Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«СИБИРСКИЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

______________________________________________

институт

 

_________________________________________________________________

кафедра

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая  работа

Тема: Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов

 

 

 

 

 

 

 

          Студент                   ________                     Бахарева К. В.

                                               подпись, дата                           инициалы, фамилия

 

Преподаватель       __________                 Марченко Н. В.

                                          подпись, дата                           инициалы, фамилия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ачинск 2012г.

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

Общая часть ………………………………………………………………………4

Агломерирующий  обжиг свинцовых концентратов ………………………….4

Шихта агломерации и ее подготовка …………………………………………..6

Процесс спекания ………………………………………………………………...7

Агломерационные спекательные машины ……………………………………..8

 

 

 

 

1 Введение

 

Цветные металлы относятся к числу  важнейших материалов, потребление  которых прямо или косвенно связано  с существованием и развитием всех без исключения отраслей хозяйства в любом государстве и, особенно в промышленно развитых странах. Трудно найти область хозяйственной деятельности, где было бы возможно обойтись без цветных металлов и изделий из них.

Цветная металлургия постоянно развивается  и совершенствуется. Основными направлениями  дальнейшего развития цветной металлургии  являются повышение комплексности  использования перерабатываемого сырья и извлечение из него всех ценных компонентов, увеличение степени вовлечения в металлургическую переработку вторичного (лома и отходов) и трудно перерабатываемого рудного сырья, расширение ассортимента и резкое повышение качества выпускаемой продукции, расширение использования новых прогрессивных энергосберегающих процессов. Особое внимание при этом должно быть уделено ускоренному внедрению в промышленное производство автогенных методов плавки, современных гидрометаллургических процессов и осуществлению всех мероприятий, направленных на действенное улучшение экологической обстановки на предприятиях цветной металлургии.

Потребность в металлах из года в год растет. Развитие техники, науки и культуры немыслимо без машин, механизмов, приборов и множества других изделий  из металлов. Увеличению выпуска многих металлов в современных условиях способствует также бурное развитие атомной энергетики, космической техники и скоростной авиации, радиоэлектроники и компьютерной техники.

Бурный  рост в последние годы производства и потребления различных синтетических материалов, во многих случаях заменяющих металлы, способствует лишь более рациональному использованию металлических материалов с учетом их специфических физико-механических, электрических, химических и других свойств.

Распространенность  металлов в земной коре различна —  от нескольких процентов до миллионных долей. Техническое значение металлов определяется, однако, не только распространением в природе, но и производственными возможностями их получения. Последнее наряду с потребностью и определяет масштабы производства отдельных металлов.

Целью данной  курсовой работы является изучение агломерирующего  обжига свинцового концентрата. Изучение и составление материальных балансов процесса обжига.

 

2 Общая часть

Агломерация - это процесс окускования  мелких руд, концентратов и колошниковой пыли спеканием в результате сжигания топлива в слое спекаемого материала. Для производства агломерата предназначены ленточные агломерационные машины со спеканием слоя шихты на движущейся колосниковой решетке при просасывании воздуха через шихту. Продукт спекания (агломерации) – агломерат - представляет собой кусковой, пористый продукт черного цвета; упрощенно можно характеризовать его как спеченную руду или спеченный рудный концентрат.

При агломерации удаляются некоторые  вредные примеси (сера и частично мышьяк), разлагаются карбонаты и  получается кусковой пористый, к тому же офлюсованный материал. По существу - это металлургическая подготовка.

3 Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов

Агломерацию используют для подготовки сульфидных и окисленных материалов к металлургическим процессам, требующим кусковых шихт, например плавке в шахтных печах. Агломерацию сульфидных материалов проводят с частичной (медные и медно-никелевые концентраты) и максимальной (свинцовые и цинковые концентраты) десульфуризацией.

Необходимость удаления серы из свинцовых концентратов и окисления сульфидов металлов до оксидов вызвана тем, что оксид  свинца – наиболее легко восстановимое  в процессе последующей плавки соединение свинца. Неполное удаление серы из шихты, поступающей на плавку, приводит к  потерям свинца с сульфидной фазой  и снижению извлечения его в черновой металл.

