Агломерирующий обжиг свинцового концентрата

Агломерирующий обжиг свинцового концентрата

Содержание

Введение

. Общая часть

. Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов

.1 Поведение компонентов

3. Шихта агломерации и ее подготовка

. Процесс спекания

5. Агломерационные спекательные машины

. Расчет рационального состава свинцового агломерата

Введение

Цветные металлы относятся к числу важнейших материалов, потребление которых прямо или косвенно связано с существованием и развитием всех без исключения отраслей хозяйства в любом государстве и, особенно в промышленно развитых странах. Трудно найти область хозяйственной деятельности, где было бы возможно обойтись без цветных металлов и изделий из них.

Цветная металлургия постоянно развивается и совершенствуется. Основными направлениями дальнейшего развития цветной металлургии являются повышение комплексности использования перерабатываемого сырья и извлечение из него всех ценных компонентов, увеличение степени вовлечения в металлургическую переработку вторичного (лома и отходов) и трудно перерабатываемого рудного сырья, расширение ассортимента и резкое повышение качества выпускаемой продукции, расширение использования новых прогрессивных энергосберегающих процессов. Особое внимание при этом должно быть уделено ускоренному внедрению в промышленное производство автогенных методов плавки, современных гидрометаллургических процессов и осуществлению всех мероприятий, направленных на действенное улучшение экологической обстановки на предприятиях цветной металлургии.

Потребность в металлах из года в год растет. Развитие техники, науки и культуры немыслимо без машин, механизмов, приборов и множества других изделий из металлов. Увеличению выпуска многих металлов в современных условиях способствует также бурное развитие атомной энергетики, космической техники и скоростной авиации, радиоэлектроники и компьютерной техники.

Бурный рост в последние годы производства и потребления различных синтетических материалов, во многих случаях заменяющих металлы, способствует лишь более рациональному использованию металлических материалов с учетом их специфических физико-механических, электрических, химических и других свойств.

Распространенность металлов в земной коре различна - от нескольких процентов до миллионных долей. Техническое значение металлов определяется, однако, не только распространением в природе, но и производственными возможностями их получения. Последнее наряду с потребностью и определяет масштабы производства отдельных металлов.

Целью данной курсовой работы является изучение агломерирующего обжига свинцового концентрата. Изучение и составление материальных балансов процесса обжига.

1. Общая часть

Агломерация - это процесс окускования мелких руд, концентратов и колошниковой пыли спеканием в результате сжигания топлива в слое спекаемого материала. Для производства агломерата предназначены ленточные агломерационные машины со спеканием слоя шихты на движущейся колосниковой решетке при просасывании воздуха через шихту. Продукт спекания (агломерации) - агломерат - представляет собой кусковой, пористый продукт черного цвета; упрощенно можно характеризовать его как спеченную руду или спеченный рудный концентрат.

При агломерации удаляются некоторые вредные примеси, разлагаются карбонаты и получается кусковой пористый, к тому же офлюсованный материал. По существу - это металлургическая подготовка.

. Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов

Агломерацию используют для подготовки сульфидных и окисленных материалов к металлургическим процессам, требующим кусковых шихт, например плавке в шахтных печах. Агломерацию сульфидных материалов проводят с частичной (медные и медно-никелевые концентраты) и максимальной (свинцовые и цинковые концентраты) десульфуризацией.

Необходимость удаления серы из свинцовых концентратов и окисления сульфидов металлов до оксидов вызвана тем, что оксид свинца - наиболее легко восстановимое в процессе последующей плавки соединение свинца. Неполное удаление серы из шихты, поступающей на плавку, приводит к потерям свинца с сульфидной фазой и снижению извлечения его в черновой металл. Удаление серы осуществляют путем нагревания концентрата в окислительной атмосфере до температуры 1000-1100^оС. При этом протекают следующие реакции:

+ 1,5О₂ = PbО + SО₂ (1.1)+ 2О₂ = PbSО₄ (1.2)

Сульфат свинца в агломерате нежелателен, так как в процессе дальнейшей восстановительной плавки он будет переходить в штейн по реакции:

₄+ 2CО = PbS + 2CО₂ (1.3)

При температуре свыше 700^оС образовавшийся сульфат свинца диссоциирует:

₄ = PbО + SО₃ (1.4)

При температуре выше 650^оС образуются сложные соединения свинца:

PbО + SiO₂ = PbO·SiO₂ (1.5)О + Fe₂O₃ = PbO·Fe₂O₃ (1.6)

PbО + CaO = PbO·CaO (1.7)

Образование этих соединений свинца желательно, так как силикаты и ферриты свинца более легкоплавки и при обжиге образуют некоторое количество жидкой фазы, что способствует спеканию шихты и получению крупнокускового материала.

