Расчет материального баланса агломерационного обжига свинцовых концентратов

Содержание

Введение……………………………………………………………………….…..2

1. Агломерационный обжиг свинцовых концентратов
1. Основная схема агломерации………………………………………….3
2. Общая схема цепи аппаратов агломерационного цеха………………5
3. Конструкция агломашины……………………………………………...7
2. Шахтная восстановительная плавка свинцовых концентратов
1. Физико – химические основы получения свинца методом восстановительной плавки……………………………………………10
2. Конструкция шахтной печи…………………………………...……...12
3. Обслуживание шахтной печи………………………………………...16
4. Технологические показатели шахтной свинцовой плавки………....19
3. Расчет материального баланса агломерационного обжига свинцовых концентратов………………………………………………………………21

Список использованной литературы…………………………………………...31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

По объему производства и потребления свинец занимает четвертое место среди цветных металлов после алюминия. За 30 лет, начиная с 1950 года, производство этого металла в капиталистических и развивающихся странах удвоилось и составило в 1980 году 3,9 млн.т. Основными производителями и потребителями свинца являются США, ФРГ, Великобритания, Япония, Канада, Австралия.

Области применения свинца определяются особенностями его  физико – химических и механических свойств. Главный потребитель свинца – аккумуляторная промышленность. Устойчивость свинца к щелочным растворам  позволяет изготавливать пластины аккумуляторных батарей из листового  свинца. Решетки делают из свинцовосурьмяного сплава и заполняют смесью свинца и глета.

Значительная часть свинца идет на нужды электротехнической промышленности для изготовления кабелей и покрытий к ним. Также свинец применяется в химической, металлургической промышленности, строительстве, атомной энергетике, для приготовления различных сплавов – бронз, латуней и т.д.

Более 90% всего чернового свинца выплавляется в шахтных печах. Основное количество свинца из сульфидных концентратов получают по классической схеме агломерация - шахтная плавка.

Цель курсовой работы: рассмотреть  получение свинца методом шахтной  восстановительной плавки.

Задачи: рассмотреть физико – химические основы получения свинца методом восстановительной плавки, конструкцию и обслуживание шахтной печи, технологические показатели шахтной свинцовой плавки; выполнить расчет материального баланса агломерационного обжига свинцовых концентратов.

 

 

1. Агломерационный обжиг свинцовых концентратов.
1. Основная схема агломерации.

Основные задачи агломерирующего  обжига следующие: 1) наиболее полное удаление серы с переводом соединений свинца в легковосстановимую оксидную форму; 2) окускование исходного материала с тем, чтобы сделать его пригодным для последующей переработки в шахтной печи. Если концентрат содержит много меди (>3%), то эту медь в дальнейшем при шахтной плавке стремятся перевести в штейн. Полому при агломерации медистых шихт для обеспечения условий образования в дальнейшем при плавке штейна, в котором концентрируется медь, рекомендуется оставлять в агломерате до 2 % S. Для получения при шахтной плавке шлака с заранее заданными свойствами в шихту вводят флюсы.

При агломерации свинцовых  концентратов флюсы целесообразно  непосредственно вводить в шихту обжига. Этом достигается некоторая экономия кокса при шахтной плавке.

Агломерирующий обжиг  свинцовых концентратов осуществляют на ленточных агломерационных машинах, работающих с просасыванием воздуха  через слой шихты или с дутьем снизу. Конструкция агломашин мало чем отличается от конструкции машин, используемых в медной и никелевой  промышленности. Однако технология обжига свинцовых концентратов имеет ряд  особенностей, связанных с физико-химическими свойствами шихт свинцовой, медной и никелевой промышленности. Свинцовые концентраты но сравнению с медными содержат большее количество сульфидов и меньшее количество пустой породы и флюсов. Свинцовые шихты, окисляемые при агломерации, образуют довольно легкоплавкие продукты реакции. Следовательно, если бы шихта агломерации состояла только из перечисленных выше компонентов, то за один проход аглоленты не удалось бы выжечь всю имеющуюся серу. Попытки интенсификации процесса горения сульфидов неизбежно привели бы к большому выделению тепла, что при некомпенсированном его отводе вызвало бы полное расплавление легкоплавких продуктов обжига и заливке паллет. Поэтому при агломерации свинцовых концентратов для снижения концентрации серы в исходной шихте значительные количества агломерата (до 50-300 % от его выхода) направляются после охлаждения и дробления в оборот, несмотря на то, что по своим физическим свойствам этот продукт мог бы быть переработан шахтной плавкой. В результате такого разбавления содержание серы в исходной шихте снижается до 6-8%, что позволяет за один проход ленты получить агломерат с концентрацией серы 0,8-1,5%.