Удаление  серы осуществляют путем нагревания концентрата в окислительной  атмосфере до температуры 1000–1100^оС.  При этом протекают следующие реакции:

PbS + 1,5О₂ = PbО + SО₂                                        (1.1)

PbS + 2О₂ = PbSО₄                     (1.2)

Сульфат свинца в агломерате нежелателен, так  как в процессе дальнейшей восстановительной  плавки он будет переходить в штейн  по реакции:

PbSO₄+ 2CО = PbS + 2CО₂                                                                              (1.3)

При температуре  свыше 700^оС образовавшийся сульфат свинца диссоциирует:

PbSO₄ = PbО + SО₃  (1.4)

 

При температуре  выше 650^оС образуются сложные соединения свинца:

PbО + SiO₂ = PbO·SiO₂  (1.5)

PbО + Fe₂O₃ = PbO·Fe₂O₃  (1.6)

PbО + CaO = PbO·CaO  (1.7)

Образование этих соединений свинца желательно, так  как силикаты и ферриты свинца более легкоплавки и при обжиге образуют некоторое количество жидкой фазы, что способствует спеканию шихты  и получению крупнокускового  материала.

Поэтому в шихту добавляют флюсы, которые  механически разъединяют зерна  сульфидных минералов, способствуя  их индивидуальному обжигу, а также  улучшают отвод выделяющегося избытка  тепла при окислении сульфидов  – играют роль терморегуляторов. В качестве флюсов в шихту добавляют известняк, кварц, железную руду, оборотные шлаки. Количество расплавленных компонентов не должно превышать 20–25 %, чтобы не снизить газопроницаемость шихты и не допустить преждевременного оплавления шихты до завершения реакций окисления.

При длительном пребывании материала в агломерационной  машине возможно протекания реакции  твердофазного взаимодействия сульфида и

оксида  свинца:

PbS + 2PbО = 3Pb_ж + SО₂  (1.8)

Эта реакция  идет в незначительной степени и  нежелательна, так как образующийся при этом металлический свинец имеет  низкую температуру плавления (327,4^оС) и при температуре процесса будет заплавлять паллеты спекательной машины, что приводит к их быстрому износу. Чтобы исключить это, необходимо обеспечить максимально возможную скорость окисления сульфидов свинца.

Примерное распределение свинца в агломерате по формам его нахождения, % от общего содержания свинца: силикатного – 55–60; ферритного –

10–15; сульфидного  – 15–20; оксидного – 8–10; металлического  – 3–5; сульфатного – менее  1.

Чем выше содержание свинца в шихте обжига, тем меньшая его часть будет  связана в силикаты и ферриты  и тем большая его останется  в агломерате в виде оксида или  металла. При этом возрастают потери свинца в газовую фазу, так как  при температуре 1100^оС упругость паров Pb, PbО и PbS составляет, соответственно, 1,0; 1,9 и 12 кПа. Поэтому на практике свинцового производства избегают агломерировать шихту с содержание свинца более 50%.

Чтобы обеспечить нагрев компонентов и поддержания  оптимальной температуры в зоне обжига, без добавки топлива, содержание серы в шихте

должно  быть 6–8 %. Более высокое содержание серы нежелательно. Во-первых, это приведет к большому тепловыделению в зоне обжига слоя шихты, в результате чего температура превысит оптимальную и произойдет

преждевременное оплавление компонентов шихты, что  затруднит их дальнейшее окисление. Во-вторых, при степени десульфуризации (степени выгорания серы) при агломерирующем обжиге, не превышающей 85 %, остаточное содержание серы в готовом агломерате составит более 2 % и потребуется  повторная агломерация. Введение расчетного количества флюсов не обеспечивает необходимого содержания серы и свинца в шихте. Для корректировки состава шихты по свинцу и сере, а также для придания ей хорошей газопроницаемости в шихту добавляют оборотный агломерат в количестве 100–300 % от массы сырой шихты.

