Шахтная пкавка

Столб шихты по мере выгорания  кокса и выплавления свинца и шлака медленно (~1 м/ч) опускается вниз и его пополняют очередными загрузками (колошами) агломерата и кокса. Температура шихты постепенно уменьшается от фокуса к загрузке.

Образующиеся в ходе плавки жидкие продукты стекают вниз. Проходят фокус печи и собираются во внутреннем горне печи, где отстаиваются и расслаиваются по плотности: нижний слой – черновой свинец, средний – штейн и верхний – шлак. Черновой свинец, штейн и шлак выпускаются из печи периодически по мере накопления. Штейн и шлак отправляют на переработку, а черновой свинец на рафинирование.

Воздух в печь подают через  специальные устройства – фурмы, охлаждаемые водой. На некоторых  заводах фурмы располагаются  по высоте печи в два ряда в шахматном  порядке. Это улучшает условия сжигания топлива в печи. Фурмы выступают  в печное пространство на 0,2-0,3 м.

Газовый поток вместе с содержащейся в нем пылью отводится через  газоход в центральной части  свода печи. Они направляются на пылеочистку после чего их выбрасывают в атмосферу. Пыли свинцового производства содержат много ценных компонентов, поэтому они направляются на переработку.

Несмотря на необходимость дополнительной металлургической операции – окислительного обжига, восстановительная плавка обладает рядом достоинств, которые обусловили ее широкое применение (около 90 % свинца производят этим способом). Эта плавка применима к любому виду сырья: к богатым и бедным, к сульфидным и окисленным свинцовым материалам. Извлечение свинца в металл составляет 93 %, а с учетом переработки пром. продукта – 98 %. На этих основаниях эту плавку называют универсальным методом переработки свинцовых концентратов. Однако восстановительная плавка имеет ряд недостатков: большой расход дорогого и дефицитного кокса; необходимость использования предварительной металлургической операции; большое количество выбросов запыленных газов, что требует мощной системы очистки. Но в настоящее время нет подходящей операции заменить восстановительную плавку по ее масштабам в экономическом плане.

Поэтому производят совершенствования  процесса плавки:

1) повышение концентрации  кислорода в дутье на 27-30 %. Это ведет к увеличению извлечения свинца в черновой металл на 1-1,5 %; увеличивается удельная производительность печи на 15-20 %; снижается расход кокса на 20 %; сокращается пылевынос.

2) замена дорогостоящего  кокса природным газом (заменяется 20 % кокса от общего количества кокса) при обогащении дутья по кислороду и подогреву дутья до 700-800 °С.

3) совершенствование конструкции  шахтной печи

- применение 2-х или 4-х  рядного расположения фурм по  высоте печи, что способствует  более равномерному распределению  дутья по шахте печи

- использование печи переменного  сечения (верх печи более широкий  до 3 м, а низ в области фурм  уже 1,5 м)

- использование колошника  открытого типа с двумя колокольными  затворами

Все это позволяет увеличить  удельную производительность печи на 25 %; уменьшить пылевынос и температуру отходящих газов; снизить расход кокса на 6-10 % от общего количества; повысить извлечение свинца на 0,6-0,9 %.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Система газоочистки

Существующие системы  пылеулавливания обычно включают пылевые  камеры, циклоны, рукавные фильтры.

Для очистки пылегазового потока от SO₂ и более полного улавливания твердых частиц предлагается следующая схема пылеулавливания и очистки газов (рисунок 4 ).

Пылегазовый поток в соответствии co схемой из агломерирующего и плавильного отделений направляется в газоочиститель. Предварительно крупные частицы выделяются из газового потока в пылевых камерах. Затем в газоочистителе происходит улавливание SO₂. Процесс улавливания SO₂ проходит более эффективно при высоких температурах и большой поверхности контакта с адсорбентом.

 

1- газоочиститель; 2 - батарейные циклоны; 3 - пенный скруббер

Рисунок 4 - Схема  пылегазоочистки

Газоочиститель (рисунок 5) состоит из корпуса 1 сварной конструкции, установленного на пружинах 8. Внутри корпуса имеются наклонные полки 2, по которым перемещается адсорбент. Угол наклона полок составляет 5 - 8 °, количество полок выбирается исходя из расчета времени пребывания адсорбента в газоочистителе.   Адсорбент подается в газоочиститель через патрубок 3, выводится из газоочистителя через патрубок 4, снабженный затвором. Пылегазовый поток входит в аппарат через патрубок 5, отводится через патрубок 6. Адсорбент перемещается по полкам под действием вибратора 7, установленного в верхней части газоочистителя.

Под действием вибраций адсорбент  перемещается по наклонным полкам навстречу  газовому потоку. Перемещение адсорбента происходит при работе вибратора, который  включается через определенные интервалы  времени на 2 - 4 мин. По мере передвижения адсорбента обновляется поверхность контакта с газовым потоком; последнее обстоятельство выгодно отличает предлагаемый газоочиститель от ранее известных. Прореагировавший адсорбент накапливается в нижней части газоочистителя и удаляется через затвор патрубка 4.

Использование газоочистителя позволяет очистить газовый поток  от наиболее токсичного газа SO₂, эффективность газоочистителя составляет не менее 95%.

После газоочистителя пылегазовый  поток очищается от твердых частиц в циклонах или рукавных фильтрах, тонкая очистка газового потока осуществляется в пенном скруббере, в котором происходит нейтрализация СО₂, SO₂ и других газов, а также окончательное улавливание твердых частиц ценных элементов Pb,Сn, Zn и др.