Поэтому в шихту добавляют флюсы, которые механически разъединяют зерна сульфидных минералов, способствуя их индивидуальному обжигу, а также улучшают отвод выделяющегося избытка тепла при окислении сульфидов - играют роль терморегуляторов. В качестве флюсов в шихту добавляют известняк, кварц, железную руду, оборотные шлаки. Количество расплавленных компонентов не должно превышать 20-25 %, чтобы не снизить газопроницаемость шихты и не допустить преждевременного оплавления шихты до завершения реакций окисления.

При длительном пребывании материала в агломерационной машине возможно протекания реакции твердофазного взаимодействия сульфида и оксида свинца:

+ 2PbО = 3Pb_ж + SО₂ (1.8)

Эта реакция идет в незначительной степени и нежелательна, так как образующийся при этом металлический свинец имеет низкую температуру плавления (327,4^оС) и при температуре процесса будет заплавлять паллеты спекательной машины, что приводит к их быстрому износу. Чтобы исключить это, необходимо обеспечить максимально возможную скорость окисления сульфидов свинца.

Примерное распределение свинца в агломерате по формам его нахождения, % от общего содержания свинца: силикатного - 55-60; ферритного -10-15; сульфидного - 15-20; оксидного - 8-10; металлического - 3-5; сульфатного - менее 1.

Чем выше содержание свинца в шихте обжига, тем меньшая его часть будет связана в силикаты и ферриты и тем большая его останется в агломерате в виде оксида или металла. При этом возрастают потери свинца в газовую фазу, так как при температуре 1100^оС упругость паров Pb, PbО и PbS составляет, соответственно, 1,0; 1,9 и 12 кПа. Поэтому на практике свинцового производства избегают агломерировать шихту с содержание свинца более 50%.

Чтобы обеспечить нагрев компонентов и поддержания оптимальной температуры в зоне обжига, без добавки топлива, содержание серы в шихте должно быть 6-8 %. Более высокое содержание серы нежелательно. Во-первых, это приведет к большому тепловыделению в зоне обжига слоя шихты, в результате чего температура превысит оптимальную и произойдет преждевременное оплавление компонентов шихты, что затруднит их дальнейшее окисление. Во-вторых, при степени десульфуризации (степени выгорания серы) при агломерирующем обжиге, не превышающей 85 %, остаточное содержание серы в готовом агломерате составит более 2 % и потребуется повторная агломерация. Введение расчетного количества флюсов не обеспечивает необходимого содержания серы и свинца в шихте. Для корректировки состава шихты по свинцу и сере, а также для придания ей хорошей газопроницаемости в шихту добавляют оборотный агломерат в количестве 100-300 % от массы сырой шихты.

Готовая к обжигу шихта должна содержать, %: 6-8 S, 45-50 Pb, 10-20 CaO, 25-35 FeO, 20-25 SiO₂. Перед обжигом шихту увлажняют (6-10 %). Это повышает пористость и газопроницаемость шихты, так как испарившаяся вода оставляет поры и каналы, по которым легче и равномернее проникает просасываемый воздух. Кроме того, испаряясь, вода отводит часть избыточного тепла и является терморегулятором шихты. Получаемый при обжиге агломерат должен обладать следующими качествами:

высокой прочностью;

хорошей пористостью (суммарный объем пор - 65-75 %);

однородностью по химическому и гранулометрическому составу;

содержание серы - 1,5-2,5 %, свинца - 45-55 %;

иметь температурный интервал размягчения - 950-1000^оС

Производят процесс агломерирующего обжига на агломерационных спекательных машинах, отличительной особенностью которых является интенсивное просасывание (или продувка) воздуха в процессе обжига через слой шихты. Это позволяет легко совместить в одном металлургическом агрегате и окислительный обжиг свинцового концентрата, и спекание обожженного материала. Такое оборудование получило повсеместное распространение на свинцовых заводах.

2.1 Поведение компонентов

агломерирующий обжиг свинцовый концентрат

Извлечение свинца в Ме - 90-92% переходит в черновой свинец. Цинк на 80 % переходит в шлак. Медь, если ее >2% она на 80% переходит в штейн, если же < 2%, то на 85% переходит в черновой свинец. Золото и серебро на 99% переходят в черновой металл.

Шлак, получаемый при плавке, содержит 30% SiO₂, около 25% CaO и до 20% ZnO.

Черновой свинец содержит 90-98% свинца и 2-10 % суммы примесей.

Штейн, состоит из сульфидов Cu2S, FeS, PbS и ZnS. Содержание серы в нем около 25%.

Шпейза - это сплав арсенидов и антимонидов свинца. Содержит 60-70% свинца.

3. Шихта агломерации и ее подготовка

Основные составляющие агломерационной шихты - железосодержащие материалы (рудный концентрат, руда, колошниковая пыль); возврат (отсеянная мелочь ранее произведенного агломерата); топливо (коксовая мелочь); влага, вводимая для окомкования шихты; известняк, вводимый для получения офлюсованного агломерата.

Кроме того, в шихту зачастую вводят известь (до 25-80 кг/т агломерата), что улучшает комкуемость шихты, повышая ее газопроницаемость, прочность агломерата; марганцевую руду (до 45 кг/т агломерата) для повышения содержания марганца в чугуне и отходы (прокатную окалину, шламы и другие материалы, вносящие оксиды железа).

Подготовку шихты, как и спекание, ведут на агломерационных фабриках. Подготовка шихты должна обеспечить усреднение, необходимую крупность, дозирование компонентов шихты, смешивание и окомкование ее. Составляющие шихты из бункеров, где они хранятся, выдают с помощью весовых и объемных дозаторов. Дозирование должно обеспечить требуемый состав агломерата.

Для обеспечения равномерного распределения компонентов по всему объему шихты необходимо осуществлять хорошее смешивание шихты, что обычно проводят во вращающихся барабанах, сначала в смесительном, а затем в окомковательном, или совместив эти две операции в одном агрегате. При подаче в барабан воды, разбрызгиваемой над поверхностью шихты, происходит окомкование ее вследствие действия возникающих между частичками материала капиллярных сил.

Окомкованная шихта характеризуется более высокой газопроницаемостью. Большое влияние на комкуемость, а, следовательно, и газопроницаемость, оказывает содержание влаги в шихте. Газопроницаемость шихты возрастает по мере увеличения влажности до 6-9 %, а при превышении этой величины шихта превращается в полужидкую массу, газопроницаемость которой низка. После окомкования шихту транспортируют к спекательной машине.

Требования к шихте, поступающей на обжиг:

.        Однородная по химическому и гранулометрическому составу;

.        Содержание серы в исходной шихте 6-8%;

.        Влажность 6-10%;

.        Содержание свинца не более 50%;

.        Содержание расплавленного компонента в шихте 20-25%.

Требования к полученному агломерату:

.        Содержание серы 1,5-2%;

.        Температурный интервал размягчения 950^оС;

.        Прочный, газопроницаемый и пористый (общий объем пор 65-75%).

. Процесс спекания

На колосниковую решетку конвейерной ленты загружают так называемую "постель" высотой 30-35 мм, состоящую из возврата крупностью 10-25 мм. Затем загружают шихту (250-350 мм). Под колосниковой решеткой создают разрежение около 7-10 кПа, в результате чего с поверхности в слои засасывается наружный воздух.

Чтобы процесс начался, специальным зажигательным устройством нагревают верхний слой шихты до 1200-1300 °С, и топливо воспламеняется. Горение поддерживается в результате просасывания атмосферного воздуха. Зона горения высокой около 20 мм постепенно продвигается сверху вниз (до колосников) со скоростью 20-30 мм/мин.

В зоне горения температура достигает 1400-1500 °С. При таких температурах известняк СаСО₃разлагается на СаО и СО₂, а часть оксидов железа шихты восстанавливается до FeO. Образующиеся СаО и FeO, а также оксиды шихты SiO₂, Fe₃O₄, Fe₂О₃, А1₂О₃ и др. вступают в химическое взаимодействие с образованием легкоплавких соединений, которые расплавляются. Образующаяся жидкая фаза пропитывает твердые частицы и химически взаимодействует с ними. Когда зона горения опустится ниже мест образования жидкой фазы, просасываемый сверху воздух охлаждает массу, пропитанную жидкой фазой, и последняя затвердевает, в результате чего образуется твердый пористый продукт - агломерат. Поры возникают в результате испарения влаги и просасывания воздуха. Продвижение через слой шихты сверху вниз зоны, в которой происходит горение топлива и формирование агломерата (т.е. спекаемого слоя), длится 8-12 мин и заканчивается при достижении постели.

