Расчет материального баланса агломерационного обжига свинцовых концентратов

-align:justify">Fe      –      FeO

56 кг           72 кг

2 кг             Х

    Х = 2,6 кг

Состав шлака представлен  в таблице 1.

 

Таблица 1. Состав шлака.

Компоненты шлака	Количество, кг	Количество, %
SiO2	14,5	66,6
FeO	2,6	11,9
CaO	2,5	11,5
Всего	19,6	90

 

Если концентрат содержит мало ZnO и Al₂O₃, то можно получить чистый шлак, где SiO₂ + FeO + CaO = 90%.

Состав типичных шлаков представлен  в таблице 2.

 

Таблица 2. Состав типичных шлаков.

Тип шлака	SiO2, %	FeO, %	CaO, %
Э	28	50	12
М	36	31	23
Р	35	27	28
П	35	38	17
Л	31	38	21

 

При плавке без флюсов получаем очень кислый шлак с малым содержанием  оксидов железа и кальция. Следовательно, концентрат несамоплавкий, и требуются  флюсы (железная руда и известняк).

Для подсчета количества флюсов нужно задаться типом шлака. Так  как концентрат содержит мало Zn и Al₂O₃, то при выборе шлака можно воспользоваться таблицей типичных шлаков.

Чтобы меньше расходовать  флюсы выбирают тип шлака с  максимальным содержанием SiO₂.

Шлаки М и Р имеют  ограниченную растворяющую способность  для Zn, так как содержат много CaO.

Выберем тип П, так как  он более известковый.

Обозначим Х – количество железной руды; У – количество известняка.

Столько  флюсов следует  добавить к 100 кг концентрата.

Расчет штейна остается прежним.

Составляем таблицу шлакообразователей.

 

Таблица 3. Шлакообразователи.

Материалы	Всего, кг	SiO2		FeO		CaO
		%	кг	%	кг	%	кг
Концентрат	100	14,5	14,5	2,6	2,6	2,5	2,5
Железная руда	Х	15	0,15Х	Х	0,707Х	-	-
Известняк	У	0,4	0,004У	-	-	54,2	0,542У

 

Количество SiO₂, кг: 14,5 +0,15Х + 0,004У.

Количество FeO, кг: 2,6 + 0,707Х.

Количество CaO, кг: 2,5 + 0,542У.

В шлаке выбранного состава  FeO/ SiO₂ = 38/35 и FeO/CaO = 38/17. Составляем уравнения и находим Х и У.

FeO = 2,6 + 0,707Х = 38/35 * (14,5 + 0,15Х + 0,004У).

FeO = 2,6 + 0,707Х = 38/17 * (2,5 + 0,542У).

 Х = 24,4; У = 11,7.

Результаты расчета шихты представлены в таблице 4.

Принимаем, что в черновом свинце содержится 99% Pb, так как в концентрате нет мышьяка, сурьмы и олова, и плавку проводим с образованием штейна.

 

 

 

 

Таблица 4. Результаты расчета  шихты.

Исходные компоненты шихты  и продукты плавки	всего		Pb		SiO2		Fe		CaO		S		Cu		Al2O3		Zn
	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%
Поступило:
- концентрат	100	73,5	50,2	50,2	14,5	14,5	7,5	7,5	2,5	2,5	15,2	15,2	1,25	1,25	0,5	0,5	3,0	3,0
- железная руда	24,3	18,0			3,6	15	13,4	55
- известняк	11,7	8,5							6,3	54,2
Всего	136	100	50,2	36,9	18,2	13,4	20,9	15,4	8,8	6,5	15,2	11,2	1,25	0,9	0,5	0,4	3	2,2
Получено:
- штейн	10		1	10			5,5	55			2	20	1	10			0,5	5
- шлак	52		0,5	1	18,2	35	FeO 19,8	FeO 38	8,8	17	1	2	0,25	0,5	0,5	1	ZnO 2,5	ZnO 5
- черновой свинец	47,7		47,2	99
- пылегазовая фаза			1,5

 

 

Распределение свинца в продуктах  плавки представлено в таблице 5.

 

Таблица 5. Распределение  свинца в продуктах плавки.

Продукты плавки	кг	%
Черновой свинец	47,2	94
Штейн	1	2
Шлак	0,5	1
Пылегазовая фаза	1,5	3
Всего	50,2	100

 

 

 

Состав агломерата, %.

Принимаем выход агломерата 90%.

В 90 кг агломерата, полученном из 100 кг шихты, будет содержаться:

Pb – 37 кг, 41%;

SiO₂ – 13,4 кг, 15%;

Fe – 15,4 кг, 17,1%;

CaO – 6,5 кг, 7,2 %;

Cu – 1 кг, 1,1 %;

Al₂O₃ – 0,4 кг, 0,4 %.

Zn - 2,2 кг, 2,4 %.

 

Количество оборотного агломерата.

По практическим данным примем содержание серы в окончательной  шихте обжига равным 7%.

Составим баланс по сере.

Обозначим через Х количество оборотного агломерата в 100 кг окончательной  шихты обжига.

Окончательная шихта обжига = рудная шихта + оборотный агломерат.

В 100 кг шихты масса серы 7 кг.

Масса оборотного агломерата Х кг, содержание серы в нем 3,2%, значит масса серы в оборотном агломерате составляет 0,032Х кг.

Масса рудной шихты (100 –  Х) кг, содержание серы в нем 11,2 %, значит масса серы в рудной шихте составляет (100 – Х) * 0,112 кг.

Составляем уравнение:

7 = (100 – Х) * 0,112 + 0,032Х.

Находим Х = 52,5.

На каждые 47,5 кг рудной шихты  требуется вводить 52,5 кг оборотного агломерата.

Количество рудной шихты  – 100%.

Количество оборотного агломерата – Х%.

Х = 110,5%.

Выход агломерата, кг:

- рудная шихта (90%), 47,5 * 0,9 = 42,75кг;

- оборотный агломерат  (100%), 52,5 кг;

- всего, 42,75 + 52,5 = 95,25 кг.

В агломерате остается серы: 95,25 * 0,032 = 3 кг.

Десульфуризация при обжиге составит 4/7 * 100% = 57%.

Окончательный состав шихты  обжига, %:

- свинцовый концентрат  – 34,9;

- железная руда – 8,6;

- известняк – 4;

- оборотный агломерат  – 52,5;

- всего – 100%.

Составим таблицу материального  баланса агломерационного обжига.

Расчет ведем на 100 кг окончательной  шихты.

 

Таблица 6. Материальный баланс агломерационного обжига.

Поступило	кг	Получено	кг
Шихта, в т.ч.		Агломерат годный	43,5
- концентрат	34,9	Агломерат оборотный	52,5
- железная руда	8,6	Газовая фаза:
- известняк	4	- SO2	8
Оборотный агломерат	52,5	- Н2O	1,9
Влага	7	- N2	20,4
Воздух	143,5	- СO2	2,4
		- O2	6,1

 

 

 

 

Расчет количества воздуха  и обжиговых газов.

Принимаем, что 52,5 кг оборотного агломерата в шихте обжига никаких  изменений не претерпевают, а обжиг  протекает только в рудной шихте (47,5 кг).

Рассчитаем вещественный состав рудной шихты. Для этого примем, что в концентрате содержатся сульфиды PbS, ZnS, FeS₂, Fe₇S₈, Cu₂S.

Во флюсах присутствует оксид  Fe₂O₃ и карбонат CaCO₃.

Составляем таблицу вещественного  состава свежей шихты обжига (без  оборотного агломерата).

 

Таблица 7. Вещественный состав свежей шихты обжига (без оборотного агломерата).

Химический состав Минералогический состав	Pb	Fe	Zn	Cu	S	SiO2	Al2O3	CaO	CO2	O2	Проч.	Всего
PbS	17,6				2,7							20,3
Cu2S				0,4	0,1							0,5
ZnS			1		0,5							1,5
FeS2		0,6			0,7							1,3
Fe7S8		2			1,3							3,3
Al2O3							0,2					0,2
CaCO3								3,1	2,4			5,5
Fe2O3		4,7								2		6,7
SiO2						6,4						6,4
Прочие											1,8	1,8
Итого, кг	17,6	7,3	1	0,4	5,3	6,4	0,2	3,1	2,4	2	1,8	47,5
Всего, %	37	25,4	2,2	0,9	11,2	13,4	0,4	6,5	5	4,2	3,8	100

 

Количество железной руды: 47,5 * 0,18 = 8,55кг.

Количество железа в железной руде: 8,55 * 0,55 = 4,7 кг.

 

В агломерате должно остаться 3 кг серы, в том числе в оборотном агломерате будет:

52,5 * 0,032 = 1,68 кг S.

В агломерате из свежей шихты  будет:

3 – 1,68 = 1,32 кг S.

Рассчитаем вещественный состав агломерата.

Принимаем, что вся сера в агломерате – сульфидная, так  как ZnS в концентрате является наиболее труднообжигаемым сульфидом, также как и Fe₇S₈, а все остальные сульфиды полностью окислились до оксидов.

Полагаем, что CaCO₃ продиссоциирует при обжиге полностью.

Составим таблицу вещественного  состава агломерата, полученного  из рудной шихты обжига.

 

Таблица 8. Вещественный состав агломерата, полученного из рудной шихты обжига, кг.

	Zn	S	Pb	Cu	Fe	CaO	SiO2	Al2O3	O2	Проч.	Всего
ZnS	1	0,5									1,5
PbO			17,6						1,4		19
CuO				0,4					0,1		0,5
Fe2O3					6,1				2,6		8,7
Fe7S8		0,8			1,2						2
CaO						3,1					3,1
SiO2							6,4				6,4
Al2O3								0,2			0,2
Проч.										1,8	1,8
Всего	1	1,3	17,6	0,4	7,3	3,1	6,4	0,2	4,1	1,8	43,2

 

Выход агломерата: 43,2 / 47,5 * 100% = 90,9%.

 

Расчет количества воздуха, необходимого для обжига 100 кг окончательной  шихты.

Теоретически требуется  O₂, кг:

- для окисления металлов: 4,1 – 2 = 2,1 кг;

- для окисления серы  до SO₂: 5,3 -1,3 = 4 кг.

Всего O₂: 2,1 + 4 = 6,1кг O₂ требуется для окисления 100 кг окончательной шихты.