Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов

 Требования к полученному  агломерату:

1. Содержание серы 1,5-2%;
2. Температурный интервал размягчения 950^оС;
3. Прочный, газопроницаемый и пористый (общий объем пор 65-75%).

5 Процесс спекания

На колосниковую решетку конвейерной  ленты загружают так называемую "постель" высотой 30-35 мм, состоящую  из возврата крупностью 10-25 мм. Затем  загружают шихту (250-350 мм). Под колосниковой решеткой создают разрежение около 7-10 кПа, в результате чего с поверхности  в слои засасывается наружный воздух.

Чтобы процесс начался, специальным  зажигательным устройством нагревают  верхний слой шихты до 1200-1300 °С, и топливо воспламеняется. Горение поддерживается в результате просасывания атмосферного воздуха. Зона горения высокой около 20 мм постепенно продвигается сверху вниз (до колосников) со скоростью 20-30 мм/мин.

В зоне горения температура достигает 1400-1500 °С. При таких температурах известняк СаСО₃разлагается на СаО и СО₂, а часть оксидов железа шихты восстанавливается до FeO. Образующиеся СаО и FeO, а также оксиды шихты SiO₂, Fe₃O₄, Fe₂О₃, А1₂О₃ и др. вступают в химическое взаимодействие с образованием легкоплавких соединений, которые расплавляются. Образующаяся жидкая фаза пропитывает твердые частицы и химически взаимодействует с ними. Когда зона горения опустится ниже мест образования жидкой фазы, просасываемый сверху воздух охлаждает массу, пропитанную жидкой фазой, и последняя затвердевает, в результате чего образуется твердый пористый продукт - агломерат. Поры возникают в результате испарения влаги и просасывания воздуха. Продвижение через слой шихты сверху вниз зоны, в которой происходит горение топлива и формирование агломерата (т.е. спекаемого слоя), длится 8-12 мин и заканчивается при достижении постели.

6 Агломерационные спекательные машины

В свинцовом  производстве используют агломерационные  спекательные машины двух типов: с прососом воздуха через слой шихты сверху вниз и продувом шихты воздухом снизу  вверх. Обжиг и спекание шихты  происходит на спекательных тележках (паллетах). Паллета представляет собой стальной или чугунный короб с днищем из чугунных колосников. Каждая паллета опирается на четыре ходовых ролика, которые в верхней части катятся по горизонтальному рельсовому пути, в нижней – по направляющим, наклоненным под углом 3–5° к горизонту. Подъем и перемещение паллет производится с помощью приводных звездочек. Нижние края паллет плотно прижаты к бортам стальных вакуумных камер, соединенных с эксгаустером. Разрежение в камерах составляет 1,5–8 кПа. Шихта агломерации поступает в бункер над аглолентой, с помощью маятникового питателя ее загружают на движущиеся паллеты. Зажигание шихты осуществляется под горном при прососе воздуха. Окончание спекания

совпадает с  прохождением паллетой последних вакуум-камер, над которыми просасываемый воздух охлаждает спек. На закругленной направляющей разгрузочного участка тележка переворачивается, ударяется о предыдущую и от общего массива агломерата отрывается кусок, равный длине паллеты. Выпавший спек попадает на колосниковый грохот, затем поступает в дробилку и вновь на грохот. Верхний продукт грохота крупностью +20–100 мм является готовым агломератом и идет в плавку. Нижний продукт грохота измельчают и вводят в шихту как оборотный агломерат. 

Удельная  производительность агломерационных  машин изменяется от 8–10 т/(м2сут) (для  свинцовых концентратов) до 20–25 т/(м2сут) (для медного и никелевого сырья). Расход топлива на зажигание шихты  составляет 1,5–2,0 %.

Существенный  недостаток агломерационных машин  с прососом для спекания сульфидного  сырья – сильное разубоживание  обжиговых газов воздухом. Вследствие этого среднее содержание SО₂ в отходящих газах не превышает 1,5–3,0 %. Особенно разубоживаются обжиговые газы в хвостовых вакуумных камерах.

Для предотвращения разбавления богатые серосодержащие газы отбирают из головных камер и  направляют на производство серной кислоты, а бедный газ из хвостовых камер  либо используют как оборотный, либо выбрасывают. Кроме того, недостатком  агломерации с прососом воздуха  является получение рыхлого, недостаточно прочного агломерата и приваривание спека к колосникам паллет.

Эти недостатки в значительной степени устраняются  при использовании агломерационных  машин с подачей дутья снизу  вверх. Вся рабочая часть такой агломашины оборудована укрытием (колпаком) для сбора серосодержащих газов. Пространство в колпаке условно разделено на две зоны – богатого и бедного (в хвостовой части) газа, которые отсасываются раздельно двумя вентиляторами. Богатые газы, содержащие 5–7 % SO₂, направляют на производство серной кислоты, бедные – 2–2,5 % SO₂ или, отправляют в оборот в первые дутьевые камеры (рециркуляция), или после пылеочистки выбрасывают.

Дутьевые  агломашины имеют три бункера: для  постели, зажигательного слоя и основной шихты. Зажигательный горн расположен между питателями зажигательного слоя и основной шихты, под ним находится  одна вакуумная камера. На зажженный  слой загружают основную массу шихты, при этом меняется направление дутья, нижний горящий слой поджигает шихту, и ее горение перемещается снизу  вверх.

Агломерационные машины с дутьем имеют в 1,5–2 раза большую удельную производительность (13–18 т/(м2сут)), устраняют припекание шихты к колосникам, позволяют  повысить степень использования  серы из газов, обжигать шихту с более  высоким содержанием свинца.

В отечественной  цветной металлургии наибольшее распространение получили агломерационные  конвейерные машины марок АКМ-50 и  АКМ-75.

Техническая характеристика этих машин приведена  ниже:

Таблица 1

Размеры рабочей поверхности, м:	АКМ-50	АКМ-75
длина	25	30
ширина	2	2,5
Площадь спекания, м2	50	75
Количество вакуум-камер, шт.	13	15
Скорость движения паллет, м/мин	1,1–4,36	1,5–4,5
Вакуум в камерах разрежения, кПа	4–8	7–9
Максимальная высота слоя шихты, мм	300	300
Масса с электрооборудованием, т	295	457

Агломерационная машина (см. рис.1) имеет в качестве основного элемента замкнутую ленту (конвейер) из отдельных спекательных тележек-паллет. Тележка - это опирающаяся на четыре ролика колосниковая решетка с продольными бортами; тележки движутся по направляющим рельсам под воздействием пары приводных звездочек. На горизонтальном участке ленты тележки плотно примыкая друг к другу, образуют движущийся желоб с дном в виде колосниковой решетки.

Под тележками рабочей ветви  ленты расположено 13-26 вакуум-камер, в которых с помощью эксгаустера  создают разрежение 10-13 кПа. Ширина ленты составляет 2-4 м, число тележек  в ленте от 70 до 130, скорость ее движения 1,4-7 м/мин; площадь спекания действующих  машин равна 50-312 м².

 

1 – бункер  для шихты; 2 – питатель; 3 – ведущие  звездочки;

4 – холостая  ветвь; 5 – зажигательный горн; 6 –  вакуум-камеры

 

7 Расчет рационального состава свинцового агломерата

Таблица 2

	Pb	Fe	Zn	Cu	Sb	Si		CaO	S	O	Прочие	Всего
PbS	48								7,4			55,4
ZnS			5,5						2,6			8,1
CuFe		0,4		0,5					0,5			1,4
CuS				1					0,7			1,7
Fe		1,45							1,66			3,1
FeS		4,35							2,4			6,7
					0,3				0,11			0,4
CaO								1				1
Si						4						4
												2,5
прочие											15,7	15,7
всего	48	6,2	5,5	1,5	0,3	4	2,5	1	15,3		15,7	100

 

Расчет оптимального состава шихты агломерирующего  обжига свинцовых концентратов

Свинцовый концентрат, %: 48 Pb; 5,5 Zn; 1,5 Cu; 6,2 Fe; 15,3 S; 1 CaO; 4 SiO2; 2,5 Al2O3; 15,7 прочие.

Кварцевая руда, %: 90 SiO2; 5 CaO; 5 прочие.

Железная руда, %: 133 FeO; 5 SiO2; 5 CaO; 5 прочие.

Известняк, %: 50 СаО; 10,0 SiO2;  58 FeO; 30 прочие.

Рассчитываем количество флюсов подаваемых в шихту агломерирующего обжига для получения при плавке шлака следующего состава, %:

23,6 SiO2; 39,6 FeO; 12,3 CaO; 20 ZnO; 1,6 Pb.

Извлечение цинка в шлак принимаем 90 %.

Тогда в шлак переходит цинка:

5,5·0,90 = 4,95 кг, оксида цинка в шлаке – 4,95·81,4/65,4 = 6,16 кг.

Отсюда выход шлака составляет 6,16·100/20 = 30,8 кг. В этом количестве шлака  содержится, кг:

Кремнезема: 30,8·0,236 = 7,2 кг;

оксида железа (II) : 30,8·0,396 = 12,19 кг;

оксида кальция: 30,8·0,123 = 3,7 кг.

В шлак перейдет полностью кварц  и оксид кальция из концентрата.

Тогда с флюсами потребуется  добавить следующее количество шлакообразующих  оксидов, кг:

Кремнезема: 7,2 – 2,5 = 4,7 кг;

Оксида  железа (II): 12,19 – 6,2 71,8 : 55,8 = 4,29 кг;

Оксида  кальция: 3,7 – 1 = 2,7.

Рассчитываем  количество флюсов алгебраическим методом.

Обозначим через Х – количество кварцевой  руды, через у – количество известняка, через z – количество железной руды.

Используя данные о составе флюсов составляем три уравнения:

Для кремнезема: 0,9х + 0,010у + 0.05z = 4,7

Для оксида железа (II): 0,58у + 0,133z = 4,29

Для оксида кальция: 0,05х + 0,5у +0,05z = 2,7

 

Δ = 0,0145 + 0,05985 + 0 – 0,0261 – 0,0000665 – 0 = 0,04818535

Δх = = 0,145854

Δу = = 0,10961

Δz = = 0,63595

х = = 3,027 кг

у = = 2,274 кг

z = = 13,198 кг

Количество  и состав шлакообразователей

Таблица 3

Флюсы	всего	Si				CaO
		%	кг	%	кг	%	Кг
Кварцевая руда		90	0.9x	-	-	5	0,05х
Известняк		10	0.1y	58	0.58y	50	0,5у
Железная руда		5	0.05z	133	0.133z	5	0,05z

 

 

Состав  шихты на 100 кг свинцового концентрата  без учета расхода оборотного агломерата

Таблица 4

Материал	Количество
	кг	%
Свинцовый концентрат	100	84,38
Кварцевая руда	3,027	2,55
Железная руда	13,198	11,13
Известняк	2,274	1,91
Итого:	118,499	100

 

Содержание серы в шихте без  оборотного агломерата составит:

15,3·100/118,499 = 12,91 %.

Для с нижения с одержание с еры в ш ихте д о оптимального ( 6–8 %) вшихту добавляют оборотный агломерат.

Рассчитываем окончательный состав шихты агломерирующего обжига.

Для этого необходимо найти содержание серы в готовом агломерате. Принимаем, что степень десульфуризации  при плавке агломерата в шахтной  печи составляет 25 %, поэтому с учетом серы, перешедшей в штейн при плавке, в агломерате можно оставить следующее  количество серы, кг: 1,623·100/75 = 2,164. Выход агломерата от массы шихты обжига по производственным данным находится в пределах 88–93%. Принимаем в расчетах 92 %, тогда масса агломерата составит, кг: 118,499·0,92 = 109,02.

В этом агломерате должно содержаться  серы, %: 2,164·100/109,02 = 1,984.

Обозначим через х – количество оборотного агломерата в 100 кг шихты оптимального состава. Составим уравнение материального баланса обжига по сере:

(100 – х)·0,1598 + 0,0188х = 7,

где 0,1598 – содержание серы в шихте  без оборотного агломерата, доли ед.; 0,0188 – содержание серы в агломерате; 7 – количество серы в 100 кг шихты оптимального состава, кг; х = 63,68, т.е. на каждые 36,32 свежей шихты требуется вводить 63,68 кг оборотного агломерата, что от первоначальной шихты составит:

63,68·100 : 36,32= 175%

Выход агломерата от свежей шихты составит 36,32·0,92 = 33,41 кг, а с учетом оборотного агломерата составит 63,68 + 33,41 = 97,09 кг. В агломерате останется серы 97,09 · 0,0188 = 1,825 кг. Десульфуризация при обжиге составит (7-1,825) · 100 : 7 = 73,9%.

 

Данные о составе шихты сведем в табл.

Оптимальный состав шихты агломерирующего  обжига свинцового концентрата

Таблица 5