Агломерирующий обжиг свинцового концентрата

Размещено на http://allbest.ru/

Размещено на http://allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общая часть

2. Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов

2.1 Поведение компонентов

3. Шихта агломерации и ее подготовка

4. Процесс спекания

5. Агломерационные спекательные машины

6. 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.



2. 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:

PbS + 1,5О₂ = PbО + SО₂ (1.1)

PbS + 2О₂ = PbSО₄ (1.2)

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

PbSO₄+ 2CО = PbS + 2CО₂ (1.3)

При температуре свыше 700^оС образовавшийся сульфат свинца диссоциирует:

PbSO₄ = PbО + SО₃ (1.4)



При температуре выше 650^оС образуются сложные соединения свинца:

PbО + SiO₂ = PbO·SiO₂ (1.5)

PbО + 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:

PbS + 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:

1. Однородная по химическому и гранулометрическому составу;

2. Содержание серы в исходной шихте 6-8%;

3. Влажность 6-10%;

4. Содержание свинца не более 50%;

5. Содержание расплавленного компонента в шихте 20-25%.

Требования к полученному агломерату:

1. Содержание серы 1,5-2%;

2. Температурный интервал размягчения 950^оС;

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



4. 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

Размеры рабочей поверхности, м:	АКМ-50	АКМ-75
длина	25	30
ширина	2	2,5
Площадь спекания, м2	50	75
Количество вакуум-камер, шт.	13	15
Скорость движения паллет, м/мин	1,1-4,36	1,5-4,5
Вакуум в камерах разрежения, кПа	4-8	7-9
Максимальная высота слоя шихты, мм	300	300
Масса с электрооборудованием, т	295	457

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;

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



6. Расчет рационального состава свинцового агломерата

Таблица 2

	Pb	Fe	Zn	Cu	Sb	Si		CaO	S	O	Прочие	Всего
PbS	48								7,4			55,4
ZnS			5,5						2,6			8,1
CuFe		0,4		0,5					0,5			1,4
CuS				1					0,7			1,7
Fe		1,45							1,66			3,1
FeS		4,35							2,4			6,7
					0,3				0,11			0,4
CaO								1				1
Si						4						4
												2,5
прочие											15,7	15,7
всего	48	6,2	5,5	1,5	0,3	4	2,5	1	15,3		15,7	100

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:

5,5·0,90 = 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

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

Дх = = 0,145854

Ду = = 0,10961

Дz = = 0,63595

х = = 3,027 кг

у = = 2,274 кг

z = = 13,198 кг



Таблица 3 Количество и состав шлакообразователей

Флюсы	всего	Si		CaO
		%	кг	%	кг	%	Кг
Кварцевая руда		90	0.9x	-	-	5	0,05х
Известняк		10	0.1y	58	0.58y	50	0,5у
Железная руда		5	0.05z	133	0.133z	5	0,05z

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

Материал	Количество
	кг	%
Свинцовый концентрат	100	84,38
Кварцевая руда	3,027	2,55
Железная руда	13,198	11,13
Известняк	2,274	1,91
Итого:	118,499	100

Содержание серы в шихте без оборотного агломерата составит:

15,3·100/118,499 = 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:

63,68·100 : 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

Материал	Количество, кг
Свинцовый концентрат	36,32·0,8438=30,64
Кварцевая руда	36,32·0,0255=0,92
Железная руда	36,32·0,1113=4,04
Известняк	36,32·0,0191=0,69
Оборотный агломерат	63,68
итого	100

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:

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

2. Вычислить расход воздуха для окисления сульфидов металлов шихты;

3. Определить количество богатых и бедных отходящих газов;