5. Агломерационные спекательные машины

В свинцовом производстве используют агломерационные спекательные машины двух типов: с прососом воздуха через слой шихты сверху вниз и продувом шихты воздухом снизу вверх. Обжиг и спекание шихты происходит на спекательных тележках (паллетах). Паллета представляет собой стальной или чугунный короб с днищем из чугунных колосников. Каждая паллета опирается на четыре ходовых ролика, которые в верхней части катятся по горизонтальному рельсовому пути, в нижней - по направляющим, наклоненным под углом 3-5° к горизонту. Подъем и перемещение паллет производится с помощью приводных звездочек. Нижние края паллет плотно прижаты к бортам стальных вакуумных камер, соединенных с эксгаустером. Разрежение в камерах составляет 1,5-8 кПа. Шихта агломерации поступает в бункер над аглолентой, с помощью маятникового питателя ее загружают на движущиеся паллеты. Зажигание шихты осуществляется под горном при прососе воздуха. Окончание спекания совпадает с прохождением паллетой последних вакуум-камер, над которыми просасываемый воздух охлаждает спек. На закругленной направляющей разгрузочного участка тележка переворачивается, ударяется о предыдущую и от общего массива агломерата отрывается кусок, равный длине паллеты. Выпавший спек попадает на колосниковый грохот, затем поступает в дробилку и вновь на грохот. Верхний продукт грохота крупностью +20-100 мм является готовым агломератом и идет в плавку. Нижний продукт грохота измельчают и вводят в шихту как оборотный агломерат.

Удельная производительность агломерационных машин изменяется от 8-10 т/(м2сут) (для свинцовых концентратов) до 20-25 т/(м2сут) (для медного и никелевого сырья). Расход топлива на зажигание шихты составляет 1,5-2,0 %.

Существенный недостаток агломерационных машин с прососом для спекания сульфидного сырья - сильное разубоживание обжиговых газов воздухом. Вследствие этого среднее содержание SО₂ в отходящих газах не превышает 1,5-3,0 %. Особенно разубоживаются обжиговые газы в хвостовых вакуумных камерах.

Для предотвращения разбавления богатые серосодержащие газы отбирают из головных камер и направляют на производство серной кислоты, а бедный газ из хвостовых камер либо используют как оборотный, либо выбрасывают. Кроме того, недостатком агломерации с прососом воздуха является получение рыхлого, недостаточно прочного агломерата и приваривание спека к колосникам паллет.

Эти недостатки в значительной степени устраняются при использовании агломерационных машин с подачей дутья снизу вверх. Вся рабочая часть такой агломашины оборудована укрытием (колпаком) для сбора серосодержащих газов. Пространство в колпаке условно разделено на две зоны - богатого и бедного (в хвостовой части) газа, которые отсасываются раздельно двумя вентиляторами. Богатые газы, содержащие 5-7 % SO₂, направляют на производство серной кислоты, бедные - 2-2,5 % SO₂ или, отправляют в оборот в первые дутьевые камеры (рециркуляция), или после пылеочистки выбрасывают.

Дутьевые агломашины имеют три бункера: для постели, зажигательного слоя и основной шихты. Зажигательный горн расположен между питателями зажигательного слоя и основной шихты, под ним находится одна вакуумная камера. На зажженный слой загружают основную массу шихты, при этом меняется направление дутья, нижний горящий слой поджигает шихту, и ее горение перемещается снизу вверх.

Агломерационные машины с дутьем имеют в 1,5-2 раза большую удельную производительность (13-18 т/(м2сут)), устраняют припекание шихты к колосникам, позволяют повысить степень использования серы из газов, обжигать шихту с более высоким содержанием свинца.

В отечественной цветной металлургии наибольшее распространение получили агломерационные конвейерные машины марок АКМ-50 и АКМ-75.

Техническая характеристика этих машин приведена ниже:

Таблица 1

Агломерационная машина (см. рис.1) имеет в качестве основного элемента замкнутую ленту (конвейер) из отдельных спекательных тележек-паллет. Тележка - это опирающаяся на четыре ролика колосниковая решетка с продольными бортами; тележки движутся по направляющим рельсам под воздействием пары приводных звездочек. На горизонтальном участке ленты тележки плотно примыкая друг к другу, образуют движущийся желоб с дном в виде колосниковой решетки.