Готовая к обжигу шихта должна содержать, %: 6–8 S, 45-50 Pb, 10–20 CaO, 25-35 FeO, 20–25 SiO₂. Перед обжигом шихту увлажняют (6–10 %). Это повышает пористость и газопроницаемость шихты, так как испарившаяся вода оставляет поры и каналы, по которым легче и равномернее проникает просасываемый воздух. Кроме того, испаряясь, вода отводит часть избыточного тепла и является терморегулятором шихты. Получаемый при обжиге агломерат должен обладать следующими качествами:

– высокой  прочностью;

– хорошей  пористостью (суммарный объем пор  – 65–75 %);

– однородностью  по химическому и гранулометрическому  составу;

– содержание серы – 1,5–2,5 %, свинца – 45–55 %;

– иметь  температурный интервал размягчения  – 950–1000^оС

Производят  процесс агломерирующего обжига на агломерационных спекательных машинах, отличительной особенностью которых является интенсивное просасывание (или продувка) воздуха в процессе обжига через

слой шихты. Это позволяет легко совместить в одном металлургическом агрегате и окислительный обжиг свинцового концентрата, и спекание обожженного  материала. Такое оборудование получило повсеместное распространение на свинцовых  заводах.

3.1 Поведение компонентов

Извлечение  свинца в Ме – 90-92% переходит в черновой свинец. Цинк на 80 % переходит в шлак. Медь, если ее >2% она на 80% переходит в штейн, если же < 2%, то на 85% переходит в черновой свинец. Золото и серебро на 99% переходят в черновой металл.

Шлак, получаемый при плавке, содержит 30% SiO₂, около 25% CaO и до 20% ZnO.

Черновой  свинец содержит 90-98% свинца и 2-10 % суммы  примесей.

Штейн, состоит  из сульфидов Cu2S, FeS, PbS и ZnS. Содержание серы в нем около 25%.

Шпейза – это сплав арсенидов и антимонидов свинца. Содержит 60-70% свинца.

4 Шихта агломерации и ее подготовка

Основные составляющие агломерационной  шихты - железосодержащие материалы (рудный концентрат, руда, колошниковая пыль); возврат (отсеянная мелочь ранее  произведенного агломерата); топливо (коксовая мелочь); влага, вводимая для окомкования шихты; известняк, вводимый для получения офлюсованного агломерата.

Кроме того, в шихту зачастую вводят известь (до 25—80 кг/т агломерата), что  улучшает комкуемость шихты, повышая ее газопроницаемость, прочность агломерата; марганцевую руду (до 45 кг/т агломерата) для повышения содержания марганца в чугуне и отходы (прокатную окалину, шламы и другие материалы, вносящие оксиды железа).

Подготовку шихты, как и спекание, ведут на агломерационных фабриках. Подготовка шихты должна обеспечить усреднение, необходимую крупность, дозирование компонентов шихты, смешивание и окомкование ее. Составляющие шихты из бункеров, где они хранятся, выдают с помощью весовых и объемных дозаторов. Дозирование должно обеспечить требуемый состав агломерата.

Для обеспечения равномерного распределения  компонентов по всему объему шихты  необходимо осуществлять хорошее смешивание шихты, что обычно проводят во вращающихся  барабанах, сначала в смесительном, а затем в окомковательном, или совместив эти две операции в одном агрегате. При подаче в барабан воды, разбрызгиваемой над поверхностью шихты, происходит окомкование ее вследствие действия возникающих между частичками материала капиллярных сил. Окомкованная шихта характеризуется более высокой газопроницаемостью. Большое влияние на комкуемость, а, следовательно, и газопроницаемость, оказывает содержание влаги в шихте. Газопроницаемость шихты возрастает по мере увеличения влажности до 6-9 %, а при превышении этой величины шихта превращается в полужидкую массу, газопроницаемость которой низка. После окомкования шихту транспортируют к спекательной машине.

Требования к шихте, поступающей  на обжиг:

1. Однородная по химическому и гранулометрическому составу;
2. Содержание серы в исходной шихте 6-8%;
3. Влажность 6-10%;
4. Содержание свинца не более 50%;
5. Содержание расплавленного компонента в шихте 20-25%.