4. 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

Zn: 30,64·0,055 = 1,68

Cu: 30,64·0,015 = 0,45

Fe: 30,64·0,062 = 1,89

S: 30,64· 0,153 = 4,68

CaO: 30,64 · 0,01 = 0,30

Si 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

	Pb	Zn	Cu	Fe	S	Si	CaO	FeO	Прочие	Всего
Pb-концентрат	14,70	1,68	0,45	1,89	4,68	1,22	0,30		4,81	30,495
Кварцевая руда						0,828	0,046		0,046	0,92
Железная руда						0,202	0,202	1,537	0,202	2,143
Известняк						0,345	0,069	0,400	0,207	1,01
итого	14,70	1,68	0,45	1,89	4,68	2,595	0,617	1,937	5,26	34,56

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:

30,495 + 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:

1,329·0,2 = 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:

0,996 · 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:

1,68 - 0,996 = 0,684.

Рассчитываем количество оксида цинка, кг:

0,684 · 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:

0,199 · 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:

14,70 - 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:

1,89:2/2·55,8 · 159,6 = 1,351.

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

Определяем количество магнетита (Fe₃O₄) в агломерате, кг:

1,89:2/ 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.

Соединения	Компоненты, кг
	Pb	Zn	Fe	S	O	CaO	SiO2	Al2O3	Прочие	Всего
PbS	0,942			0,545						1,487
PbSO4	0,942			0,146	0,291					1,379
PbO	12,632				0,975					13,607
ZnS		2,035								3,031
ZnO		0,684			0,274					1,572
CaSO4					0,218	0,254				0,618
CaO										0,357
Fe2O3			0,945		0,406					1,351
Fe3O4			0,612		0,071					0,683
SiO2							3,5
Al2O3								0,855
Прочие									1,6946	1,6946
Итого	14,70	1,68	1,89	1,451	2,235	0,617	2,595	0,76	1,6946	25,875
%	50,01	6,51	7,32	5,62	8,66	2,39	10,05	2,94	6,56	100

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, %,

50,01 + 0,02376 · 50,01 =

Содержание цинка в агломерате равно, %,

6,51 + 0,2376 · 6,51 =

Количество железа в агломерате равно, %,

7,32 + 0,02376 · 7,32 =

Количество кислорода составит, %,

8,66 + 0,02376 · 8,66 =

Количество оксида кальция равно, %,

2,39 + 0,02376 · 2,39 =

Содержание кварца составит, %,

10,05 + 0,02376 · 10,05 =

Количество глинозема равно, %,

2,94 + 0,02376 · 2,94 =

Таблица 8

Элемент	Pb	Zn	Fe	S	CaO	SiO2	Al2O3	O	Прочие	Всего
Количество, %	51,19	6,66	7,49	1,78	2,44	10,28	3,009	8,86	8,29	100

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.

материал	Содержание компонентов, кг
	Pb	Zn	Fe	S	CaO	CO2	SiO2	O	Прочие	Всего
«сырая» шихта	14,70	1,68	1,89	4,68	0,617	0,617	2,595	-	5,26	36,32
Оборотный агломерат	31,84	4,24	4,66	0,349	1,498	-	6,395	7,749	9,357	63,68
итого	36,657	5,921	6,55	5,029	2,115	0,617	8,99	7,749	14,617	100

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:

14,907 :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

Соединения	Компоненты, кг
	Pb	Zn	Fe	S	O	CaO	SiO2	Al2O3	Прочие	Всего
PbS	1,347			0,208						1,555
PbSO4	1,121			0,173	0,347					1,641
PbO	34,189				2,640					36,829
ZnS		2,123		1,039						3,162
ZnO		6,159			1,507					7,666
CaSO4				0,173	0,260	0,303				0,736
CaO						4,908				4,908
Fe2O3			7,454		3,206					10,660
Fe3O4			7,453		2,850					10,303
SiO2							9,986			9,986
Al2O3								2,441		2,441
Прочие									5,279	5,279
Итого	36,657	8,282	14,907	1,593	10,81	5,211	9,986	2,441	5,279	94,721
%	37,61	8,49	15,29			5,35	10,24	2,50	4,96	100

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

Размещено на Allbest.ru