Под тележками рабочей ветви ленты расположено 13-26 вакуум-камер, в которых с помощью эксгаустера создают разрежение 10-13 кПа. Ширина ленты составляет 2-4 м, число тележек в ленте от 70 до 130, скорость ее движения 1,4-7 м/мин; площадь спекания действующих машин равна 50-312 м².

1 - бункер для шихты; 2 - питатель; 3 - ведущие звездочки;

- холостая ветвь; 5 - зажигательный горн; 6 - вакуум-камеры

6. Расчет рационального состава свинцового агломерата

Таблица 2

Расчет оптимального состава шихты агломерирующего обжига свинцовых концентратов

Свинцовый концентрат, %: 48 Pb; 5,5 Zn; 1,5 Cu; 6,2 Fe; 15,3 S; 1 CaO; 4 SiO2; 2,5 Al2O3; 15,7 прочие.

Кварцевая руда, %: 90 SiO2; 5 CaO; 5 прочие.

Железная руда, %: 133 FeO; 5 SiO2; 5 CaO; 5 прочие.

Известняк, %: 50 СаО; 10,0 SiO2; 58 FeO; 30 прочие.

Рассчитываем количество флюсов подаваемых в шихту агломерирующего обжига для получения при плавке шлака следующего состава, %:

23,6 SiO2; 39,6 FeO; 12,3 CaO; 20 ZnO; 1,6 Pb.

Извлечение цинка в шлак принимаем 90 %.

Тогда в шлак переходит цинка:

,5·0,90 = 4,95 кг, оксида цинка в шлаке - 4,95·81,4/65,4 = 6,16 кг.

Отсюда выход шлака составляет 6,16·100/20 = 30,8 кг. В этом количестве шлака содержится, кг:

Кремнезема: 30,8·0,236 = 7,2 кг;

оксида железа (II) : 30,8·0,396 = 12,19 кг;

оксида кальция: 30,8·0,123 = 3,7 кг.

В шлак перейдет полностью кварц и оксид кальция из концентрата.

Тогда с флюсами потребуется добавить следующее количество шлакообразующих оксидов, кг:

Кремнезема: 7,2 - 2,5 = 4,7 кг;

Оксида железа (II): 12,19 - 6,2  71,8 : 55,8 = 4,29 кг;

Оксида кальция: 3,7 - 1 = 2,7.

Обозначим через Х - количество кварцевой руды, через у - количество известняка, через z - количество железной руды.

Используя данные о составе флюсов составляем три уравнения:

Для кремнезема: 0,9х + 0,010у + 0.05z = 4,7

Для оксида железа (II): 0,58у + 0,133z = 4,29

Для оксида кальция: 0,05х + 0,5у +0,05z = 2,7

Δ = 0,0145 + 0,05985 + 0 - 0,0261 - 0,0000665 - 0 = 0,04818535

Δх =  = 0,145854

Δу =  = 0,10961

Δz =  = 0,63595

х =  = 3,027 кг

у =  = 2,274 кг

z =  = 13,198 кг

Таблица 3 Количество и состав шлакообразователей

Таблица 4 Состав шихты на 100 кг свинцового концентрата без учета расхода оборотного агломерата

Содержание серы в шихте без оборотного агломерата составит:

,3·100/118,499 = 12,91 %.

Для снижения содержание серы в шихте до оптимального ( 6-8 %) в шихту добавляют оборотный агломерат.

Рассчитываем окончательный состав шихты агломерирующего обжига.

Для этого необходимо найти содержание серы в готовом агломерате. Принимаем, что степень десульфуризации при плавке агломерата в шахтной печи составляет 25 %, поэтому с учетом серы, перешедшей в штейн при плавке, в агломерате можно оставить следующее количество серы, кг: 1,623·100/75 = 2,164. Выход агломерата от массы шихты обжига по производственным данным находится в пределах 88-93%. Принимаем в расчетах 92 %, тогда масса агломерата составит, кг: 118,499·0,92 = 109,02.

В этом агломерате должно содержаться серы, %: 2,164·100/109,02 = 1,984. Обозначим через х - количество оборотного агломерата в 100 кг шихты оптимального состава. Составим уравнение материального баланса обжига по сере:

(100 - х)·0,1598 + 0,0188х = 7,

где 0,1598 - содержание серы в шихте без оборотного агломерата, доли ед.; 0,0188 - содержание серы в агломерате; 7 - количество серы в 100 кг шихты оптимального состава, кг; х = 63,68, т.е. на каждые 36,32 свежей шихты требуется вводить 63,68 кг оборотного агломерата, что от первоначальной шихты составит:

,68·100 : 36,32= 175%

Выход агломерата от свежей шихты составит 36,32·0,92 = 33,41 кг, а с учетом оборотного агломерата составит 63,68 + 33,41 = 97,09 кг. В агломерате останется серы 97,09 · 0,0188 = 1,825 кг. Десульфуризация при обжиге составит (7-1,825) · 100 : 7 = 73,9%.

Данные о составе шихты сведем в табл.

Таблица 5 Оптимальный состав шихты агломерирующего обжига свинцового концентрата

В шихту оптимального состава добавляют 7-9% воды. Вода повышает газопроницаемость шихты и выполняет роль терморегулятора в процессе агломерирующего обжига.

Расчет процесса агломерирующего обжига свинцовых концентратов

Окислительно-агломерирующий обжиг проводят на ленточный спекательных машинах путем продувки воздуха через слой шихты. В результате взаимодействия сульфидов металлов с кислородом образуются оксиды металлов и сернистый ангидрид и выделяется большое количество тепла. Сернистый ангидрид переходит в газовую фазу. В зависимости от содержания диоксида серы в газовой фазе ее условно делят на богатую и бедную. При обжиге в газовую фазу также переходят мельчайшие частички шихты и летучие соединения металлов. Крупные куски агломерата направляют на восстановительную плавку, а мелкие куски - в оброт для приготовления шихты агломерирующего обжига.

Для выполнения расчета процесса обжига требуется сделать следующее:

. Рассчитать расход воздуха на горение топлива, применяемого для зажигания шихты;

. Вычислить расход воздуха для окисления сульфидов металлов шихты;

. Определить количество богатых и бедных отходящих газов;

. Составить материальный баланс процесса обжига.

Состав шихты, поступающей на агломерирующий обжиг, принят такой:

Свинцовый концентрат - 30,64%;

Кварцевая руда - 0,92%;

Железная руда - 4,04%;

Известняк - 0,69%;

Оборотный агломерат - 63,68%.

Зная массы компонентов шихты и их химические составы, можно рассчитать химический состав «сырой» шихты.

Свинцовый концентрат:

Pb: 30,64·0,48 = 14,70: 30,64·0,055 = 1,68: 30,64·0,015 = 0,45: 30,64·0,062 = 1,89: 30,64· 0,153 = 4,68: 30,64 · 0,01 = 0,30 30,64 · 0,04 = 1,22

: 30,64 ·0,025 = 0,76

Прочие: 30,64· 0,157 = 4,81

Кварцевая руда:

Si: 0,92·0,9 = 0,828

CaO: 0,92·0,05 = 0,046

Прочие: 0,92·0,05 = 0,046

Железная руда:

Si: 4,04·0,05 = 0,202

CaO: 4,04·0,05 = 0,202

FeO:4,04·0,133 = 1,537

Прочие: 4,04·0,05 = 0,202

Известняк:

Si: 0,69·0,5 = 0,345

CaO: 0,69·0,1 = 0,069

FeO: 0,69·0,58 = 0,400

Прочие: 0,69·0,30 = 0,207

Таблица 6

Для расчета состава свинцового агломерата, получаемого при обжиге оптимального состава, необходимо сначала определить состав Pb-агломерата, образующегося из «свежей» шихты. Расчет рационального состава агломерата. Получаемого при обжиге «свежей» шихты

В состав «свежей» шихты входят свинцовый сульфидный концентрат, кварцевая и железная руда, известняк и оборотный шлак восстановительной плавки. Для расчета рационального состава агломерата, получаемого окислительного обжига «свежей» шихты, необходимо знать степень десульфуризации и формы нахождения металлов в агломерате.

Расчет выполняем на «свежую2 шихту в следующем количестве:

,495 + 0,92 + 2,143 + 1,01 = 34,56 кг.

В этом количестве шихты содержится серы кг, 34,56 · 0,153 = 5,287.

