Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов

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	0,76	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	0,76	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 труднообжигающим 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.

Расчитываем 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.

Расчитываем 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.

Состав  свинцового агломерата, получающегося  при обжиге «свежей» шихты.

Таблица 7

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.

Состав  шихты агломерирующего обжига с  учетом оборотного агломерата.

Таблица 9

материал	Содержание компонентов, кг
	Pb	Zn	Fe	S	CaO	CO2	SiO2	Al2O3	O	Прочие	Всего
«сырая» шихта	14,70	1,68	1,89	4,68	0,617	0,617	2,595	0,76	-	5,26	36,32
Оборотный агломерат	31,84	4,24	4,66	0,349	1,498	-	6,395	1,112	7,749	9,357	63,68
итого	36,657	5,921	6,55	5,029	2,115	0,617	8,99	1,872	7,749	14,617	100