С учетом изложенного выше общая технологическая схема  обжига свинцовых концентратов представлена на рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Общая технологическая  схема агломерационного обжига свинцовых  концентратов.

 

Как видно из этой схемы, технологические газы проходят стадию пылеочистки, после чего часть их может быть направлена на производство серной кислоты, пройдя этап рециркуляции или минуя его. Возможность получения серной кислоты из относительно бедных по S0₂ агломерационных газов освоена пока не на всех заводах. Технологические особенности этого процесса будут рассмотрены ниже.

Грубая пыль после пылеулавливании  возвращается в оборот, тонкая пыль электрофильтров, как правило, направляется в кадмиевое производство.

 

2. Общая схема цепи аппаратов агломерационного цеха.

Технологические схемы  агломерационных, цехов (аглоцехов) свинцового производства разных заводов мало различаются. Различие касается главным образом использования разных схем шихтовки и смешения материалов, применения агломащин с прососом или с дутьем и схем пылегазоочистки. В ходе изложения на этих особенностях отдельных заводов обратим особое внимание.

На рисунке 2 приведена схема цепи аппаратов аглоцеха канадского завода "Тренл" фирмы "Коминко". Схема включает в себя узлы шихтовки, подсушки и окатывания, основной передел - агломерацию на ленточной агломашине с прососом, узел пылегазоочистки и участок оборотного агломерата. Эти переделы в том или ином технологически - аппаратурном оформлении обязательно входят в состав любых цехов агломерации свинцовых концентратов.

В состав шихты агломерации  свинцовых концентратов входят концентрат, оборотный агломерат, флюсы (кварц, известняк, железная руда, пи-ритный огарок и т.д.), иногда кокс или пылеуголь, цинковые кеки, содержащие до 15—20 % РЬ, и оборотные пыли,

Свинцовый концентрат с обогатительных фабрик на большинство свинцовых заводов доставляется в закрытых металлических контейнерах. Дешевые флюсы доставляются на завод чаще всего железнодорожным транспортом. Внутрицеховые оборотные материалы (пыли, кеки и др.) подаются в отделение подготовки шихты внутризаводским транспортом, как правило, автомашинами. Возможно использование пневмо- и гидротранспорта.

 

 

Для получения качественных результатов при агломерации  и последующей шахтной плавке желательно иметь сырье относительно постоянного состава. Свинцовые концентраты, поступающие на металлургические заводы, не имеют постоянного состава. Для того чтобы усреднить состав шихты, необходимо соблюдать два условия: хорошо перемешивать материалы и создавать некоторые запасы усредненной по составу шихты.

 

3. Конструкция агломашины

Схема агломашины, работающей с прососом воздуха, изображена на рисунке 3. Машина представляет собой бесконечную ленту, состоящую из примыкающих одна к другой тележек (паллет), движущихся по рельсам. Конструкция паллеты показана на рисунке 4. Вся конструкция опирается на раму. Верхняя часть рамы расположена горизонтально, нижняя - с наклоном от хвостовой части к головной.

 

1 - вибрационный питатель; 2 - зажигательный горн; 3 - агломерационная лента с паллетами; 4 - вода; 5 - воздушно-водяная камера; 6 – транспортер; 7 - бункер агломерата; 8 - дробилка; 9 - бункер для просыпи; 10 – эксгаустер

Рисунок 3. Схема агломерационной  машины, работающей с прососом воздуха (завод Трейл, Канада).

 

1 - набор колосников; 2 - рама- 3 - колосник; 4 - уплотнение; 5 - стенка камеры разрежения

Рисунок 4. Паллета агломерационной  машины.