Где 0,153 - содержание серы в свинцовом концентрате, доли ед. Степень десульфуризации при агломерирующем обжиге составит 72,55%. При указанной десульфуризации в агломерат перейдет серы 5,287·(1 - 0,7255) = 1,451 кг.

На основании состава заводских агломератов принимаем, что 80% серы образуют сульфиды металлов, а 20% - сульфаты.

Количество серы сульфидной составит 1,329·0,8 = 1,063 кг, серы сульфатной:

,329·0,2 = 0,265 кг.

Так как ZnS в концентрате является наиболее трудно обжигающим сульфидом, то полагаем, что 75% сульфидной серы (0,996 кг) связано с цинком, 15% серы (0,199 кг) - со свинцом и 10% (0,116 кг) - с медью. Сульфатная сера связана с кальцием и со свинцом поровну.

Железо в агломерате находится в виде оксида и в магнетите в соотношении 1:1. Остальные металлы находятся в агломерате в виде оксидов. Карбонаты при обжиге продиссоциируют полностью и углекислый газ перейдет в газовую фазу.

Определяем количество сульфида цинка в агломерате, кг:

,996 · 97,4 : 32 = 3,031.

В этом соединении находится цинка 3,031 - 0,996 = 2,035 кг.

Количество цинка, которое находится в виде оксида, определяем по разности между исходным в «сырой» шихте и сульфидным цинком, кг:

,68 - 0,996 = 0,684.

Рассчитываем количество оксида цинка, кг:

,684 · 81,4 : 35,4 = 1,572.

С этим количеством оксида цинка связано кислорода 1,395 - 1,121 = 0,274 кг. Определяем количество PbS в агломерате, кг:

,199 · 239,2 : 32 = 1,487.

В этом соединении находится свинца 1,487 - 0,199 = 1,288 кг.

По известному значению сульфатной серы (0,291 кг) рассчитываем количество сульфата свинца, кг:

 · 303,2 = 1,379.

С этим количеством связано свинца 1,379 · 207,2 : 303,2 = 0,942 кг, в сульфате свинца содержится кислорода 1,379 - 0,942 - (0,291 : 2) = 0,291 кг.

По разности между исходным количеством свинца в «сырой» шихте и находящемся в сульфиде и сульфате определяем массу свинца в оксиде, кг:

,70 - 1,126 - 0,942 = 12,632.

Масса оксида свинца в агломерате составляет 12,632 · 223,2 : 207,2 = 13,607 кг. В этом соединении содержится кислорода 13,607 - 12,632 = 0,975 кг.

Рассчитываем количество халькозина (Cu₂S) в агломерате, кг: 0,116 · 159 : 32 = 0,576. Меди в этом соединении находится 0,576 - 0,116 = 0,46 кг.

Остальная медь в агломерате находится в оксиде (Cu₂O) в количестве 0,46 - 0,46 = 0 кг.

По содержанию сульфатной серы CaSO₄ (0,5 общей сульфатной серы) определяем количество сульфата кальция, кг: 0,291/2 · 32 ·136 = 0,618. В этом количестве CaSO₄ содержится оксида кальция 0,618 · 56 : 136 = 0,254 кг, кислорода 0,618 · 3· 16 : 136 = 0,218 кг.

Определяем массу оксида кальция, который находится в агломерате в свободном состоянии, кг: 0,617 - 0,254 = 0,357.

Рассчитываем количество Fe₂O₃ в агломерате, кг:

,89:2/2·55,8 · 159,6 = 1,351.

В этом соединении содержится кислорода 1,351 - (1,89 :2) = 0,406.

Определяем количество магнетита (Fe₃O₄) в агломерате, кг:

,89:2/ 3 · 55,8 : 231,4 = 0,683.

С магнетитом связано кислорода 0,683 - 0,612 = 0,071.

Кремнезем в количестве 3,5 кг и оксид алюминия в количестве 0,855 кг перейдут в агломерат без изменений. Прочие компоненты перейдут из шихты в агломерат в количестве 1,6946 кг.

Результаты расчета, получающегося при агломерирующем обжиге свинцового агломерата, сводим в таблицу 7.

Таблица 7 Состав свинцового агломерата, получающегося при обжиге «свежей» шихты.

С учетом этого определяем ожидаемый состав свинцового агломерата, который может быть получен при обжиге 36,32 кг «свежей» шихты и 63,68 кг оборотного агломерата.

