu2Si0₃ + FeS ---7 CU2S + FeSi0₃

Zo zal tenslotte ~lle Cu aanwezig zijn in de vorm van Cu₂S. De overmaat zwavel vormt met een deel van het ijzer FeS. In gesmolten toestand zijn FeS en Cu2S volledig

mengbaar. Dit mengsel, dat ook nog alle edele metalen en wat As, Sb en Bi in opgeloste toestand bevat, staat be-kend als de "matte". De hoeveelheid ijzer die nu nog over is als FeO wordt door het toegevoegde Si02 als Fe-silicaat gebonden, evenals het ganggesteente. De gesmolten slak, die soortelijk lichter is dan de matte, zal boven drijven, zodat de lagen afzonderlijk kunnen worden afgetapt.

De reverbeeroven is een langwerpige ruimte, 20 x 9 x 5

meter, uit vuurvaste steen vervaardigd, aan de buiten-zijde verstevigd met ijzeren platen, en met een gewelfd

o

o

dak. De bodem is van silicasteen, de fundering, die zeer zwaar moet zijn om het gewicht van de matte te kunnen dragen, bestaat uit uitgegoten slak. De gehele oven moet 1 à 2 jaar ononderbroken functioneren ... · ..

Aan één eind van de oven bevinden zich oliebranders. Hiermede wordt een temperatuur van 1400 - 1600

°c

be-reikt. Eveneens aan dit einde wordt door openingen in het dak de oven continue gevuld met de calcine, die nog een temperatuur heeft van 700 à 800

°c,

en met de

s~akvormer, waarvoor meestal, teneinde koper terug te winnen, slak uit de convertor wordt gebruikt.

Per ton lading wordt 0,5 -

1,5~

olie als brandstof gebruikt. (1 barr-el

=

34,97 Imperial gallons

=

157 L.)

. .

Het in de oven gestorte materiaal zal snel opwarmen. Bij ongeveer 900 0 beginnen de Cu- en Fe-sulfiden in

elkaar te diffunderen, waardoor smeltpuntsdaling op-treedt. De matte smelt tenslotte bij 98

9

o.

Deze gesmolten matte vloeit over het onderliggende

materiaal, waardoor 'een nog betere warmteoverdracht wordt verkregen. Een weinig van de zwavel zal nog als S02 wor-den afgevoerd.

Als de lading op een temperatuur van 1050

°c

komt zullen de hiervoor genoemde reacties (1) ~eginnen.

~ij nog hogere temperatuur worden de in de roostoven

meestal in kleine hoeveelhedèn gevormde hogere ijzeroxyden (magnetiet) gereduceerd.

Fe304 + Fè ~ 4FeO

3Fe304 + FeS ----> 10FeO + S02/

o

o

-12-Het ijzer kan dus nu een slak vormen, die bij 1100 0 vloeibaar is:

FeO + _Si02 ---7 FeSi0

3

Stellig zullen meer compl~e silicaten gevormd worden dan het hier aangegeven FeSi0

3•

Het gesmolten materiaal stroomt langzaam naar het andere einde van de oven, zodat matte en slak ruimschoots de ge-legenheid hebben om zich te scheiden. Aan dit einde van de oven, waar de temperatuur nog 1100 à 1200 oe bedraagt bevinden zich de openingen voor het aftappen van de matte

(meestal in de zijwand) en van de slak. Deze openingen kunnen worden afgesloten met klei.

Aan het achtereinde van de oven is meestal een waterpijp-ketel ingebouwd, waar de verbrandingsgassen veel warmte afstaan voordat ze,evenals de roostgasse~ naar de stof-afscheiders worden geleid.

Een oven van hierboven genoemde afmetingen heeft een capaciteit van

±

~OO ton matte per dag.

Op het eerste gezicht lijkt het wenselijk een matte te maken, die zoveel mogelijk koper bevat, m.a.w. zo te roosten dat zoveel mogelijk FeO wordt gevormd.

Dit is echter niet het geval en wel om de volgende redenen:

Ie. Het roosten zou te langdurig en te duur worden.

2e. Indien de matte veel koper bevat, gaat ook ve,el koper in de slak over, dus een groter verlies.'

3e. De matte zal dan een kleiner volume hebben, en dus veel minder edele metalen oplossen.

4e. Bij de reacties in de convertor (zie Hfdst.V) wordt de meeste warmte, waardoor de smelt vloeibaar moet blijven, geleverd door de verbranding van FeS tot FeO.

'0

o

"

Een ze~ere hoeveelheid FeS moet dus hiervoor nog aanwezig zijn.

In de reverbeeroven zijn dus de volgende resultaten be-reikt:

le~ Het ganggesteente is verwijderd samen met dàt deel van het ijzer, dat in de roostoven tot FeO geoxydeerd werd.

2e. Er is een matte gevormd, die practisch al het koper bevat als Cu2S, gemengd met de rest van het ijzer als FeS.

~ De verbrandingsgassen hebben een kleine hoeveelheid

o

o

.-14-V. DE CONVERTOR.

De convertor is een grote liggende cylinder (lengte 10 m,

~ 5 m), die om zijn as draaibaar is. De cylinder is van plaatijzer, inwendig bekleed met magnesiet. In het ronde oppervlak is een opening, waardoor de convertor kan worden gevuld (opening boven) en leeggegoten, en waardoor de

verbrandingsgassen hun weg vinden.

De convertor wordt ladingsgewijs gevuld met gesmolten matte en een zuur, Si02-houdend, vloeimiddel. Daarna wordt samengeperste lucht via de as van de convertor en vandaar uit. door een .verdeelbuis in de matte geblazen. Het FeS wordt e.erst geoxydeerd:

FeS +

l~

02

~

FeOm+ S02/.

De hierbij vrijkomende warmte kan de lading vloeibaar

houd~n. Het ontstane FeO vormt met Si0

2 een vloeibare

sl~k. Nadat al het ijzer geoxydeerd is wordt het koper

geoxydeerd: ~~

Cu2S +

H

02

~

@ S 0 2 / .

~-Het koperoxyde oxydeert het sulfide:

De gassen die uit de convertor komen worden via stofaf-scheiders naar een zwavelzuurfabriek geleid.

De oxydatie mag niet te ver gaan; men loopt dan gevaar dat het koper geheel verzadigd wordt met zuurstof, en

o

o

bovendien bestaat de kans dat de gehele inhoud van de convertor, nu er geen warmte meer wordt ontw~kkeld, ~ast

wordt, wat grote practische moeilijkheden met zich brengt. Het verloop van de oxydatie wordt door geroutineerde

arbeiders waargenomen aan de kleur van de vlam boven de mond van de convertor. Deze is eerst roo~, wordt dan groen

en is bij het eind van de oxydatie blauw.

De convertor wordt nu om z~Jn as gedraaid en de slak wordt ,eerst afgegoten. Deze bevat nog zoveel koper, dat ze als slakvormer in de reverbeeroven moet worden gebruikt. Vervolgens wordt het ruwe koper afgegoten. Dit bevat

naast

46%

Cu nog Au, Ag, As, Sb, Bi, Fe en andere veront-reinigingen.

o

o

-16-VI. DE ANODEOVEN.

In de anodeoven wordt het koper zover gezuiverd, dat het voor de meeste doeleindèn bruikbaar is.

De anodeoven vertoont vèrgaande gelijkenis met de rever-beeroven, maar is meestal kleiner (10 x 5'x 4 m). De ovens kunnen tussen 250 - 400 ton koper bevatten. De wanden en de bodem zijn bekleed met magnesiet, het dak met silicasteen. De gesmolten koper uit de convertor wordt in de oven gestort, welke met oliebranders wordt verwarmd. Per ton koper worden 95 liter stookolie ge-bruikt. De gassen verlaten de oven met een temperatuur van 1200 °C.

-Het zuiveringsproces wordt uitgevoerd door de verontrei-nigingen te oxyderen. Door pijpen wordt lucht in de oven geblazen, waardoor de bovenste laag,van het koper wordt , geoxyde~rd. Het oxyde dient als zuurstofoverbrenger en

oxydeert op zijn beurt weer de verontreinigingen, die ge-deeltelijk met de gassen ontwijken, gege-deeltelijk een film vormen op het koper, die regelmatig wordt afgeschept.

4Cu' + _°2 ). 2Cu

2O

Cu20 + _Si02 ~ Cu2O.Si02/

5Cu2O + 2As ~ _{As 20,5 + 10 Cu}

idem voor Sb. As 205 + _Cu20

_>

_{Cu20 .As20}

51

3Cu2O + 2As ~ As203/+ 6cu

, 2Cu

o

o

Tijdens het proces wordt met een roerspaan het oppervlak van het koper bewerkt, om zoveel mogelijk koper met de lucht in, contact te brengen. Het proces gaat door tot zich geen slaklaagje meer vormt. Een afgekoeld monster vertoont een rood, grof-kristallijn, en dof oppervlak.

, ,

Het metaal bevat nu 6 - 10

%

_{Cu20. Dit wordt gereduceerd} door stukken boomstam in de oven te gooien. Door de hoge temperatuur.wordt het hout gedest~ueerd. De ontstane gas-sen (CO, H2,'H20 en koolwaterstoffen) reduceren het Cu20 en zorgen voor een zekere beweging in de vloeistof.

Tijdens het reductieproces word~n veel monsters genomen. Het reduceren wordt gestopt als een monster een rose,

zijdeachtig glanzend, fijn-kristallijn oppervlak vertoont. Het gesmolten koper wordt daarna tot broodjes gegoten

o

o

-18-VII. ZUIVERING VAN DE AFGASSEN.

Het is uit een oogpunt van economie noodzakelijk uit de gassen, die de roostovens, de reverbeeroven, de

converto-ren en de anode-ovens verlaten, het meegevoerde koper terug te winnen.

Een tweede en minstens even belangrijke reden, dat de gassen gezuiverd moeten worden, is dat zij voor mens en dier zeer schadelijk zijn en aan planten en bomen onhe~-·

stelba~e schade toebrengen.

De hoeveelheid meegevoerde stof zal afhangen van de fijnheid van het erts, van de gassnelheden en van de soortelijke massa van de vaste stof.

De vaste stof in de roostgassen kan wel

7

%

Cu bevatten, in de afgassen van de reverbeeroven 25 en van de conver-tor zelfs 45

%

Cu.

Naast de vaste stof bevinden zich in de roostgassen nog nevels, die zich bij afkoeling in de leidingen afzetten. De belangrijkste bestanddelen hiervan zijn oxyden van As, Sb en Pb en Zn, indien deze elementen in het erts voor-komen, voorts zwavelzuur en sulfaten. Deze laatste kunnen ontstaan uit in de roostöven gevormd S03.

In de gewone stofafscheiders, bestaande uit schotten, die in verwijdingen van de leidingen geplaatst zijn, zetten zich slechts de grofste delen af. Voor de afscheiding van de fijnste delen gebruikt men de electrostatische of

Cottrell~methode. Een deeltje dat zich in· een electro-statisch veld bevindt, kan do.or contact met gevormde

o

o

met tegenovergestelde lading worden aangetrokken.

Een potentiaalverschil van 75.000 Volt wordt aangelegd tuss·en een dunne draad (-) en een daaromheen lopende pijp (+), waardoor het te reinigen gas stroomt.

In de in dit ontwerp toegepaste gasreiniger is het electrische reinigingsgedeelte gecombine.erd met een cycloon. In de bovenzijde va'n het apparaat wordt het gas dus eerst ontdaan van de grove delen.

o

o

-20-VIII. BEREKENINGEN.

kInleiding.

De in de literatuur vermelde gegevens z1Jn dusdanig in-compleet en missen bovendien iedere theoretische grond-slag, zodat bij de berekening van de fabriek deze prac-tische gegevens van verschillende fabrieken gecombineerd moesten worden. In de gevallen waarvan geen gegevens be-kend waren moesten noodzakelijken~ijs enige schattingen gedaan worden.

De hoeveelheid concentraat welke per dag verwerkt wordt bedraagt 1400 ton.

De gemiddelde samenstelling is: 26

%

koper

31

%

zwavel

43

%

Fe +

(Onder Fe + zullen we in het vervolg verstaan alle

metalen, behalve koper, welke in het concentraat aanwezig. zijn, plus eventueel aanwezige ganggesteenten.)

o

o

!h.

Opslag.

Bij eventueel stagneren van de aanvoer va~ concentraat, moet er een zodanige voorraad aanwezig zijn, dat de fabriek niet gesto~ behoeft te worden.

Deze voorraad

moetj%dnste~voor

2 dagen toereikend zijn, dus

±

2800 ton concentraat.

Het stortgewicht (d.i. gewicht in tonnen per m3 ) van het concentraat, kan met benadering op 2 gesteld worden, zodat dus een opslagruimte van 1400 m

3

vereist is.

k----b

10

r

j

~.5'

t

Voor de opslag van

De inhoud van de bunker is:

1

6 x 6 x 10 + 3 x 6 x 6 x 3

-

~

x 1 x 1 x

~ =

395

~

m3

Rekening houdende met. het voorkomen van dode ruimte bovenin de bunker . stellen we de inhoud van de bunker

gemakshalve op 350 m3 •

2800 ton concentraat zijn dus

4

van deze bunkers benodigd.

o

0

X

-22-fL: Roosten.

De capaciteit van de gebruikte Wedge-roostovens met 7 haarden, ligt ·tussen de 100 - 175 ton concentraat per _{.. , .} dag •.

De capaciteit kan dus gesteld worden op 140 ton per dag, in welk geval 10.:' roostovens benodigd zullen zijn. Voor het geval er een roostoven opnieuw met vuurvaste steen bekleed moet worden, of wanneer een raparatie nodig mocht

\

blijken, zodanig dat de oven buiten bedrijf gesteld moet worden, is het noodzakelijk een oven in reserve te hebben. Totaal zijn dus 11 Wedge-ovens aanwezig, waarvan er

continu 10 in bedrijf zijn.

We gaan uit ~an de volgende gegeveris:

Concentraat: 26

%

koper

~O)~

Sain~nstelling

/

-.; ! l( dus: Roostovengas . 31

%

43

%

zwavel + fujzer meegevoerd stof: 7,4

%

koper (231) 7,2

%

zwavel 85,4

%

ijzer + bevat 4

%

S02 (52)

Per dag wordt 10 ton (U.S.A.) stof. meegevoerd per 300.000 cu ft roostgas p.en:.- fuiriuût yan il.2~O"tBC, d.w.z. 9072 kg stof per dag per 354.000 m3 roostgas per uur

. ' .

97

%

van het stof, meegevoerd door het roostgas wordt opgevangen. (245)

De cijfers geven de bladzijden aan waar de gegevens te vinden zijn .in: "J. Newton and C.L. Wilson:

o

Î

o

Verwerkt wordt 1400 ton concentraat per dag, hetgeen be-tekent 58.333 kg per uur, bevattende:

15.167 kg 18.083 kg 25.083 kg koper zwavel + ijzer

Voor de berekening van de hoeveelheid stof, is het nodig de hoeveelheid roostgas te kennen. Uit 58.333 kg concen-traat ontstaat

±

47.750 kg calcine met circa 18

%

zwavel,

18 "

d. w. z. 100 x 47.750 = + 8.600 kg S.

Met het roostgas is dus verdwenen: 18083 - 8600

=

9483 kg S. 9483 kg S geven 19.966 kg S02. Het S.G. van S02

(OoC, 760 mm)"= 2,93.

19.966 kg, 802

=

6.81~ m3 802 (OoC, 760 mm).

Het roostgas bevat 4

%

S02' d.w.z. de totale hoeveelheid roostgas is ~ x 6814 = 170.350 m3 (OoC, 760 mm).

De hoeveelheid meegevoerde stof zal dus bedragen: 354.000 x 9072

=

18.852 kg stof per dag 170.350

Dus ~~~ kg stof per uur.

De samenstelling van dit meegevoer~e stof is:

7,4

%

koper = _{58 kg koper}

7,2

%

zwavel = _{57 kg} zwavel 85,4

%

ijzer + - 670 kg ijzer +

Het gewicht aan concentraat vermindert met het gewicht aan de afgevoerde stof geeft dan het gewicht van de calcine vermeerdert met het gewicht" van de verbrande zwavel.

o

o

-24-KO:Qer-balans: (per uur)

In concentraat

15.167

kg koper In stof

58

kg koper In calcine

16.109

kg koper. + IJzer -balans: In concentraat

25.083

kg ijzer + In stof

670

kg ijzer + In calcine

24.413

kg ijzer + Zwavel-balans:

Stel hoeveelheid zwavel in roostgassen =

Stel hoeveelheid zwavel in calcine =

a kg. b kg. We vinden dan:

a + b

=

58.333 - 785 - 15.109 - 24.413

=

18.026. (1)

Het erts wordt in de roostoven geroost tot

18

%

zwavel, dus:

+

100

b

-a

18 -

57.548. (2)

Uit vergelijking

(I)

en

(2)

berekenen we nu de hoeveel-heid zwavel in de calcine (=b).

b

=

~

x

(57548

18026)

=

8.675

kg.

---a

=

18026 - 8675

=

9.351

kg.

vle hebben aldus: In concentraat In stof In calcine

18 •. 083

57

8.675

9.351

---kg zwavel kg zwavel ~g zwavel kg zwavel. ~In roostgassen

o

o

Roostgassen:

9351

kg zwavel is verbrand tot

18.702

kg

_802•

18.702

kg

₈₀₂

=

1~:~~2

=

6383

m

3 80

₂

(Ooe,

760

mm).

De totale hoeveelheid roostgas is dus:

De uitláattemperatuur van de roostgassen is

±

540

oe. Er zal dus

15.958

x

~?j

=

48.692

m

3

roostgas per uur

de roostoven verlaten, d.i.

é~~~

m

3

/sec.

(540

oe,

760

mm). Benodigd voor het roostproces is:

(15.958 - 6383)

x

~~§

=

10.276

m

3

lucht per uur,

o

o

De

-26 ...

~ Reverbeerove~, Convertor en Anodeoven.

Voor de berekening van de materiaalbalans van de reverbeer-oven is het noodzakelijk het gewicht van de convertors lak te weten. Derhalve dient de berekening van de convertor eerder te geschieden, doch daar we bij de berekening van de mateFiaalbalans van de convertor de hoeveelheid anode-slak dienen te weten, zullen we allereerst de berekening van de anodeoven moeten uitvoeren.

We zijn nu echter genoodzaakt met een fictief bedrag.aan blister-koper te beginnen.

~ Anode-oven.

Stel toegevoerd

100,0

kg blister-koper

(98.9

%

koper).

(40)

Hieruit ontstaat

98,9

kg ruw koper

(99,5

%

koper).

(40)

Het gewicht van de slak bedraagt 5

%

van de voeding, d.w.z.

5,0

kg.

(20~)

In de blister-koper In ruw koper

16ö

5

x

98,9

=

Opgenomen in de slak:

98,9

kg koper

98,4

kg koper

0,5

kg koper.

Het gewicht van de ruwe koper met de slak, verminderd. met het gewicht van de blister-koper, geeft het gewicht van het toe te voegen,slakvormende materiaal, n.l.

98,9

+

5,0 - 100,0

=

3,9

kg.

materiaalbalans wordt nu:

Ingevoerd: -a) -

.100,0

kg blister koper

98,9

kg koper

b)

3,9

kg slakvormer

Afgevoerd: c}

98,9

kg ruw koper

98,4

kg koper

o

o

f:L.. Convertor.

De convertor produceert 100,0 kg blisterkoper (98,9

%

koper). Bovendien is de hoeveelheid slak, welke d~ anode-oven

ver-. ,

laat en aan de convertor wordt toegevoerd, bekend, n.l. 5,0 kg (10,0

%

koper).

Het gewicht van de slak kunnen we berekenen uit de volgende gegevens:

a) Gewicht calcine: gewicht convertor slak =

=64.703 : 42.650 = 1,52 1 (177) b) Voor de bereiding van 100 kg blisterkoper moet men

uit-gaan van

±.

320 kg

c~lcine

(40)

(

§~:5

x 100 ='320,6 )

Het gewicht van de slak, welke de convertor verlaat bedraagt dus:

1

1,52 x 320,6 = 210,9 kg.

De convertorslak bevat 4

%

koper, dus bevat ze 8,4 kg koper. We moeten nu nog bêrekenen de grootte van de

stofhoeveel-heid welke met het gas wordt afgevoerd. We nemen aan dat het convertorgas evenveel kg stof per m3 meeneemt als het gas van de reverbeeroven, daar ~r van de convertor geen gegevens bekend zijn.

40 millioen "cubic foot" gas voert 80 ton (907,2 kg) stof mee. (226)

Omgerekend geeft dit per m3 gas 0.,064 kg stof.

0

o

-28-Het gewicht aan matte toegevoerd aan de convertor bedr~agt

+ 214 kg (40) en is als volgt samengesteld: 46

%

koper

=

98,4 kg koper 27

%

zwavel - 57,8 kg zwavel 27

%

ijzer

₌

57,8 kg ijzer.

mol. gew. CU2S 159

mol. gew. FeS 88

at. gew. Cu 63,5

at. gew. Fe 56.

Hoeveelheid Cu2S in de matte: 159 X 9d 4

=

123 5 kg

127

0,

, .

Hoeveelheid FeS:

%

~

57,8

= 90,5 kg.

Lucht nodig voor de verbranding van Cu2S

Cu2S + 02 - - - ? 2Cu + S02

!

123,5 4 100

159 x 22., x, 21l,.

=

Voor het FeS:

2FeS + _{302 . . ,) . 2FeO} + 2S02/

~

x

~

x 22,4 x

l~~

=

164 m3 •

Men neemt echter 165

%

van de theoretisch benodigde lucht:

. ,

i~g

x (83 + 164)

=

407 m3 •

Aan stof is dus afgevoerd geworden: 407 x 0,064 = 26,0 kg ,

o

Stellen we nu de koperbalans op voor de convertor, dan ziet deze er als volgt uit:

Afvoer: 98.,9 kg in blisterkoper

7,3

kg in stof 8,4 kg in slak. Totaal: 114,6 kg. Invoer: dus: 0,5 kg in anodeslak 114,1 kg in matte.

De matte bevat 46

%

koper, <;lus aan matte werd ingevoerd: 100

~ x l14,~

=

248,0 kg. Gewicht aan zwavel in de matte:

67,0 kg. De materiaalbalans van de convertor wordt nu:

o

o

-30-~ De Reverbeeroven.

De reverbeeroven produceert 248,0 kg matte met 114,1 kg koper. We kunnen de hoeveelheid slak welke afgevoerd wordt als

volgt berekenen:

gewicht convertorslak: gew. slak uit reverbeeroven 7

=

42.550 : 70.330

=

1 : 1.65 (177) We vinden dan: 1,65 x 210~9 = 348,0 kg slak, waarin 0,55

%

(40J

koper, d.w.z. 1,9 kg.

Aan gas wordt afgevoerd'411 m3 .(226)

Meegevoerd aan stof: 411 x 0.064

=

26,3 kg. Het stof bevat 8

%

koper, dus 2,1 kg.

Ingevoerd worden de volgende stoffen:

a) 90

%

van het stof uit de reverbeeroven. (Stel 90

%

het gemiddelde percentage van het in de Cottrell-aparatuur teruggewonnen stof.)

DOt 1 1S. 0 • 100 x 90 26 3 - 23 7 k , - , g, waar1n, . 19k' k g oper.

b) 16g x 26,0

=

23,4 kg convertorstof waarin 6,6 kg koper.

cl

210,9 kg convertorslak met 8,4 kg koper.

Voor de berekening wan de hoeveel.heid stof uit de roost-oven moeten we het bij de berekening van de roostroost-oven ge-vonden gewicht betrekken op een productie van 100 kg blisterkoper.

0

o

We zagen reeds dat voor de productie van 100 kg blister-koper uitgegaan moet worden van + 320 kg ca1cine.

Het gewicht aan stof wordt dan dus:

~ X 7EJ5 = 5,2 kg, waarin 0,4 kg koper.

Hiervan wordt echter slechts 90

%

teruggewonnen evenals bij het stof uit de reverbeeroven en de convertor, dus 4,7 kg st~f met 0,35 kg koper.

De koperbalans wordt nu:

Afvoer: 114,1 kg koper in de matte

1,9 kg koper in de slak 2,1 kg koper in het stof.

Totaal: 118,1 kg.

Invoer: 0,35 kg koper in rooststof

1,9 kg koper in reverbeerstof

6,6

kg koper in convertorstof 8,4 kg kope~ in convertorslak.

Dus 100,85 kg koper in.ca1cine.

Koperpercentage in de ca1cine is 3,1,3

%,

dus vinden we;

100 do 31,3 x 100,05

=

321,7 kg calcine. Materiaalbalans: Afvoer: a) 248,0 kg ~atte b) 348,0 kg slak c) 26,3. kg stof Totaal: 622,3 kg Invoer: d) 321,7 kg ca1cine e) 210,9 kg convertorsialë f) 23,7 kg reverbeerstof g) 23,4 kg convertorstof h) 4,7 kg roost stof Totaal: 584,4 kg 114,1 kg koper 1,9 kg koper 2,1 kg koper. 100,85 kg koper 8,4 kg koper 1,9 kg koper 6,6 kg koper 0,35 kg koper

o

o

-32-Aan slakvormend materiaal is dus toegevoegd geworden: 622,3 - 5$4,4

=

37,9 kg.

In werkelijkheid hebben we in onze roostoven een produc-tie van 4$.197 kg calcine.

Door alle gevonden waarden te vermenigvuldigen met 4$.197 321,7 verkrijgen we de juiste gewichten.

0

o

, .

~ Materiaalbalansen

Reverbeeroven.

Invoer: 48.197 kg calcine 15.109 kg koper

8.675 kg zwavel 24.413 kg ijzer +

31.597 kg convertorslak 1.258 kg koper

3.551 kg reverbeerstof 285 kg koper

3.506 kg convertorstof 989 kg koper

704 kg roost stof 52 kg koper

5.678 kg slakvormend materiaal. Totaal: 93.233 kg.

Afvoer: 37.155 kg matte 17.093 kg koper

52.138 kg slak 285 kg koper

3.940 kg stof 315 kg koper

Totaal: 93.233 kg.

Uit de reverbeeroven wordt, eveneens afgevoerd:

61.272 m3 gas/uur, d.i. 17 m3 gas/sec. (OoC, 760 mm). De reverbeeroven heeft een capaciteit van

±

1200 ton calcine per dag. Er is dus slechts één reverbeeroven nodig, alhoewel er altijd één in reserve moet zijn.

0

0

-34-Materiaalbalans convertor.

Invoer: 37.155 kg matte 17.093 kg koper

10.038 kg zwavel

749 kg anodeslak 75 kg koper

22.608 kg slakvormend materiaal Totaal: 60.512 kg.

Afvoer: 14.982 kg bli'ster-koper 14.816 kg koper

31.597 kg convertorslak 1.258 kg koper

3.$95 kg stof 1.094 kg koper

10.038 kg zwavel als S02

Totaal: 60.512 ~g

Aan lucht '\'lordt verbruikt' 60.977 m3 per uur, d.i.lé>'i7m3 jsec. (OoC, 760 mm.)

De capaciteit van een convertor bedraagt 300 ton per dag. Dus nodig ~ convertors en bovendien 1 in reserve.

Materiaalbalans Invoer: 14.982 583 Totaal: 15.565 Afvoer: 14.816 749 Totaal: 15.565 anode-oven. kg blister-koper kg slakvormer kg. kg ruw koper kg slak kg. 14.816 kg koper 14.741 kg koper, 75 kg koper

De capaciteit van een anode-oven bedraagt 250 - 400 ton per dag. Dus nodig één anode-oven en eveneens één oven in reserve.

o

o

I

l

IX. A. BEREKENING MOTORVEru~OGEN VOOR DE TRANSPORTEUR.

De gegevens voor deze berekening 'zijn ontleend aan een brochure van de Link - Belt - Company (No.564, lab. voor Chem. Techn.).

De formule voor de berekening van het vermogen, nodig voor de transporteur, luidt:

H.P~= 0,009 x T x C x (H + V).

Hierin is:

H.P. = benodigde P.K.fS voor de transporteur.

T = ton getransporteerd materiaal per uur.

C _{= constante factor, afhankelijk van het materiaal}

H = horizontale afstand in m.

V = verticale afstand in m.

De factor C voor ons materiaal bedraagt 2.

Transporteur naar voorraadbunker.

De fabri.ek heef.t een capaciteit van 1400 ton concentraat per dag.

Er zijn 4 voorraadbunkers met een afzonderlijke transporteur. Iedere transporteur zal dus 350 ton concentraat per dag

moeten verwerken. In verband met stilstand etc. berekenen we de transpo~teur voor 480 ton concentraat per dag, dus 20 ton per uur.

We weten nu: T = 20 C ₌ 2 H = 9.75 m V = 16.

m:.

". L ,~ ;(\ .j

0-o

-36-De berekening geeft nu:

H.P.

=

0,009 x 20 x 2 x (6.75 + 16)

=

8.19

Met behulp van een tabel (tabel 3, blz. 38) blijkt dat de motor welke de transporteur aandrijft een vermogen moet hebben van 10 P.K.

Het rendement van deze motor is dan 8.19 ₁₀ x 100

=

82

%.

Transporteur voor roostervoeding.

We bedienen ons hier eveneens van

4

transporteurs, dus iedere bunker heeft een transporteur en verzorgt 3- roost-ovens.

De roostovens staan als volgt opgesteld:

We vinden nu dus: T

₌

20 C

₌

2 H

₌

24 m V

₌

13 m. Hieruit berekenend: H.P. H.P. =

=

1.;,32. O~ 009 x 20 x 2 x (2~ + '1J,).

o

o

Uit de tabel volgt dat een motor van

15

P.K. benodigd is. Rendement van deze motor is dus:

13.32 x 100

=

89

"%.

o

o

-38-B. De Stofvanger.

Iedere roostoven is voorzien van een stofvanger, daar de laatste tijd gebleken is dat met meerdere kleine apparaten _,.., een betere stofafscheiding te verwerkelijken is dan met één grote stofafscheider.

\\\~

Deze stofafscheiders moeten een capaciteit hebben van:

r

~

x

~55

=

0,,64 m3 gas/sec.

(De temperatuur. van het gas in de stofafscheider bedraagt

1200 C.).

De stofafscheiders zijn van het merk Simon Carves - Stockport, een combinatie van een cycloon, voor de grove delen, en een Cottrell-aparaat voor het zeer fijne stof.

Iedere convertor is eveneens met een dergèlijke stofafschei-der uitgerust.

De convertor heeft een capaciteit van 300 ton matte per dag, zodat dus 3 convertors nodig zijn.

Bij de berekening van de s:to.f:v:arige.r moeten we de hoeveelheid gas kennen, welke de convertor verlaat. Deze gas hoeveelheid is namelijk niet gelijk aan de hoevee~heid ingeblazen lucht

(onder dezelfde condities van temperatuur en druk). We hebben met de volgende reacties te maken:

Cu + S02/ (1 )

en 2FeS + 302

~

2FeO +

2S02~---

(2)

Bij reactie (1) is de hoeveelheid S02 gelijk aan de ver-bruikte hoeveelheid zuurstof; bij reaqtie (2) is dit echter slechts 2/3 van de verbruikte hoeveelheid zuurstof.

o

o

ning, betrokken op 100 kg blisterkoper, dan zien we dat voor reactie (1) 83 m3 lucht nodig was en voor reactie (2) 164 m3 lucht per uur.

Aan lucht werd totaal ingevoerd 407 m3 •

21

%

Van de lucht bestaat uit z"Uurstof, zodat er:

1 21 6 3

3 x 100 x 1 4

=

11,5 m gas

minder ontstaat ·dan er lucht werd ingevoerd.

Per seconde wordt dus "uit iedere convertor afgevoerd aan gas: 407 - 11,5 x 16 7 x 1

=

54m3 gas (0 °c 760 mm )

407 ' 3 ' , .

De temperatuur v~n het gas in de stofafscheider bedraagt 120 °C. Het totale volume gas wordt dan:

De maximum snelheid van het gas in het Cottrell-aparaat mag zijn 3,5 m(sec., zodat er

j:~

=

2,23 m3

doorstroom-oppervlak benodigd i~.

In het Cottrell-aparaat werden 2~U-pijpen toegepast. Het binnenoppervlak van een 2~" pijp is:

~

x (6,28)2

=

30,959 cm2• (Inwendige diameter 2~"-pijp

=

62,8 mm.)

. 22.300 - 0

o

!;

,0

-40-Een plaat met een doorsnede van 36" ={=91,44 cm} kan 380 pijpen van 1 1/4" bevatten. (Van de 2~n pijpen zijn geen gegevens bekend.)

(Inwendige diameter I 1/4"-pijp = 35,0 mm).

Het totale oppervlak van deze 380 pijpen is: 380 x (3,,05)2 x '~ = 3654 cm2•

720 pl.Jpen van 2!" hebben een oppervlak van 720 x 30,959 = = 22.290 cm2 •

Het oppervlak is dus 2jgBlO = 6,1 maal zo groot, waaruit volgt dat de diameter van de plaat

~

= dus 2,47 maal zo groot moet zijn, 2,47 x 91,44

=

226 cm.

De snelheid in de toe- en a~voerleiding is + 20 m/sec. De diameter van de leiding stellen \'le d m; dan is het oppervlak 0,785 d2 m2•

De snelheid in de leiding kunnen we nu berekenen:

7,8 = + 20

7,85 d2

~

d2

= +

-

0

,

5 -~) d = :!::. 70 cm. Uit de reverbeeroven \"lOrdt a~gevoerd 17 m3 gas (00, 760 mm).

Hiervoor ~ijn dus nodig eveneens 3 sto~~~scheiders van dezelfde afmeting als die" berekend voor de convertor •

_---o

o·

c.

Berekening van het vermogen en het toerental van een compressor.

/

De gecomprimeerde lucht benodigd voor de oxydatie in de convertor wordt geleverd door centrifugaal compressoren, die door electromotoren worden aangedreven. De berekening wordt uitgevoerd met behulp van gegevens uit een brochure over Clark mul ti-stage centri~ugaà compressors~

,

Een belangrijke grootheid bij pompen en compressoren is de

~" (in m of kgm/kg). Dit is de hoogte van een verticale

~m

fluidum, verbonden met de uitlaat van de pomp, zo

hoog, dat het gewicht van het fluidum aan de uitlaat een

druk veroorzaakt, die ,gelijk is aan de door de pomp geleverde druk, zodat dus geen stof transport meer optreedt. In feite is dit dus de energie die gegeven wordt aan de gewichts-eenheid van het fluidum.

H =fVdP H = "Head" in m

V

=

Spec. volume in m3/kg. d

=

Druk in kg/m2 •

·Voor ieder gas is V afhankelijk van

P.

Het verband tussen P en T kan worden gegeven door:

PVn

=

const. n

=

de polytropische exponent. Nu kunnen 'trle ~ntegreren.

of _:~·.I=

.< .

Z~Tl _n-l. n

[

(:~ )z~

0

o

;,-42-R

= gasconstante in kgm/kg °C.

Z

= Compressibiliteitsfactor.

Voor een ideale compressie is Z

=

1.

Voor vele gassen va~ieert Z tussen 0,95 en 1,02.

waarin H

=

_PIVlf p~. M

(

~~)

f

=

M M = n ... l n

=

ZRTlf - 1

De n (of M) van een compressor wordt door de fabrikant opgegeven als functie van CP/Cv' en de capa.citeit. (Zie grafiek) •

J

"a

RATIO OF SPEClF1C HEATS (K)

"1 • ... VAUJE RATIO o'lneme HIATI

'011 '1lIOUIIITLY UlO IAID

0.5 H!H!I~-+-HtJH-+--I I'~"VVV O •• I---l----I--+--+~~'f_~ O"I---f-,--j • o.IH4-~::""--I--+-t--+---I 0.1 1----1---+-+--+-1---1--1

RATIO OF SI'ECIFIC HEATS

o

o

Een centrifugaalcompressor werkt in verschillende trappen. De IIheadll _{die per trap wordt geleverd staat in verband met}

de omtreksnelheid van de compressor.

g =

Hï!

2

drukco~fficient

omtreksnelheid in m/sec.

9,8

m/sec.2

De waarde van~ is afhanke~ijk van de bouw van de compressor. Een gemiddelde waarde van~ voor een Clark meertraps

centrifugaalcompressor is

0,55.

Tezamen met de gebruike-lijke 770ftl sec. voo,r v en g = 32,2 ftl sec2 ., wordt dari de H per trap 10.000 ft (~ 3000 m).

Zo kan men snel berekenen hoeveel trappen een te bestellen compressor moet hebben.

De energie welke door de compressie aan een gas wordt mee-gegeven is Q x D.W (!fg. x kgm = kgm ) sec. kg sec. Q

=

gasstroom in kg/sec. óW

=

enthalpie verandering in

kR~

in

PK:

Q

₇₅

x ~'IJ'1 biJ' def. is ~

=

VdP_ I t::. vI -K-1,

I r

n-l n

o

o

-44-verhouding tus;sen de werkelijk verkregen "head" en de enthalpie verande;ing.

Daar dw

=

Tds + VdP, is JVdP

':tt

= JTds + jVdP

Dus

1

=

1 als de compressie isentropisch zou plaats hebben. H

AW =

-~

Dus de energie aan het gas meegegeven in PK (GPK) GPK = Q x H

75 x~

Het aantal PK's dat aan de as van de compressor moet worden toegevoerd (APK) is GPK gedeeld door het mechanisch rende-'ment (voor een Clark compressor

99

%).

De uitlaattemperatuur kan eenvoudig worden berekend uit

Indien T

₂

zou stijgen boven

450

oF (~

230

°C) kan gebr.uik gemaakt worden van de bij Clark-compressoren aanwezige mogelijkheid tot koeling. Volgens de fabrikant is n dan

~ Cp/Cv. Gegevens.

Capaciteit:

16,7

m

3

/sec. (0

°c,

76

cm). We gebruiken lucht van 15 oe.

288 3

De capaciteit wordt dan

173

x

16,7

=

17,6

m f.sec. Inlaatdruk 1 atm.

o

o

De lucht moet in de convertor een hoogte van ~ 3 m gesmolten koper overwinnen (s.g. 9).

De overdruk moet minimaal zijn 300 x 9 = 2700 g/cm2 = 2,7 atm. Dus uitlaatdruk ~ 4 atm.

Relatieve vochtigheid 70

%.

Cp/Cv = 1,40.

In een temperatuur-vochtigheidsdiagram zien we dat het specifiek volume van 'lucht van 1 atm. 15

°c

en 70

%

vochtigheid is

0~83

m3/kg • .

Geven we elke convertor een eigen compressor dan is de capaciteit per compressor

17,6;13

= 5,87 m3/sec.

=

=

6,g~83

_,

x 60

= 12400 cuft/min.

.

Door de fabrikant wordt een grafiek geleverd waarin de . waarde van M = n~l voor een bepaald geval kan worden

opge-zocht als functie van de grootte van de gasstroom en van de verhouding Cp/Cv. (Zie grafiek blz. 42).