1 - корпус; 2 - полки; 3 – патрубок    загрузки адсорбента; 4 - патрубок разгрузки адсорбента; 5- патрубок  подачи  газа; 6 - патрубок отвода   газа; 7- вибратор; 8- пружины

Pисунок 5 - Газоочиститель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Расчёт процесса шахтной  восстановительной плавки свинцового  агломерата

На восстановительную  плавку поступают три основных компонента: свинцовый агломерат, воздух и кокс. В процессе плавки кокс выполняет роль топлива и восстановителя оксидов металлов. При взаимодействии кокса с кислородом воздуха протекают следующие реакции:

С+0,5О₂=СО                              (23)

  С+О₂=СО₂                                  (24)

С+СO₂=2СО                                 (25)

Оксид углерода основной восстановитель в процессе шахтной плавки:

РЬО+СО=РЬ+С0₂                    (26)

   PbO-SiO₂+CO=Pb+SiO₂+CO₂                       (27)

  РЬО-Fе₂O_з+2СО=РЬ+2Fе+2СO₂               (28)

          Fe₂O₃+CO=2FeO+CO₂                              (29)

Продуктами шахтной восстановительной  плавки являются черновой свинец, шлак, штейн, пыль и отходящие газы.

5.1 Расчёт рационального  состава свинцового агломерата

Расчёт ведём  на 100 кг агломерата.

Цинка в агломерате содержится 2%, значит:

Масса цинка в  сульфиде и оксиде цинка равна:

Масса сульфида цинка:

Масса оксида цинка:

Свинца в агломерате содержится 55%:

Масса свинца в  соединениях равна:

Массы PbO:

Масса кислорода  в PbO:

Масса PbO∙SiO₂:

Масса кремнезёма в PbO∙SiO₂:

 

Масса кислорода PbO∙SiO₂:

Масса PbO∙Fe₂O₃:

Масса кислорода  в PbO∙Fe₂O₃:

Масса железа в  PbO∙Fe₂O₃:

Масса PbS:

Масса серы в  PbS:

Масса PbSO₄:

Масса серы в  PbSO₄:

Масса кислорода  в PbSO₄:

Меди в агломерате содержится 3,0 %:

Масса меди в  сульфиде равна:

Масса серы:

Оставшееся железо в агломерате присутствует в виде FeS и Fe₂O₃ в соотношении 1:8.

Масса оставшегося  железа:

Из соотношения  определяем массу железа в сульфиде и оксиде:

Масса кислорода  в Fe₂O₃:

Масса серы в  FeS:

Результаты расчёта  рационального состава свинцового агломерата сведены в таблицу 3:

Таблица 3 – Рациональный состав свинцового агломерата

Соединения	Содержание компонентов, кг
	Pb	Zn	Cu	Fe	SS	SSO4	O2	SiO2	CaO	Al2O3	Прочие	Всего
PbO	11						0,85					11,85
PbO∙SiO2	27,5						2,13	7,96				37,59
PbO∙Fe2O3	11			5,95			3,37					20,32
PbS	1,1				0,17							1,27
PbSO4	4,4					0,68	1,36					6,44
ZnO		0,2					0,44					0,64
ZnS		1,8			0,1							1,9
Cu2S			3		0,76							3,76
FeS				0,89	0,51							1,4
Fe2O3				7,16			3,08					10,24
CaO									3			3
Al2O3										1,5		1,5
Прочие												0,09
Всего	55	2	3	14	1,54	0,68	11,23	7,96	3	1,5	0,09	100

 

 

5.2 Расчёт количества и  состава штейна

Меди в штейн  при плавки извлекают 60 %.

Состав штейна, %: 25 Cu; 16 Pb; 2,5 Zn; 32 Fe; 20 S.

Расчёт ведём  на 100 кг агломерата. Из агломерата в штейн перейдёт меди:

Выход штейна определяем по содержанию меди в нём:

Медные штейны всегда содержат растворённый кислород в виде магнетита. При содержании меди в штейне 25 % количество кислорода  будет составлять 4.58 % от массы штейна [6].

Рассчитываем  количество компонентов штейна:

Pb: 7,2 ∙ 0,16 = 1,15 кг

Fe: 7,2 ∙ 0,32 = 2,30 кг

Zn: 7,2 ∙ 0,025 = 0,18 кг

S: 7,2 ∙ 0,20 = 1,44 кг

O₂: 7,2 ∙ 0,0458 = 0,33 кг

Результаты представим в виде таблицы:

Таблица 4 – Количество и состав штейна

Компоненты	Количество
	кг	%
Cu	1,8	25
Pb	1,15	16
Fe	2,30	32
Zn	0,18	2,5
S	1,44	20
O2	0,33	4,5
Итого	7,20	100

 

5.3 Расчёт количества и  состава получаемого при плавке  шлака

Расход кокса  на плавку составляет 10 % от массы агломерата.

Состав золы кокса, %: 48 SiO₂, 5 Fe₂O₃, 8 FeO, 37 Al₂O₃, 2 CaO. В коксе золы содержится 10 %.

При плавке в  шлак из агломерата переходит 90 % цинка.

В шлаке содержится 1,8 % Pb; 0,6 % Cu; 0,5 % S. Свинец и медь в шлаке на 80 % представлены в виде оксидов.

Из агломерата и золы кокса в шлак перейдут следующие  компоненты:

Кремнезём – 

Оксид железа (II)

Оксид кальция  – 

Глинозём – 

Оксид цинка – 

Приняв сумму  вышеприведённых оксидов в шлаке  за 95 %, выход шлака составит:

В шлак перейдёт свинца: