1.4 Шахтная плавка свинцового агломерата.
Шахтная свинцовая плавки является восстановительной плавкой. Она характеризуется универсальностью и высокими технико-экономическими показателями.
Целью восстановительной плавки свинцового агломерата является:
- получение возможно большего количества свинца в виде чернового металла, содержащего золото, серебро, медь, олово, висмут, сурьму, мышьяк, теллур;
- ошлаковать пустую породу и перевести в шлак как можно большее количество цинка.
Схема устройства шахтной печи для выплавки чернового свинца представлено на рисунке 1.5
Шихта для шахтной плавки состоит из офлюсованного агломерата и кокса. Агломерат содержит свинец, сопутствующие металлы (медь, цинк, золото серебро, висмут и др.) и все необходимые компоненты для образования шлака. Крупность основной массы до 100 мм. Содержание мелкой фракции до 20 мм не должно превышать 10-15%. Шихта загружается сверху через колошниковое устройство, снизу через фурмы подаётся воздушное дутьё или дутьё, обогащённое кислородом.
Загрузка агломерата и кокса осуществляется послойно. В нижней части печи (горне) скапливаются жидкие продукты плавки: черновой свинец, штейн и шлак.
Выше слоя шлака располагается столб шихты, нижняя часть которого (0,5-1,0 м) состоит из раскалённого кокса.
Рисунок 1.5 Схема устройства шахтной печи
1-внутренний горн; фурмы; 3- шахта печи; 4- загрузочные люки; 5- колошник; 6-газоход; 7-слои агломерат; 8 – слои кокса; 9- фокус печи; 10 – слой шлака; 11- сифон для слива свинца; 12- черновой свинец
Этот слой представляет собой фокус печи. Для горения кокса через фурмы в печь подают сжатый воздух. В результате интенсивного горения кокса температура в фокусе печи. составляет 1250-1300 оС. Раскалённые печные газы, проходя через столб шихты, нагревают ей и участвуют в реакциях восстановления окисленных соединений шихты. На выходе из печи (в колошнике) газы имеют температуру 200- 400оС.
Столб шихты (4-6 м) по мере выгорания кокса опускается вниз со скоростью порядка 1 м/ч и его пополняют очередными загрузками агломерата и кокса.
Жидкие продукты плавки стекают вниз и собираются во внутреннем горне, где вследствие разностей плотностей расслаиваются на слой металла, штейна и шлака, которые по мере накопления выпускаются из печи.
1.3.1 Химизм процесса шахтной восстановительной плавки
Основным процессом в шахтной плавке, который влияет на состав газовой фазы и удельную производительность печи является процесс горения кокса. Процесс горения кокса протекает в области фурм по реакциям:
С + О2 = СО2 (1.46)
2С + О2 = 2СО (1.47)
Горячие газы, поднимаясь по столбу шихты, нагревают её, а образовавшийся СО2 реагирует с раскалённым коксом по реакции:
СО2 + С = 2СО (1.48)
Образующийся по реакции (1.48) оксид углерода (II) является основным восстановителем в шахтной печи.
Восстановление оксидов металлов оксидом углерода протекает по реакции:
МеО + СО = Ме + СО2 (1.49)
Направление протекания реакции (1.43) зависит от состава газовой фазы.
При восстановительной необходимо максимальное восстановление свинца, но и нежелательно восстанавливать до металла цинк, так металлический цинк легко возгоняется, а верхней части печи, окисляясь, конденсируется и образует тугоплавкие настыли из оксида цинка.
Нежелательно также восстановление до металла железа, так оно может образовывать с углеродом тугоплавкий чугун и вследствие этого настыли в нижней части печи.
Для селективного восстановления свинца, без восстановления цинка и железа в атмосфере печи создаётся определённая восстановительная атмосфера. Содержание СО в газовой фазе не должно превышать 60%.
В этих условиях восстановление оксидных соединений свинца происходит по реакциям:
PbO + CO = Pb + CO2 (1.50)
PbO·Fe2O3 + CO = Pb + FeO + CO2 (1.51)
PbO·SiO2 + CO = Pb + SiO2 + CO2 (1.52)
Сульфат свинца восстанавливается СО до сульфида уже при температуре 550оС:
PbSO4 + CO = PbS + 4CO2 (1.53)
Сульфид свинца в условиях восстановительной плавки практически не восстанавливается и полностью переходит в штейн.
Прямое извлечение свинца в черновой свинец при шахтной плавке составляет 90-93%.
При плавке свинцового агломерата вместе со свинцом восстанавливаются окисленные соединения меди, мышьяка, сурьмы, висмута и других цветных металлов. Эти элементы растворяются в расплавленном свинце, образуя черновой металл.
Cu2O + CO = 2Cu + CO2 (1.54)
Cu2O·Fe2O3 + 2 CO = 2Cu + 2FeO +2CO2 (1.55)
Cu2O·SiO2 + CO = 2Cu +SiO2 + CO2 (1.56)
As2O5 + 5CO = 2As + 5CO2 (1.57)
Sb2O5 + 5Co = 2Sb + 5CO2 (1.58)
Bi2O3 + 3CO = 2Bi + 3CO2 (1.59)
Если в концентрате содержится много серы, то оксид меди реагирует с сульфидами других металлов по реакции
Cu2O + FeS = C2S + FeO (1.60)
Cu2O + PbS = Cu2S + PbO (1.61)
Металлическая медь также взаимодействует с сульфидами других металлов
2Cu + FeS = C u2S + Fe (1.62)
В результате образуется сплав сульфидов железа, меди и свинца – штейн.
Медь, содержащаяся в шихте на 70-80% переходит в штейн, а при и безштейновой плавке на 85% в черновой свинец.
При температуре 1100оС начинается процесс образования жидкого шлака, оканчивающийся полным расплавлением шихты. В шлак переходят оксиды кальция, кремния магния.
При восстановительной плавке высшие оксиды железа восстанавливаются до FeO, который в присутствии кремнезёма легко переходит в шлак:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 (1.58)
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 (1.59)
2FeO + SiO2 2FeO·SiO2 (1.60)
Силикаты железа составляют основу шлака свинцовой шахтной плавки.
Окисленные соединения цинка в условиях шахтной свинцовой плавки трудно восстанавливаются. Для их восстановления требуется сильно восстановительная атмосфера и высокая температура. Поэтому большая часть оксидов цинка переходит в шлак, растворяясь в нём. 90% цинка, содержащегося в шихте, в процессе плавки переходит в шлак.
Благородные металл на 98-99% извлекаются в черновой свинец. В случае получения в процессе шахтной плавки шпейзы, часть благородных металлов, особенно золото, теряется с ней.
Сульфиды свинца, меди и железа, неокислившиеся при обжиге, не восстанавливаются в условиях плавки и образуют штейн с температурой плавления 950-1100оС. Окончательный став штейна устанавливается в итоге взаимодействия его со шлаками и черновым свинцом:
Сu2O + FeS = Cu2S + FeO (1.61)
2Cu +PbS =Cu2S + Pb (1.62)
1.3.2 Продукты шахтной восстановительной плавки
Продуктами свинцовой шахтной плавки являются черновой свинец, штейн, шпейза, пыль и отходящие газы.
Жидкие продукты плавки скапливаются в горне печи. Из - за малой растворимости друг в друге и из-за различия в удельных весах в горне печи образуются три разграниченных жидких слоя: нижний - черновой свинец, средний штейн и верхний шлак.
Черновой свинец содержит целый ряд примесей и характеризуется составом, %: 92-98 Pb, 1-5 Cu, 0,5-2 As, 0,5-2 Sb, 0,1-0,2 Bi, 00,01-0,1 Fe, 0,1-0,3 S, 0-0,05 Zn, 0,01-0,05 Te, 1000-1500 г/т Ag, 50-100 г/т Au. Общее содержание примесей колеблется в пределах от 2 до 8%.
Шлак представляет собой расплав из оксидов пустой породы и специально вводимых флюсов. Он служит для отделения компонентов пустой породы от свинца и вывода их из печи. Температура плавления шлака составляет 1100- 1150 оС, вязкость – 0,5 Па·с, плотность 3,5 -3,8 г/см3. Шлак характеризуется составом, %: 20-30 SiO2, 30-40 FeO, 10-18 CaO, 0,7-4,0 MgO, 3/5-70 Al2O3, 6-25 ZnO. Особенностью шлаков свинцовой плавки является высокое содержание оксида цинка. Сумма компонентов SiO2, FeO, CaO и ZnO может достигать величины более 90%. Содержание свинца в шлаке составляет 1,5 – 2,5%. Со шлаками теряется 2-3% Pb. В шлаке свинец присутствует на 60-70%. В виде металла, на 8-10% в виде сульфида и на 15-20% в виде силикатов и ферритов.
Штейн свинцовой восстановительной плавки концентрирует сульфиды железа, меди, свинца и цинка. Все медно – свинцовые штейны растворяют металлы : свинец, медь, железо, серебро, золото. В зависимости от состава перерабатываемого сырья штейны, характеризуются составам, %: 7-40Cu, 16-45 Fe, 20-25 S, 8-17 Pb, 5,0 - 8,5 Zn. Температура плавления штейна составляет порядка 950-1100оС. Штейн является нежелательным продуктом плавки. Его переработка с целью извлечения меди, свинца и благородных металлов сопряжена с высокими потерями ценных компонентов и большими материальными затратами. Плавка с получением штейна крайне не желательна, если свинцовый концентрат содержит большое количество цинка. При плавке цинк распределяется между штейном и шлаком, затрудняя их разделение. Плавка на штейн целесообразна при содержании меди в агломерате 2-3%.
Если в процессе агломерирующего обжига их концентрата недостаточно полно удалены мышьяк и сурьма, то между слоем свинца и штейна образуется слой шпейзы, в котором они концентрируются. Шпейза - более тяжёлая и тугоплавкая, чем штейн. Её состав колеблется в пределах, %: 2-15 Pb. 2-34 Cu, 20-50 Fe, 18-30 As, 1-6 Sb, 0,001-0,01Au, 0/015-0,2 Ag. Отделение и переработка шпейзы представляет большие трудности. Её образование также является нежелательным явлением.
В процессе шахтной плавки в зависимости от режима плавки унос пыли с отходящими газами колеблется от 0,5 до 2 %. В пыль переходит до 70% Tl, 55%Sc, 40-50% Te, около 25% In, значительная часть кадмия, германия и других ценных компонентов шихты. Состав пыли колеблется в пределах, %: 45-55 Pb, 10-20 Zn, 2-3 Cd, 0,3-3 As, 0,03-0,05 Se, 0,04-0,2 Te, 0,005-0,02 Tl, 0,002-0,02 In, 0,005-0,01 Ge, 3-7 S. Уловленная пыль направляется на специальную переработку с целью извлечения ценных компонентов.
Колошниковые газы в основном состоят из N2, CO2, CO. За счёт разбавления воздухом содержание СЩ в них незначительно. Они не пригодны в качестве горючего и выбрасываются в атмосферу.
1.3.3. Технология свинцовой шахтной плавки
Шахтная печь представляет собой агрегат с вертикаль с вертикальным рабочим пространством, в которое сверху загружают специально подготовленную. Шихту и кокс, а снизу через фурмы подают воздушное дутьё. В шахте печи происходит разогрев с плавление шихты. Эти процессы сопровождаются химическими реакциями, в результате протекания которых образуется черновой свинец и шлак, а иногда также штейн и шпейза.
Шахтная печь (Рис. 1.6) состоит из следующих основных узлов: внутренний горн с сифонами для выпуска жидких продуктов плавки, шахта с фурмами для подачи воздушного дутья, колошник с устройством для загрузки шихты и отстойник жидких продуктов плавки.
Рисунок 1.6 Устройство шахтной печи свинцовой плавки
1- внутренний горн; 2- фурмы; 3- сифон для выпуска шлака; 4-воздушный коллектор; 5 – шатёр; 6- шибер; 7- колошник; 8- кессонированная шахта печи; 9- водяные коллекторы; 10 – сифон для выпуска свинца.
Внутренний горн расположен на массивном фундаменте. Стены горна толщиной 600-800 мм выложены из огнеупорного кирпича. Кладка горна заключена в стальной кожух. По длине и ширине горн соответствует размерам печи в области фурм. Горн всегда заполнен расплавом. В нижней части его собирается свинец, а в верхней части шлак. Свинец из горна выпускается непрерывно через сифон. Шлак выпускается периодически через шпуровое отверстие, расположенное в торце печи или непрерывно через шлаковый сифон.
Шахта выполнена из стальных водоохлаждаемых кессонов, которые сваривают из котельного железа с толщиной внутренней стенки 10-14 мм, наружной -6-8 мм. Расстояние между стенками 100-150 мм. В нижнюю часть кессона подаётся под напором холодная вода. Вода отводится из верней части кессона. Температура отходящей воды 60-70 оС. Обычно шахта состоит из двух рядов кессонов.
Кессоны длинных стенок устанавливают под углом 5-7о к вертикали, что приводит к расширению верхней части шахты. Это способствует снижению скорости отходящих газов и сокращению выноса пыли из печи. Кессоны торцевых стенок устанавливают вертикально. При работе печи на внутренней стенке кессонов образуется корка гарнисажа, которая предохраняет кессоны от разрушения.
Подача воздуха впечь осуществляется через водоохлаждаемые фурмы, которые расположены в кессоне на высоте 300-400 мм от нижнего конца. Диаметр фурм составляет порядка 100-125 мм. Число фурм в печи составляет 30-40. Воздух подводят к фурмам через кольцевой коллектор, который соединён с фурмами гибкими шлангами. Расход воздуха колеблется в пределах 25-50 м3/мин на 1м2 площади сечения печи в области фурм. Воздух подаётся в печь под давлением 13-26 кПа, в зависимости от крупности и пористости перерабатываемого материала.
Колошник служит для загрузки шихты и отвода отходящих газов. Он представляет собой металлический водоохлаждаемый каркас, заполненный огнеупорным кирпичом. Загрузку шихты в печь осуществляют через окна, расположенные вдоль длинных стенок печи. Число загрузочных окон 3-4 с каждой стороны печи.
Загрузку материала ведут послойно: слой кокса, слой агломерата, слой кокса и т. д. Крупность загружаемого материала составляет 20-100 мм.
Отходящие газы имеют температуру 200 -400оС. Запылённость газов составляет 8-17г/м3. Очистка газов от грубой пыли осуществляется в циклонах, а от тонкой – в рукавных фильтрах. Очищенные от пыли газы выбрасываются в атмосферу.
Существует два технологических режима плавки: плавка с высокой сыпью (4-6 м) и плавка с низкой сыпью (2,5 – 3 м). Под высотой сыпи понимают высоту столба шихты, загруженной в печь от уровня фурм до верха.
Ниже приведены показатели плавки в зависимости от режима.
Высота сыпи, м 4-6 2,5 -3
Удельная производительность печи, т/(м2·сут) 45-70 60-100
Расход кокса, % от массы шихты 10-13 7,5-10
Расход воздуха на 1т шихты, м3 900 1440
Содержание свинца в шлаке, % до 1 2-3,5
Температура колошниковых газов, оС 100 -250 до 600
Пылеунос, % от массы шихты 0,5-2 3-5
Более широкое распространение получил технологический режим плавки с высокой сыпью. При этом повышается извлечение свинца, уменьшается вынос пыли, повышается срок службы печей и обеспечиваются лучшие санитарно - гигиенические условия труда. К недостаткам плавки с высокой сыпью следует отнести низкую удельную производительность и больший расход кокса.
Совершенствование процесса шахтной свинцовой плавки связано с применением дутья обогащённого кислородом до 27-30% и его нагрев до 400-450оС. При этом производительность печей повышается на 15-20%, снижается расход кокса а 10-15% и флюсов на 40-60%. Вследствие этого выход шлака сокращается на 30-40%, то приводит к снижению потерь свинца с ними.
В настоящее время в практике получения чернового свинца нашли применение печи сложного профиля с двумя рядами фурм (Рис 1.7).
Рисунок 1.7 Устройство шахтной печи свинцовой плавки сложного сечения
1- горн; 2- сифон для выпуска свинца; 3 –нижний ряд фурм; 4-верхний ряд фурм; 5- коллекторы дутья; 6- шахта печи; 7- колошник; 8-газоход; 9- уровнемер столба шихты.
Применение сложного профиля позволяет увеличить время пребывания шихты в атмосфере восстановительных газов. В результате этого более полно протекают физико - химические процессы, снижается расход топлива на 6-10%, увеличивается извлечение свинца на 0,5-0,7%. В таких печах имеет место более равномерное распределение газов по сечению печи, уменьшается скорость их движения, уменьшается унос пыли, возрастает производитетельность до 70-100 т/(м2·сут) по сечению нижних фурм.
Такие печи работают на Чимкентском свинцовом заводе, в странах Западной Европы на заводах: «Нуайель - Годо»(Франция), «Хобокен» (Бельгия), «Ла-Пергусола» (Италия), «Лауриум» (Греция); в США на заводах «Геркулениум», «Быоию», «Гловер», «Ист-Халена».
Попытки заменить дорогостоящий кокс более дешёвым природным газом успехом не увенчались, так как при этом трудно обеспечить восстановительную атмосферу из - за невозможности регенерировать СО, что достигается при применении кокса за счет протекания реакции Будуара-Бела
СО2 + С = 2СО (1.63)
Обнадёживающие результаты были достигнуты при частичной замене кокса природным газом при одновременном подогреве дутья до 650оС. Опытные плавки с нагретым дутьём и при снижении расхода не более чем на 20% от обычного расхода позволили получить при плавке шлаки с меньшим содержанием свинца, чем на холодном дутье.
В результате длительных испытаний при плавке свинцового агломерата в шахтных печах с дутьём, нагретым природным газом были установлены следующие оптимальные условия плавки: температура дутья-620-700оС; удельный расход кокса -11,5%; расход природного газа на нагрев воздуха - 300 м3/час; суммарный расход условного топлива -13,8%; удельная производительность 47 т/(м2·сут); содержание свинца в шлаке -1,5 -2,0%.
Показатели плавки с холодным дутьём характеризуются следующими показателями: удельный расход кокса 15-16%; производительность печи 32-40 т/(м2·сут); содержание свинца в шлаке -1,5 -2,0%.
При оптимальных условиях плавки с подогретым дутьём расход кокса снизился на 20%. Экономия суммарного расхода топлива (кокса, природного газа) составила 4,5%. Суммарная экономия за счёт стоимости топлива составила 14,5%.
Химический состав продуктов шахтной свинцовой плавки приведён в таблице 1.3
Таблица 1.3- Химический состав жидких продуктов плавки свинцового агломерата в шахтной печи
Компонент | Продукты плавки,% | |||
Свинцовый агломерат | Черновой свинец | Штейн | Шлак | |
Pb Cu As Sb Bi Fe S Zn SiO2 FeO CaO MgO Al2O2 ZnO | 5 - 36 0,5 - 1,0 - - - 10 - 15 1,0 - 2,0 5,0 - 10,0 3,0 - 5,0 - 7,0 - 8,0 - - - | 92 - 98,8 0/5-7,0 0,02- 0,3 0,1- 0,3 0,001-0,05 0,01- 0,1 0,1- 0,3 0 - 0,05 - - - - - - | 7,5 - 29 7,0 - 37,5 - - - 7,0 - 45,0 15 – 23 5,0 - 8,5 - - - - - - | 1,5 - 25 0,1- 0,9 - - - - 3,4-10,5 1,2 – 5,4 17-30 28 – 41 6,0 – 19 0,7 – 4,0 3,5 – 7,0 6 -17 |
1.5 Реакционная плавка
1.5.1 Теоретические основы реакционной плавки
При переработке богатых свинцовых концентратов, содержащих боле 65% Pb в шахтной печи, возникает ряд трудностей. При агломерирующем обжиге такого концентрата образуется большое количество жидкой фазы. В результате частицы шихты обволакиваются плёнкой, что затрудняет осуществление полного обжига. В результате получают плотный, недостаточно обожжённый агломерат. Во избежание этого концентрат проходится разубоживать большим количеством флюсов, что резко удорожает процесс агломерации, из-за снижения производительности агломерационных машин. Кроме того плавка плотного и богатого серой агломерата а шахтной печи сопряжена с большими осложнениями. Для переработки таких концентратов более рациональным процессом является реакционная плавка.
Для проведения процесса реакционной плавки концентрат подвергают частичному обжигу с неполным окислением сульфида свинца по реакциям
2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2 (1.64)
PbS + 2O2 = PbSO4 (1.65)
Образующиеся PbO и PbSO4 вступают в твёрдофазное взаимодействие с неокислившимися частицами сульфида свинца с образованием жидкого металлического свинца по реакциям, на которых основана реакционная плавка
PbS +2PbO = 3Pb + SO2 (1.66)
PbS + PbSO4 = 2Pb + 2SO2 (1.67)
Наличие большого количества свинцовых минералов и незначительное количество частиц пустой породы обеспечивают хороший контакт между участниками реакций реакционной плавки, что создаёт необходимые условия для протекания реакции реакционной плавки с достаточной скоростью.
Присутствие в шихте сульфидов Cu2S, FeS, ZnS, Sb2S3, As2S3 отрицательно сказывается на процессе реакционной плавки. Наличие этих сульфидов приводит к образованию штейна, в котором растворяется сульфид свинца. В этом случае сульфид свинца не восстанавливается до металлического состояния и не извлекается в черновой свинец, что снижает извлечение свинца в черновой металл. Кроме того жидкий штейн обволакивает частицы шихты, что препятствует контакту между оксидами и сульфидами свинца а, следовательно затрудняет процесс реакционной плавки.
Реакционная плавка может осуществляться в горнах, короткобарабанных печах и электропечах.
1.5.2 Горновая плавка
Для горновой плавки используют богатые свинцовые концентраты, содержащие 75-78% Pb. Шихта для горновой плавки состоит из 60-75% свинцового концентрата, 20-25% оборотной пыли, 2-8% извести и 3-10-% кокса. Для снижения пылевыноса из агрегата, шихта веред поступлением в горн увлажняется до 9-12%. Шихта загружается в предварительно разогретый горн. Затем в горн подают воздушное дутьё. За счёт сжигания кокса в горне поддерживается температура порядка 750-850оС. Кроме того, кокс обеспечивает дополнительное восстановление оксида свинца до металла. Находящаяся в шихте известь позволяет обеспечивать поддержание шихты в горне в нерасплавленном, а в тестообразном состоянии. Кислород воздуха окисляет сульфид свинца с поверхности частиц шихты до оксида и сульфата. Поверхностный оксидный и сульфатный слой реагирует с сульфидом свинца, обеспечивая протекание реакций, на которых основана реакционная плавка.
Схематическое устройство горна представлено на рисунке 1.8.
Рисунок 1.8 Схематическое устройство агрегата для горновой плавки
1- станина; 2-ванна жидкого свинца; 3-плита для удаления шлака; 4- перегребающий механизм; 5- механический перегребатель; 6- водоохлаждаемый кессон; 7- вытяжной зонт; 8- воздушный коллектор; 9- фурма для подачи воздушного дутья.
Горн представляет собой чугунный ящик с размерами: длина - 2,0-2,5 м; ширина-0,5 м и высота о,25 м. Ящик устанавливается на металлической станине или кирпичной кладке. Реакционное пространство горна ограничено с тёх сторон водоохлаждаемыми кессонами, а с передней части –шторкой, изготовленной из листовой стали. К передней части горна примыкает плита для выгрузки из печи шлака. Над ящиком установлен вытяжной зонд, соединённый с эксгаустером. На одной из боковых стенок смонтировано летка для выпуска жидкого свинца. Шихта в горне располагается откосом. Во время плавки она периодически перемешивается с помощью механического перегребателя.
По мере накопления из горна периодически выпускают жидкий свинец, а твёрдый остаток, называемый серым шлаком, сгребают с поверхности жидкой ванны и направляют на переработку. С отходящими газами из горна выносится пыль. Вынос пыли из горна составляет порядка 25-30%. Отходящие газа поступают в в газоход, где оседает грубая пыль. Очистка отходящих газов от тонкой пыли осуществляется в рукавных фильтрах или электрофильтрах. Пыль содержит порядка 60-70% свинца. После грануляции она направляется в голову процесса.
Прямое извлечение свинца в черновой свинец невелико и составляет 70-75%. При этом в пыль переходит 20-25%, а в шлак 10-15%. Содержание свинца в сером шлаке составляет порядка 30%. Полное извлечение свинца после переработки пыли и шлака составляет 95-98%. Отходящие газы содержат 5-5% SO2. Они могут быть использованы для производства серной кислоты.
Недостатками горновой плавки являются низкая производительность плавильного агрегата, слабая механизация процесса плавки, высокие требования к перерабатываемому материалу, низкое прямое извлечение свинца в черновой металл, вредные условия для работы в помещении.
В современных условиях горновая плавка может быть использована как вспомогательный процесс, позволяющий извлечь из богатых свинцовых концентратов часть свинца без больших затрат топлива и флюсов.
1.5.3 Реакционная плавка в короткобарабанных печах.
Перед плавкой в короткобарабанной печи свинцовый концентрат, содержащий порядка 70-80% Pb, подвергают агломерирующему обжигу. Обжиг осуществляется таким образом, чтобы в полученном агломерате отношение PbO : PbS = 1: 2. Агломерат с добавкой 3-4% кокса загружают непосредственно в предварительно разогретую печь. Процесс плавки осуществляется при температуре 1200-1250оС. Для поддержания необходимой температуры в рабочем пространстве печи сжигается углеводородное топливо. В качестве топлива могут быть использованы угольная пыль, мазут или природный газ.
Схематическое устройство печи приведено на рисунке 1.9.
Печь представляет собой стальной цилиндр, футерованный изнутри огнеупорным высокоглинозёмистым кирпичом. Длина печи составляет 2,4 м, диаметр 2,4 м. Внутренний объём печи составляет порядка 10 м3. Глубина ванны плавления составляет 0,8 м. В одной из торцевых стен печи имеется отверстие, закрываемое крышкой, которое служит для загрузки шихты в печь. В отверстии противоположной стенки печи установлена пылеугольная горелка или мазутная форсунка. Через это же отверстие удаляют из печи и отходящие газы.
После загрузки печи и подачи дутья печь приводят во вращательное движение, что способствует хорошему контакту частиц шихты и продуктов плавки. Скорость вращения печи составляет 0,5-1,0 об/мин.
Рисунок 1.9 Устройство короткобарабанной печи.
1 – корпус печи; 2 –огнеупорная кладка; 3 - загрузочное окно; 4- окно для сжигания топлива; 5 –Боров для отвода отходящих газов; 6- форсунка для сжигания топлива; 7- венец; 8 –отверстие для выпуска жидких продуктов плавки; 9 –бандажное кольцо; 10- опорный ролик.
Через 1,5-2,0 часа завершаются все процессы реакционной плавки. Жидкими продуктами плавки являются черновой свинец и шлак. Вращение печи прекращают и в течение часа продукты плавки разделяются и отстаиваются. После разделения и отстаивания черновой свинец т шлак раздельно выпускают из печи. Общая продолжительность плавки составляет 3-4 часа. Печь работает в периодическом режиме. За один цикл получают 4-5 т свинца
Прямое извлечение свинца в черновой металл составляет 80-88%.В пыль переходит порядка 6- 8% свинца, а 4-12% свинца переходит в шлак. Шлак направляют на переработку в восстановительную шахтную плавку, а пыль на процесс агломерации. Общее извлечение свинца после переработки шлака и пыли составляет 97-98%.
Недостатками плавки в короткобарабанных печах являются: периодичность процесса, относительно низкая производительность печи, невысокое прямое извлечение свинца в черновой металл и необходимость переработки шлаков.
Плавка в короткорбарабанных печах применяется на заводах в Польше и Германии.
1.5.4 Реакционная плавка в электропечах
Один из вариантов реакционной плавки в электрических печах включает в себя следующие технологические операции: грануляция шихты, агломерирующий обжиг, плавку агломерата на черновой свинец и рафинирование свинца.
Процесс грануляции шихты осуществляется следующим образом. На частицы оборотного агломерата последовательно накатывают слой пыли, затем известняка и затем концентрата. Благодаря такому строению гранулы в процессе агломерации выгорание серы до остаточного содержания 4-5%. В результате получается агломерат, в котором содержание свинца превышает 70%.
Полученный агломерат подвергается дроблению, а затем классификации по крупности. Самую крупную фракцию отправляют на процесс агломерации, где он используется в качестве постели на агломерационной ленте. Средний класс является оборотным агломератом, который поступает на окатывание. Мелкая фракция крупностью менее 8 мм поступает на электроплавку.
Шихта для электроплавки состоит из 85% агломерата, 3-5% известняка, 10% пыли и 2,5-5,0% кокса.
Жидкими продуктами плавки являются черновой свинец и шлак. Температура в в печи поддерживается в пределах 1350-1450оС. Плученный шлак характеризуется следующим составом, %: FeO – 20-23%, СаО – 33-36, SiO2 - 20-22, ZnO - до 12%, Pb - до 3%. Выход шлака невелик. Поэтому потери свинца с ним также невелики и составляют порядка 1,5%.
Прямое извлечение свинца в черновой металл составляет 97%.
Существует также вариант осуществления реакционной плавки путём плавки свинцового концентрата в электропечи во взвешенном состоянии. В этом случае сульфидный концентрат в смеси с известняком измельчают до крупности 2 мм и подсушивают до содержания влаги в шихте порядка 1%. Подготовленная шихта подаётся в электрическую печь вместе с воздушным дутьём, нагретым до 300оС или дутьём, обогащённым до 30% кислородом. Подача шихты осуществляется через специальные загрузочные устройства, расположен6ные в своде печи в непосредственной близости от электродов.
Подача дутья осуществляется через специальные сопла, которые обеспечивают горизонтальную подачу воздуха под сводом печи, что обеспечивает достаточную продолжительность обжига. Температура в зоне горения сульфидов составляет порядка 1150-1200оС. Жидкие и твёрды продукты обжига опускаются на поверхность шлаковой ванны. За счёт выделения тепла при пропускании электрического тока через шлаковый расплав температура шлаковой ванны составляет порядка 1350оС. Здесь завершаются все реакции плавки и происходит разделение жидких продуктов плавки шлака и свинца.
Для снижения содержания свинца в шлаке в шлаковом расплаве поддерживают высокое содержание СаО в пределах 32-35%. В шлаке содержится не менее 9% FeO и до 15% ZnO. Это обеспечивает достаточную электропроводность шлака. Содержание SiO2 в шлаке до 23%.
Для снижения содержания свинца в шлаке и уменьшения расхода угольных электродов на поверхность шлаковой ванны загружаю 5,5% от массы шлака кокса. Кокс восстанавливает свинец из оксида и уменьшат взаимодействие материала электродов со шлаком.
В процессе плавки порядка 36% свинца, содержащегося в концентрате, выносится из печи с пылью, которая возвращается в голову процесса. Тем не менее, извлечение свинца в черновой металл составляет 97,8%., а потери свинца со шлаками не превышают 1,1%.
Достоинством плавки является то, что при её осуществлении исключается необходимость проведения предварительного обжига. В этом случае в одном агрегате совмещаются обжиг и плавка.
Недостатками процесса являются строгие требования к шихте по крупности, необходимость глубокой сушки материала и большой вынос пыли из печи, что требует мощной и совершенной системы пылеулавливания.