Dit levert in ons geval:

gasstroom = 12400 CFM ) _~

Cp/Cv = 1,40

J

~ M = 0,395.

De eindtemp. van het gas wordt nu:

( P2) 0,395 0,3.95

T2

=

Tl

P

=

2aa

x 4

=

1

Totale "head" : _H=PIVlf PI

=

1 atm.

~

104

k~2

VI = 0:)83 m3 _kg

(:~)

M - 1

₄

_0,,395

-i

_{1,729 - 1}

~

=

--,

₌

₌

_1,85 M _{0,395 0,395} H

=

_{1,85 x 104 x 0,83}

₌

_{15355 m.}

0

o

-46-Bij een "head" van 3000 m per trap zou dus een compressor met 6 trappen nodig zijn.

De werkelijke H per trap is dan:

15355

=

2559 m

=

2559 ~t

=

8370 ~t.

--0- 0,305

De snelheid van de compressor wordt berekend uit de reeds genoemde formule: ',2 H =/~: waarin

H

= 8370 ft

g

=

32,2 ft/sec 2

f,=

0,550 .... Vl.

=

omtreksnelheid in ft/sec.

Met de door ons benodigde hoeveelheid lucht stemt het best overeen een Clark:multi-stage standard compressor no.3

met 6 trappen (dus één extra aangebouwde trap.) De schoepen-raderen· hiervan hebben een diameter van 24 ,inches.

Omtre~: 3,14 x 24 x 0,0254 m = 1,914 m.

Het toerental is dus:

i~§it

x 60

= 6690

t/min. PK ~_Q.;;r...::;x;:...;;H~~ = 1 75 x

1

x 0,99 75 x

,

RESUME: ~ x 15·355

"0";83

1,4Q~] 1,40 0,395 1 x -_{0,99 .} = 2020 PK.

Per convertor plaatsen we een Clark-compressor no.3 met

o

o

x.

LITERATUUR

1) J. Newton en C.L. Wilson

2) R.E. Kirk en D.F. Othmer

3) F. Ullmann, 4) J.H. Perry 5) L.V. Bender 6) L-.k. Callaway and -E.N. Koepel 7) Laist Frederick 8) W.B. Boggs, 9) P.D.I. Honeyman 10) vl.B. Boggs Metallurgy of Copper (1942). Encyclopedia of Chemical Technology, 4, 391-431.

Enzyklopädie der Technischen Chemie, 7, 104-227, (1931).

Chemical Engeneers Han~book (1950).

Development of Copper3melting at

Anaconda.-Eng. and Min. Jour. 128, no.8, 301, (1929).

Metallurgical Plant of Andes Copper Mining Co •.

Am. Inst.Min. & Mst. Eng. Trans. , 106, 683, (1933.

History of Reverberatory'~lting

in IVfontana, 1879 to 1933.

Am. Inst.Min. & Met. Eng.Trans. 106, 23, (1933) .

Copper Metallurgy,

Eng. and Min. Jour.

-141, no.2,

àj,

(1940).

Reverberatory Smelting of Raw Concentrates at the International Smelter, Miami,Arizona,

Am.lnst.Min.& Mst. Eng. Trans., 106, 88, (1933).

Gopper Metallurgy Reveals Improvement s ,

Eng.& Min.- Jour. 139, No.~,

o

o

11) R.B. Jackman and G.R. Ha ywa rd 12) J.S. Stewart. 13) E.S. BardweIl.

, 14) E.A. Barnard and George Tryron 15) G1ark 16) Link-Belt Gr{ZW{Dr.-4- 1- 954.

-48-

---Forms of Gopper found in Reverberatory slags.

Am.lnst.Min.& ~et. Eng. Trans. 106, 111, (1933).

An Inquiry into Convertor Capacity.

Eng. and Min. Jour.

1l1,

No.5, 224, (1936). Gopper Refinery Waste-Heat

Boilers at Great Fa11s.

Am.lnst .Min, & ~let .Eng. Trans. 106, 225, (1933). Wate-Heat-Boi1er Practice at Anaconda', ' Am.lnst.Min.& MEt~Eng.Trans. 106, 230, (1933). Mu1ti-stage Centrifuga1 Compressors. Bu1k-F10.

,I .'hMTauNwaR BUNKER ---~-­

+---

---Roes T·CVE.~: ~~---,---

---~._"""--..

'

BEREIDING VAN. KOPER UIT ____ --: _ ",

CfIALC OPYRIE T· ~

---_ ...

T,lF.GH PPIlIG A_ZWEM5~RA •.

---'~ ",' {

I

'

I /'~'---'-' - -(~ ... } .:::.-" BUNKER Roes T'ÓyEt-l

-~ . .

-./ , , '" .... , tUI'"' ... LV . . . " . . . yaM v C:ccrsnede A A \, \ '. " f.41'AJ\Û

,.

~l't $ILICASTEItN --:-- -.. - '--.------ - - - -. -; " .... ODE·DVE'I ~, ' REVERBEE RaVE N " . ··L .... " ' , 1 1 '. , ' '. " " GlEi 'MACHINE '" " '" , ' , _ t '" '-

'.

'. ~ .. ' .. ,i: .Y ,', ;., ..

.

..

WARMTE RE'GENf:AATIB

.

' . ' ~ 1-.~ .' ' . . . It. ~ :

.

. ,'. " _', ... : . .

.

' .... \ ' ... .,. -,~ .. ' .... :~;, :,..; " , ~~ ... .. ' .. ; . " . I , . , ' f;' ',' " .. ,,'. " ' \ . ,'."

,-" " .. ~ . \ .' ,,~ '.',"" ""

..

8~REIDING'.VAN ;KOPE~.:!IT ' : ,. • ~. C H ;'.L C 0 r Y R I E ,.. I ' ,', ..