Содержание свинца в агломерате составит, %,

,01 + 0,02376 · 50,01 =

Содержание цинка в агломерате равно, %,

,51 + 0,2376 · 6,51 =

Количество железа в агломерате равно, %,

,32 + 0,02376 · 7,32 =

Количество кислорода составит, %,

,66 + 0,02376 · 8,66 =

Количество оксида кальция равно, %,

,39 + 0,02376 · 2,39 =

Содержание кварца составит, %,

,05 + 0,02376 · 10,05 =

Количество глинозема равно, %,

,94 + 0,02376 · 2,94 =

Таблица 8

Расчет рационального состава свинцового агломерата, получающегося при обжиге шихты оптимального состава

Используя данные о количестве элементов в составах «сырой» шихты и свинцового агломерата и зная его массу рассчитываем окончательный состав шихты агломерирующего обжига. Например, количество свинца в шихте составит 14,70 + 63,68 · 0,500 = 46,54 кг; количество цинка в шихте равно 1,68 + 63,68 · 0,0666 = 5,921 кг; количество железа 1,89 + 63,68 · 0,0732 = 6,55 кг; количество серы 1,451 + 63,68 · 0,0562 = 5,029 кг; количество кислорода 2,235 + 63,68 · 0,0866 = 7,749 кг; количество оксида кальция 0,617 + 63,68 · 0,0239 = 2,115 кг; количество кварца 2,595 + 63,68 · 0,1005 = 8,99 кг; количество глинозема 0,76 + 63,68 · 0,0294 = 1,872 кг; прочие 1,6946 + 63,68 · 0,0656 = 5,872 кг.

Таблица 9 Состав шихты агломерирующего обжига с учетом оборотного агломерата.

Количество серы в агломерате составит 7· (1 - 0,7526) = 1,732 кг; из них серы сульфидной будет 1,723 · 0,8 = 1,386, серы сульфатной - 1,732 ·0,2 = 0,346 кг. Определяем количество серы в сульфиде цинка, кг: 1,386 · 0,75 = 1,039; количество серы в сульфиде свинца будет равно 1,386 · 0,15 = 0,208; количество серы в халькозине (Cu₂S) - 1,386 · 0,10 = 0,139.

Серы в сульфате свинца и сульфате кальция содержится по 0,346 :2 = 0,173 кг. Количество сульфида цинка составляет 1,039 · 97,4 : 32 = 3,162 кг, в этом количестве содержится цинка 3,162 - 1,039 = 2,123 кг.

Массу цинка, которая находится в виде оксида, определяем по разности между исходным в шихте и «сульфидным» цинком, кг: 8,282 - 2,123 = 6,159.

Количество оксида цинка составляет 6,159 · 81,4 : 65,4 = 7,666 кг, в нем содержится кислорода 7,666 - 6,159 = 1,507 кг.

Рассчитываем массу халькозина в агломерате, кг: 0,139 · 159 : 32 0,686.

Определяем количество сульфида свинца, кг: 0,208 · 239,2 : 32 = 1,555, масса свинца в этом соединении равна 1,555 - 0,208 = 1,347.

Остальной свинец в агломерате находится в оксидной форме (PbO) в количестве 36,657 - 1,347 - 1,121 = 34,189 кг, масса оксида свинца составляет 34,189 · 223,2 : 207,2 = 36,829 кг, кислорода в оксиде свинца содержится 36,829 - 34,189 = 2,64 кг. Определяем массу сульфата кальция в агломерате, кг: 0,173 · 136 : 32 = 0,736. Количество оксида кальция в этом соединении равно 0,736 · 56 : 136 = 0,303 кг, кислорода в сульфате кальция находится 0,736 · 48 : 136 = 0,6 кг. Масса оксида кальция, который находится в агломерате в свободном состоянии, составляет 5,211 - 0,303 = 4,908 кг. Рассчитываем количество Fe₂O₃ в агломерате, кг:

,907 :2/2 · 55,8 · 159,6 = 10,66.

В этом оксиде содержится кислорода 10,66 - (14,907 : 2) = 2,85 кг.

Остальные компоненты за исключением диоксида углерода (CO₂) перейдут в агломерат из шихты без изменений.

Результаты расчета состава, получающегося при агломерирующем обжиге свинцового агломерата, сводим в таблицу.

Таблица 10 Состав свинцового агломерата, получающегося при обжиге шихты оптимального состава

Как видим, расхождение между расчетным составом свинцового агломерата и предварительным не существенное, поэтому исправлений можно не вносить.