 

В головной части машины установлены зубчатые колеса диаметром  до 6 м, диаметр зубчатых колес хвостовой  части 2,1 м. Зубья колес входят в  зазоры между роликами паллет. Колеса при вращении подталкивают тележки, за счет чего осуществляется движение всей ленты. В хвостовой части  машины тележки переходят на нижние направляющие, по которым скатываются к приводному колесу в головной части.

Тележки изготовляют из ковкого чугуна или стали. Дно  тележки представляет собой набор колосников, через которые продувают или просасывают воздух. Короткие стороны паллет ограничены стальными бортами, плотно примыкающими один к другому. Длина тележки (эффективная ширина аглоленты) составляет от 1 до 3,6 м. Для того чтобы уменьшить выбросы газа в цех и сократить разубоживание отходящих газов, паллеты снабжены уплотняющим устройством, которое представляет собой толстый резиновый лист, укрепленный с наружной части тележки, со стороны камеры разрежения. В качестве уплотнителей используются также железные пластины с каналами для смазки. Между станинами аглоленты расположены камеры разрежения или дутьевые камеры у машин, работающих с дутьем снизу. Почти на всех заводах головная и хвостовая части машин, а на некоторых предприятиях и вся аглолента плотно укрыты металлическими кожухами, что исключает попадание в цех вредных газов.

Эффективная (рабочая) площадь  агломашин на различных заводах  колеблется в очень широких пределах: от 6 до 96 м². В последние годы намечается тенденция к увеличению площади агломашин, так как в условиях крупных заводов это снижает капитальные и эксплуатационные затраты.

В хвостовой части агломашины имеется бункер для приема готового агломерата.

На машинах с прососом разрежение в камерах создается  с помощью эксгаустеров. На отечественных  заводах в большинстве случаев  установлены стандартные эксгаустеры типа Д-3500-12, обеспечивающие разрежение (без учета подсосов) 1,5-4 кПа. На машинах с дутьем воздух в камере подают с помощью вентиляторов, обеспечивающих избыточное давление 2—3 кПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Шахтная восстановительная плавка свинцовых концентратов.
1. Физико – химические основы получения свинца методом восстановительной плавки

Общая схема процесса шахтой восстановительной  плавки выглядит следующим образом. Основной материал загрузки - агломерат. Одновременно топливом и восстановителем служит загружаемый в печь кокс. Флюсы обычно непосредственно в печь не загружают, их вводят в шихту в ходе агломерации. В загрузку также могут входить оборотные материалы, например медные шликеры рафинировочного цеха, оборотный шлак. Через фурмы в шахтную печь подают воздушное дутье, необходимое для горения кокса. На большинстве заводов используют дутье, обогащенное кислородом до 24-30%.

Продуктом плавки является черновой свинец, который направляется на рафинирование. На некоторых заводах совместно со свинцом получают полиметаллический штейн. Нежелательным жидким продуктом, который иногда получают при плавке, является шпейза - сложный раствор мышьяка, сурьмы, железа, свинца, меди и других металлов. Шпейза обладает высокой температурой плавления, большой плотностью, ее слой располагается между свинцом и шлаком, препятствуя хорошему разделению фаз. В шпейзе концентрируется некоторое количество благородных металлов. Оксидные соединения концентрируются в цинксодержащем шлаке, который направляется на дальнейшую переработку для извлечения цинка. Запыленные печные газы проходят пылеулавливающие устройства и затем выбрасываются в атмосферу. Грубую пыль возвращают в шихту агломерации, а тонкую направляют в кадмиевое или редкометалльное производство.

Основной реакцией шахтной  плавки свинцовых агломератов является реакция:

(PbO) +СО = [РЬ] +СO₂ .

Оксид углерода образуется в печи в результате горения кокса, который служит одновременно и топливом, и восстановителем. Образование  газовосстановителей связано с  развитием следующих реакций:

С+ Н₂0 = СО + Н₂; 

С+ 1/2 0₂ = СО+ Q₁ ; 

С0₂ + С= 2 СО - Q₂ . 

Кокс  в шахтной печи выполняет две  функции: он одновременно является топливом и восстановителем. При взаимодействии кислорода дутья и кокса в  печи могут протекать следующие  режимы: