Плавка свинца

В нем содержится кислорода, кг,

Определяем количество серы, которое связано со свинцом  в галените, кг:

1,36 · 0,25 = 0,34.

Находим массу PbS в агломерате, кг:

В галените содержится свинца, кг,

Количество сульфатной серы, связанной со свинцом, составляет

0,34 · 0,25 = 0,085.

Рассчитываем массу  сульфата свинца в агломерате, кг:

В этом количестве сульфата свинца находится свинца, кг,

Кислорода в сульфате свинца содержится, кг,

Определяем количество свинца в силикате свинца, кг:

m_Pb=(m_Pb)·(С_Pb)_агл=40,8·0,5=20,4.

Рассчитываем количество силиката свинца, кг:

Вычисляем количество кислорода, связанного со свинцом в силикате, кг:

Находим количество кремнезема в силикате свинца, кг:

Определяем массу железа в феррите свинца, кг:

m_Fe=(m_Fe)_агл·0,25=16,2·0,25=4,05.

Рассчитываем количество феррита свинца в агломерате, кг:

С ферритом связано свинца, кг,

Находим количество кислорода  в феррите свинца, кг:

 

Рассчитываем количество свинца, который находится в оксиде свинца, кг:

(m_Pb)_PbO=(m_Pb)_агл-(m_Pb)_PbS-(m_Pb)_PbSO4-(m_Pb)_PbO·SiO2-(m_Pb)_PbO·Fe2O3=40,8-2,22-0,55-20,4-7,52=10,11.

Количество оксида свинца составляет, кг,

Вычисляем количество кислорода  в оксиде свинца, кг:

По условию железа в магнетите находится следующее количество, кг: 16,2·0,5=4,05.

Рассчитываем массу  магнетита, кг:

Кислорода в магнетите  находится, кг,

Определяем количество железа в оксиде (Fe₂О₃), кг:

16,2 · 0,25 = 4,05.

Масса оксида железа составляет, кг:

В этой массе Fe₂O₃ содержится кислорода, кг:

Вычисляем содержание халькозина в агломерате. Для этого определяем количество сульфидной серы, связанной  с медью, кг:

1,6 · 0,54 = 0,4.

Сульфида меди (Cu₂S) в агломерате содержится, кг,

Меди связано в халькозине, кг,

В оксиде меди находится  следующее количество меди, кг:

2,8 – 1,58 = 1,22.

Масса оксида меди составляет, кг,

Кислорода связано в  оксиде меди, кг,

Рассчитываем количество сульфата кальция в агломерате. Для  этого определяем количество сульфатной серы, связанной с кальцием, кг: 0,4 · 0,5 = 0,2.

Масса сульфата кальция составляет, кг,

Оксида кальция в  сульфате содержится, кг,

Находим количество кислорода  в сульфате кальция, кг:

В свободном состоянии  в агломерате оксида кальция будет, кг,

Определяем количество свободного диоксида кремния в агломерате, кг:

Результаты расчета  рационального состава свинцового агломерата сведены в таблицу 2.

 

Таблица 2 – Рациональный состав свинцового агломерата

Сведения	Содержание компонентов
	Pb	Zn	Cu	Fe	SS	SSO4	O	SiO2	CaO	Al2O3	Прочие	Всего
PbO	8,72						0,67					9,39
PbO·SO2	19,2						1,48	5,55				26,23
PbO·Fe2O3	7,24			3,9			2,24					13,38
PbSO4	0,64					0,1	0,2					0,95
PbS	2,59				0,4							2,99
ZnO		5,16					1,26					6,42
ZnS		1,64			0,8							2,44
ZnSO4		0,2				0,1	0,2					0,5
Cu2S			1,58		0,4							1,99
Cu2O			1,22				0,15					1,37
Fe3O4				7,8			2,98					10,78
Fe2O3				3,9			1,67					5,57
CaO									6,15			6,15
CaSO4						0,2	0,3		0,35			0,85
SiO2								5,05				5,05
Al2O3										2,3		4,3
Прочие											3,65	3,65
Итого	38,4	7	2,8	15,6	1,6	0,4	11,15	10,6	6,5	2,3	3,65	100

При плавке меди в штейн  извлекают 80%, штейн содержит 20% S, остальные компоненты определяют по расчету.

Расход кокса на плавку составляет 12% от массы агломерата, в коксе содержится 10% золы. В состав золы кокса входят, %: 50 SiO₂; 35 Al₂O₃; 12 Fe₂O₃; 3 СаО.

Извлечение цинка из агломерата в шлак при плавке составляет 85%, в пыль – 6%. Остальной цинк распределяется между штейном и черновым свинцом.

Извлечение свинца в  пыль равно 1,5%. В шлаке содержится 1,3% свинца и 0,6% меди. В шлаке свинец представлен оксидом свинца на 20%, а металлом на 80%. Медь в шлаке  находится в виде Cu₂S.

Степень дезульфуризации  при плавке составляет 24%.

3.1.2 Расчет количества  и состава получаемого при плавке штейна

По известной степени  дезульфуризации (24%) определяем суммарное  количество серы в штейне и шлаке, кг:

(m_S)_ш=(m_S)_агл·(1-D_S)=2·(1-0,24)=1,52,

где        (m_S)_ш – масса серы штейне и шлаке;

(m_S)_агл – масса серы в агломерате и коксе; 

D_S – степень десульфуризации, доли ед.

Распределение серы между  штейном и шлаком соответствует  отношению 4:1, тогда масса серы в  штейне составляет 1,52  · 4 : 5 = 1,22 кг, а  в шлаке – 1,52 · 1 : 5 = 0,304 кг.

Выход штейна определяем по содержанию серы в нем, кг: 1,20 : 0,20 = 6,1. Из агломерата в штейн перейдет меди  2,8 · 0,8 = 2,2 кг.

Зная эту массу меди, рассчитываем количество халькозина Cu₂S  в штейне: 2,2 · 159 : 127 = 2,7 кг.

С медью в сульфиде связано серы 2,7 – 2,2 = 0,5 кг.

При образовании штейна в процессе восстановительной плавки свинцового агломерата сульфид цинка  переходит и в штейн, и в  шлак. Принимаем следующее распределение  сульфида цинка, %: 30 – в штейн  и 70 – в шлак.

Рассчитываем количество ZnS в штейне, кг: 2,44 · 0,3 = 0,732. В этом соединении содержится 0,732 · 65,4 : 97,4 = 0,49 кг цинка и 0,242 кг серы.

Определяем количество прочих компонентов, приняв их содержание равным 3% от массы штейна, кг: 6,1 · 0,03 = 0,183.

Концентрация цинка в штейне равна 0,49 · 100 : 6,1 = 8,03%.

При содержании цинка  в штейне от 3,6 до 8,2% массовое отношение  железа (m_Fe) к свинцу (m_Pb) в штейне составляет обычно 0,77 – 0,95. принимаем в расчетах отношение m_Fe : m_Pb = 80.

Определяем сумму масс свинца и железа в штейне, кг:

6,1 – 1,22 – 2,2 – 0,49 – 0,183 =2,007.

Зная эту массу и  соотношение m_Fe : m_Pb = 80, составляем соотношение баланса по свинцу и железу:

0,80 · х + х = 2,007,

где х – масса свинца в штейне, кг.

Решая это уравнение, находим, что х = 1,115 кг, масса железа составляет 0,8 · 1,12 = 0,896 кг.

Остальное количество серы (1,22 – 0,5 – 0,242 = 0,478 кг) связано в штейне в первую очередь с железом.

Определяем количество железа в сульфиде железа FeS:

0,478 · 55,8 : 32 = 0,883 кг.

Остальное железо в количестве 0,896 – 0,883 = 0,013 кг находится в металлическом состоянии. Свинец в штейне также находится в виде металла.

Все данные расчетов сводим в таблицу 3.

Таблица 3 – Количество и состав штейна

Компоненты	Содержание компонентов
	Cu	Zn	Fe	Pb	S	Прочие	Всего
Сu2S	2,2				0,5		2,7
ZnS		0,49			0,242		0,732
FeS			0,883		0,478		1,361
Fe			0,013				0,013
Pb				1,115			1,115
Прочие						0,183	0,183
Итого	2,2	0,49	0,896	1,115	1,22	0,183	6,104
%	36	8,03	14,69	18,28	20	3	100

 

3.1.3 Расчет количества пыли

Из данных практики принимаем, что в пыль перейдет 6% цинка и 1,3% свинца. Обычно их сумма в пыли равна 70 – 75%. Для расчетов берем 72,5%.

Тогда количество указанных  металлов составит, кг:

цинка – 7 · 0,065 = 0,42,

свинца – 38,4 · 0,013 = 0,499.

Выход пыли будет равен (0,42 + 0,499) : 0,725 = 1,267.

Металлы в пыли присутствуют в виде оксидов. Определяем количество кислорода в пыли.

С цинком связано кислорода 0,42 · 0,103 : 65,4 = 0,103, масса оксида цинка  составляет 0,42 + 0,103 = 0,523.

Количество кислорода в оксиде свинца составляет 0,499 · 16 : 207,2 = 0,038 кг, масса оксида свинца PbO равна 0,499 + 0,038 = 0,537 кг.

Количество прочих компонентов  в пыли составляет

1,267 – 0,523 – 0,537 = 0,207 кг.

Всего в пыли содержится 0,103 + 0,038 = 0,141 кг кислорода.

3.1.4 Расчет количества и состава получаемого при плавке шлака

Шлаки свинцовых плавок содержат оксиды железа, кремния, кальция  и цинка. Их содержание в шлаках должно находится в следующих пределах, %: 20 ÷ 30 SiO₂; 30 ÷ 40 FeO; 10 ÷ 18 СаО и менее 25 ZnO. Данные компоненты при плавке переходят в шлак из свинцового агломерата и золы кокса.

Определяем количество кремнезема в шлаке:

 кг,

где       - масса кремнезема в шлаке, кг;

- масса кремнезема в агломерате, кг;

- масса кремнезема в золе  кокса, кг;

- масса кокса, кг;

- концентрация золы в коксе,  доли ед.;

- концентрация кремнезема в  золе кокса, доли ед.

Далее приведены аналогичные  обозначения компонентов в различных  продуктах.

Рассчитываем массу  оксида железа (III) в шлаке:

 где        - масса железа в штейне, кг;

- атомная масса железа, г;

- молекулярная масса оксида  железа FeO, г;

- молекулярная масса Fe₂O₃, г.

Вычисляем содержание оксида кальция в шлаке:

             Количество глинозема в шлаке будет равно:

кг.

Рассчитываем количество оксида и сульфида цинка в шлаке.

Сначала определяем количество цинка, переходящее из агломерата в  шлак, кг:

где - извлечение цинка из агломерата в шлак, доли ед.

В шлаке вся сера связана  с медью и цинком. Количество меди в шлаке без массы шлака  рассчитать невозможно, поэтому для  ориентировочного расчета количества шлака примем, что вся сера находится  в сульфиде цинка.

Затем вычисляем количество сульфида цинка в шлаке, кг: 0,3 · 97,4 : 32 = 0,913. В нем содержится  0,3 · 65,4 : 32 = 0,613 кг цинка.

Остальной цинк в шлаке  находится в оксиде ZnO в количестве 5,95 – 0,613 = 5,337 кг.

Количество оксида цинка  составляет 5,337 · 81,4 : 65,4 = 6,64 кг.

Сумма масс сульфида и  оксида цинка равна 

0,913 + 6,64 = 7,553 кг.

Сумма оксидов SiO₂, FeO, Al₂O₃, ZnO и сульфида цинка в шлаке составляет 96,5%, тогда масса шлака будет равна.

(11,2 + 19,049 + 6,536 + 2,72 + 7,553) : 0,965 = 48,764 кг.

В шлак перейдет свинца 48,765 · 0,013 = 0,634 кг. Из этого количества в PbO находится свинца 0,634 · 0,2 = 0,127 кг, остальной свинец присутствует в шлаке в металлическом состоянии в количестве 0,634 · 0,8 = 0,507кг.

Количество оксида свинца в шлаке равно 0,127 · 223,2 : 207,2 = 0,14 кг, в нем содержится кислорода 0,14 – 0,127 = 0,013 кг.

В шлак перейдет следующее  количество меди, кг: 48,765 · 0,006 = 0,29.

Количество Cu₂S в шлаке равно 0,29 · 159 : 127 = 0,363 кг.

С медью связано серы 0,363 – 0,29 = 0,073 кг.

Уточняем количество сульфида и оксида цинка в шлаке.

С цинком будет связано  серы 0,3 – 0,073 = 0,227 кг. Количество сульфида цинка составит 0,227 · 97,38 : 32 = 0,690 кг, в нем содержится цинка 0,69 – 0,227 = 0,46 кг.

Определяем количество цинка в оксиде цинка, кг: 5,95 – 0,46 = 5,49.

Масса оксида цинка составляет 5,49 · 81,38 : 65,38 = 6,834 кг. В нем содержится кислорода 6,834 – 5,49 = 1,334 кг.

Вычисляем количество кислорода в оксиде железа, кг: 19,049 · 16 : 71,8 = 4,244.

Количество прочих определяем по разности между массой шлака и  массой предыдущих компонентов.