Металлургия свинца и цинка (стр. 15 )

Что составляет 95% от веса шлака. Выход шлака

кг.

Остальные компоненты пыли не учитываем, так как их мало. В черновой свинец перейдет

кг Pb.

Выход чернового свинца при содержании 97% Pb в нем

кг.

По данным таблицы 41 подсчитаем распределение свинца в продуктах плавки (таблица 42).

Таблица 42 – Распределение свинца в продуктах плавки

Продукты плавки	По расчету	На Лениногорском заводе, %
кг	%
Черновой свинец	36,01	93,8	91,0
Штейн	1,0	2,2	2,2
Шлак	0,62	2,5	2,5
Пыль	0,77	4,3	4,3
Итого	38,4	100,0	100,0

Более высокое извлечение свинца в черновой металл получилось при сокращении перехода свинца в шлаки и пыль.

5.4 Материальный баланс плавки

Для составления материального баланса шахтной плавки нужно подсчитать количество воздуха, необходимое для сжигания кокса, и количество печных газов, получаемых при плавке.

При подсчете воздуха необходимо установить количество углерода, сгорающего в CO2 и CO. Соотношение CO2:CO зависит от расхода кокса, высоты сыпи и условий плавки и на практике колеблется в очень больших пределах.

На современных заводах двуокиси углерода содержится в колошниковых газах в 3-4 раза больше, чем окиси углерода.

Если в отходящих газах 3-5 % CO, восстановительные процессы протекают в печи с достаточной полнотой, что и позволяет получать шлаки, вполне отвальные по содержанию свинца.

Так как в данном расчете, принят умеренный расход кокса (10%), то примем, что половина углерода сгорает в печи полностью до CO2, а вторая половина до – CO.

При содержании в коксе 85% С требуется сжечь в печи

кг С,

из них 4,93 кг до CO2 и столько же до CO.

Для окисления углерода кокса по реакции

(29)

потребуется кислорода

кг

и для окисления углерода по реакции

(30)

кг,

а всего

кг кислорода.

С этим количеством кислорода будет введено азота

кг.

Количество воздуха составит

кг,

или

м3.

При сжигании углерода кокса будет получено следующее количество газов

кг CO2;

кг CO;

66 кг N2.

На практике состав печных газов будет значительно отличаться от состава, рассчитанного по реакциям восстановления окислов свинца и железа, с учетом испарения влаги, присутствующей в пирите, коксе и во флюсах, и по реакциям окисления серы. Учесть все множество протекающих в печи химических реакций нет возможности и необходимости.

Примем, что протекают следующие основные реакции

кал; (31)

кал; (32)

кал; (33)

кал; (34)

кал; (35)

кал. (36)

Свинец в виде сульфида перейдет в штейн, шлак и в пыль в количестве

кг.

Остальной сульфидный свинец

кг Pb,

или 3,22 кг PbS вступит в реакцию 4, на которую будет израсходовано 6 кг PbO и получено при этом 0,86 кг SO2. Восстановится глета по реакции 34

кг РbO.

На восстановление глета будет затрачено 3,74 кг СО и получено при этом 5,87 кг CO2.

По реакции 32 восстановится

кг Fe2O3.

При восстановлении по реакции 32 будет затрачено 2,4 кг СО и получено 4 кг CO2.

При восстановлении 8,8 кг Fe3O4 по реакции 33 будет затрачено 1,06 кг СО и получено 1,67 кг CO2.

По реакции 36 продиссоциирует пирит в количестве

кг,

в результате чего будет выделено 1,6 кг S.

На окисление этой серы потребуется 6,97 кг воздуха и будет получено 3,2 кг SO2 и 5,35 кг N2.

При 5% влаге в пирите, коксе, железной руде и кварце общее количество испаряющейся влаги составит

кг Н2О.

Подсчитаем по реакциям восстановления окислов свинца и железа расход СО и количество полученной СО2, кг (таблица 43).

Таблица 43 – Расход СО и получение СО2

	Расход СО	Получение СО2
по реакции (1)	3,74	5,87
по реакции (2)	2,4	4,0
по реакции (3)	1,06	1,67
Итого	7,2	11,54

В газы перейдет

кг СО;

кг СО2.

Количество полученного сернистого ангидрида:

по реакции (4) … ……………0,86 кг;

от окисления серы пирита…..3,0 кг;

Итого …………………………4,06 кг.

Потребуется воздуха для сжигания:

кокса………………………….85,71 кг;

серы пирита………………….6,97 кг;

Итого…………………………92,68 (или 71,7 м2) кг.

Результаты подсчетов отходящих газов сведем в таблицу 44.

Таблица 44 – Количество и состав отходящих газов

Компоненты	кг	м2	% (объемн.)
СО2	29,64	15,1	19,2
СО	4,3	3,44	4,4
SO2	4,06	1,42	1,8
N2 (66,0+5,35)	71,35	57,0	72,5
H2O	1,38	1,71	2,1
Итого	110,73	78,67	100,0

Отходящие газы получились вполне приемлемого состава. Результаты всех подсчетов сведем в общую таблицу материального баланса (таблица 45).

Невязка получилась в допустимых пределах, что свидетельствует о правильности расчетов.

Таблица 45 – Материальный баланс шахтной плавки

Приход	кг	Расход	кг
Свинцовый агломерат	100,0	Черновой свинец	37,1
Пирит	6,2	Штейн	8,4
Железная руда	4,4	Шлак	62,2
Кварц	5,4	Пыль	2,0
Кокс	11,6	Газы	110,73
Влага шихты	1,38	Невязка	+1,23
Воздух	92,68
Итого	221,68	Итого	221,66

по реакции (29).……...38640 кал;

по реакции (30)………10850 кал;

Итого………………....49490 кал.

Что на 1 кг кокса составляет

кал.

5.5.1.2 Физическое тепло

кокса

кал;

шихты

кал;

Итого 634 кал.

5.5.1.3  Физическое тепло воздуха

кал.

Тепло шлакообразования. Процессы шлакообразования происходят еще при агломерации шихты. Поэтому учтем только четвертую часть теплоты шлакообразования

кал.

5.5.1.4  Тепло экзотермических реакций:

по реакции (1) … 2034 кал;

по реакции (5) … 82 кал;

Итого………. .….2116 кал.

Всего……………54684 кал.

5.5.2 Расход тепла. 5.5.2.1 Тепло, уносимое черновым свинцом при температуре 8000

кал.

5.5.2.2 Тепло, уносимое штейном

кал.

5.5.2.3 Тепло, уносимое шлаком при температуре 1200º

кал.

5.5.2.4 Тепло, уносимое пылью

кал.

5.5.2.5 Тепло эндотермических реакций:

по реакции (2)……128 кал;

по реакции (3)……314 кал;

по реакции (4)……760 кал;

по реакции (6)……1009 кал;

Итого……………...2211 кал.

5.5.2.6 Тепло на испарение влаги шихты

кал.

5.5.2.7 Потеря тепла с отходящими газами, нагретыми до 100º

кал с СО2;

кал с СО;

кал с SO2;

кал с N2;

кал с Н2О;

Итого 2622кал.

5.5.2.8 Потери тепла с охлаждающей стенки водой. На 1 т шихты потери тепла с охлаждающей водой составляют 110000 кал. Потери тепла с водой на 117,38 кг шихты составят 13000 кал.

5.5.2.9 Прочие неучтенные потери тепла по разности 10708 кал.

Результаты подсчетов по отдельным статьям прихода и расхода тепла сводим в общую таблицу теплового баланса процесса шахтной плавки (таблица 46).

Тепловой баланс показывает, что при расходе 10% кокса от шихты плавки при холодных колошниковых газах тепла не только хватает, но имеется даже некоторый избыток тепла (по тепловому балансу на неучтенные потери осталось много тепла – 19,7%). По-видимому, можно было бы ограничиться при плавке даже 9%-ным расходом кокса, а если не стремиться к получению бедных по свинцу отвальных шлаков, то и 8% кокса окажутся достаточными. Таким образом, расчеты подтверждают практику многих современных свинцовых заводов, которые расходуют на плавку только 8% кокса, но, конечно, в этом случае имеют в шлаках до 1,5-2,0 свинца.

Если сделать пересчет теплового баланса, приняв температуру отходящих газов 500º, то количество тепла, теряемого с отходящими газами, возрастает более чем в пять раз, и тогда тепла не хватит – потребуется расходовать кокса более 10%. Так как при большем расходе кокса содержание СО в отходящих газах возрастет, то, как следствие, нужное количество кокса увеличится еще и по этой причине. Этим главным образом и объясняется, что на Лениногорском заводе кокса расходуется около 14% от проплавляемой шихты. Произведенные расчеты доказывают реальную возможность значительного сокращения кокса при шахтной плавке.

Таблица 46 – Тепловой баланс шахтной свинцовой плавки

Приход тепла	кал	%	Расход тепла	кал	%
Тепло от горения кокса	49490	90,5	С черновым свинцом	931	1,7
Физическое тепло	Со штейном	2100	3,8
шихты кокса	634	1,1	Со шлаком	22192	40,6
воздуха	344	0,6	Унос с пылью	175	0,3
Тепло шлакообразования	2100	3,8	Тепло эндотермических реакций	2211	4,0
Тепло экзотермических реакций	2116	4,0	На испарение влаги шихты	745	1,3
			Унос с отходящими газами	2622	4,8
			На охлаждающую воду	13000	23,8
			Прочие неучтенные потери по разности	10708	19,7
Итого	54684	100,0	Итого	54684	100,0

Литература

1  Валиев свинца, цинка и сопутствующих металлов / , – Алматы: 2000. – 441 с.

2  Воскобойников металлургия: учебник для

вузов / , , – М. : Металлургия, 1987. – 240 с.

3  Диев свинца и цинка / , – М. : Металлургиздат, 1961. – 406 с.

4  Диомедовский печи цветной

металлургии. – М. : Металлургиздат, 1970. – 265 с.

5  Зайцев свинца и цинка / , – М. : Металлургия, 1985. – 263 с.

6  Казачков по теории металлургических

процессов: учеб. пособие для вузов. – М. : Металлургия, 1988. – 288 с.

7  Коротич : учебник для вузов. –Екатеринбург: УГТУ, 2001. – 395 с.

8  Полькин руд цветных и редких

металлов / , – М. : Недра, 1975. – 154 с.

9  Спурников использование сырья в

цветной металлургии. – М. : Металлургия, 1977. – 35 с.

10  Цейдлер металлы. – М. : Металлургиздат, 1931. – 1259 с.

Содержание

Введение…………………………………………………………..3

Практическая работа № 1 Расчеты по агломерирующему

обжигу и шахтной плавке ……………………………………….4

Практическая работа № 2 Расчеты по рафинированию

чернового свинца ………………………………………………...28

Практическая работа № 3 Расчеты по обжигу

цинкового концентрата …………………………………………..46

Практическая работа № 4 Расчеты по электролизу цинка.……67

Практическая работа № 5 Свинцовая шахтная плавка..………..74

Литература………………………………………………………...92

Рецензия

, ,

на методические указания для практических занятий по дисциплине «Металлургия свинца и цинка» для студентов металлургических специальностей. – Павлодар: ПГУ им. С. Торайгырова, 2006.

Рецензируемые методические указания по дисциплине «Металлургия свинца и цинка» предназначены для подготовки специалистов для деятельности в производственных, проектных и исследовательских подразделениях предприятий свинцово-цинковой отрасли.

Студенты приобретают навыки и знания, позволяющие им ориентироваться в областях применения свинца, цинка и сопутствующих металлов, знать принципиальные технологические схемы, теоретические основы процессов окислительного обжига, восстановительных и ликвационных плавок, процессов выщелачивания, очистки растворов, электролитического рафинирования и выделения металлов из растворов.

Считаю, что данные методические указания являются своевременными и способствуют лучшему освоению теоретического материала, пройденного на лекциях.

кандидат технических наук

Министерство образования и

науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный

университет им. С. Торайгырова

Факультет металлургии, машиностроения

и транспорта

кафедра металлургии

заседания кафедры

от «1» февраля 2006г.

г. Павлодар

Председатель: зав. кафедрой металлургии

Секретарь: лаборант

ПОВЕСТКА ДНЯ:

2. Разное

2. СЛУШАЛИ: ст. преподаватель , ст. преподаватель Каршигина свои методические указания для практических занятий по дисциплине «Металлургия свинца и цинка».

ВЫСТУПИЛИ: к. т.н., профессор Суюндиков указания содержат пять практических работ по важнейшим разделам курса.

Студенты приобретают навыки и знания, позволяющие им ориентироваться в областях применения свинца и цинка, знать принципиальные технологические схемы, теоретические основы процессов окислительного обжига, восстановительных и ликвационных плавок, процессов выщелачивания, очистки растворов, электролитического рафинирования и выделения металлов из растворов.

ПОСТАНОВИЛИ: Рекомендовать методические указания для издания в НИЦ ПГУ.

Председатель, к. т.н., профессор, зав. кафедрой

Секретарь, лаборант

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по УР

_______________

«___»________200_ г.

Составители: , ,

Кафедра металлургии

Утверждено на заседании кафедры «___»________200_ г., протокол №___

Заведующий кафедрой _______________

Одобрено методическим советом факультета металлургии, машиностроения и транспорта «____»______ 200_ г., протокол № ___

Председатель МС __________

СОГЛАСОВАНО

Декан факультета __________ «____»______ 200_ г.

Н/к ОМК ___________ «___»________200_ г.

ОДОБРЕНО УМО

Начальник УМО __________ «____»______ 200_ г.