Расчет процесса фьюмингования шлаков свинцовой плавки

Для расчетов принимаем следующее  извлечение металлов в возгоны, %: 93 Zn, 96 Pb.

2.1 Определение расхода восстановителя

Основным восстановителем в  процессе фьюмингования является оксид  углерода, который образуется при  неполном сжигании топлива. При фьюминговании шлака происходит восстановление оксидных соединений цинка, свинца и редких металлов до элементарного состояния, а высшие оксиды железа при этом переходят в FeO. Расчет количества восстановителя проводится по стехиометрии химических реакций.

Расчет ведем на 100 кг шлака. Определяем количество цинка в возгонах, кг:

Для восстановления такого количества цинка из оксидных соединений ZnO, ZnO*SiO₂ и из сульфида цинка, потребуется оксида углерода, кг:

.

Для восстановления свинца из его  силиката потребуется CO, кг:

.

На восстановление магнетита необходимо следующее количество оксида углерода, кг:

.

В результате реакции образуется FeO в количестве

.

В процессе реакции из магнетита  в газовую фазу с диоксидом углерода уйдет следующее количество кислорода, кг:

.

Суммарный расход восстановителя составит, кг:

.

При этом в газовую фазу выделится  диоксида углерода

.

2.2 Расчет количества и состава  возгонов

Парообразные цинк, свинец и редкие металлы в газоходной системе окисляются и присутствуют в возгонах в виде оксидов. Расчет их количества проводится по стехиометрии химических соединений.

Определяем массу оксида цинка  в возгонах, кг:

(14,136 Zn и 3,459 O₂).

Рассчитываем массу оксида свинца в возгонах, кг:

(1,248 Pb и 0,096 O₂).

За счет механического уноса при продувке расплава в возгоны переходят другие компоненты шлака: Cu₂S, FeO, SiO₂, CaO, Al₂O₃ и прочие. Пылевынос обычно составляет ~1% от массы перерабатываемого шлака.

Халькозин перейдет в возгоны в  количестве

 кг (0,004 Cu и 0,001 S).

Масса оксида железа в возгонах будет равна

 кг (0,252 Fe и 0,072 O₂).

Содержание кремнезема в возгонах составляет

 кг.

В возгонах будет находится следующее количество кальция

 кг.

Глинозем и прочие компоненты перейдут в возгоны в следующем количестве, кг:

, .

Суммируя все компоненты, находим  общую массу возгонов, кг:

.

Все данные расчетов сводим в Таблицу 2.3

 

Таблица 2.3 Количество и состав возгонов по элементам

Элементы	Единицы измерения
	кг	%
Zn	14,136	71,651
Pb	1,248	6,326
Fe	0,252	1,277
Cu	0,004	0,02
O2	3,627	18,384
S	0,001	0,005
Si2O3	0,224	1,135
CaO	0,09	0,456
Al2O3	0,051	0,259
Прочие	0,096	0,487
Всего	19,729	100

 

Возгоны являются сырьем не только для  получения цинка и свинца, но и  для извлечения кадмия и редких металлов. 

2.3 Расчет количества и состава  отработанного шлака

Количество компонентов в отработанном шлаке определяем по разности между массами компонентов в исходном шлаке и перешедшим в возгоны или с учетом их распределения по продуктам фьюмингования.

Вычисляем общее количество цинка  в отработанном шлаке, кг:

.

Оксида свинца содержится в шлаке, кг:

(0,052 Pb и 0,004 O₂).

Рассчитываем количество оксида железа в шлаке, кг:

(24,948 Fe и 7,147 O₂).

Далее по разности между массами  компонентов в исходном шлаке  и в возгонах находим содержание других соединений, кг:

халькозина Cu₂S:  0,5-0,005=0,495 (0,396 Cu и 0,099 S);

кремнезема SiO₂:  22,4-0,224=22,176;

оксида кальция CaO: 9-0,09=8,91;

глинозема Al₂O₃:  5,1-0,051=5,049;

прочих:   9,64-0,096=9,544.

Все расчетные величины сводим в Таблицу 2.4.

По результатам расчета составляем предварительный материальный баланс без учета природного газа и воздуха (Таблица 2.5).

 

 

 

Таблица 2.4 Рациональный состав отработанного  шлака

Компо	Содержание компонентов, кг											Всего, %
	Zn	Pb	Fe	Cu	S	O2	SiO2	CaO	Al2O3	Прочие	Всего
ZnO	1,064					0,261					1,325	1,664
PbO		0,052				0,004					0,056	0,070
FeO			24,948			7,147					32,1	40,295
Cu2S				0,396	0,099						0,495	0,621
SiO2							22,176				22,18	27,842
CaO								8,91			8,91	11,186
Al2O3									5,049		5,049	6,339
Прочие										9,544	9,544	11,982
Итого	1,064	0,052	24,948	0,396	0,099	7,412	22,176	8,91	5,049	9,544	79,65	100

 

Таблица 2.5 Материальный баланс процесса фьюмингования шлаков свинцового производства (без топлива и воздуха)

 

Материалы	Всего, кг	Элементы, кг
		Zn	Pb	Fe	Cu	S	O2	SiO2	CaO	Al2O3	Прочие
Поступило
Шлак	100	15,2	1,3	25,2	0,4	0,1	11,66	22,4	9	5,1	9,64
Получено
Возгоны	19,729	14,136	1,248	0,252	0,004	0,001	3,627	0,224	0,090	0,051	0,096
Шлак отраб.	79,65	1,064	0,052	24,948	0,396	0,099	7,412	22,176	8,910	5,049	9,544
Кислород  из Fe3O4	0,621						0,621
Итого	100	15,2	1,3	25,2	0,4	0,1	11,66	22,4	9	5,1	9,64

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При переработке богатых по свинцу агломератов выход шлака при  шахтной плавке невелик (10 – 15 %), его влияние на общие экономические показатели процесса нельзя недооценивать. Для этого используют чаще всего процесс фьюмингования. Фьюмингование свинцовых шлаков – дополнительный процесс в производстве свинца, заключающийся в переработке шлаков, образованных в процессе плавки в шахтной печи, и делающий общий процесс более экономически выгодным.

Мы сделали основной теоретический  обзор по заданной теме, провели  расчеты по расходу восстановителя, по количеству и составу возгонов, отработанного шлака. Итогом расчетов стал материальный баланс – подсчет суммы весов всех поступающих в данный процесс материалов и всех получаемых продуктов и полупродуктов -, рассчитанный безошибочно.   

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Колмаков А.А. Расчеты технологических процессов в металлургии свинца: практикум /А.А. Колмаков; ГОУ ВПО «Гос.ун-т цвет. Металлов и золота». – Красноярск, 2005.- 96 с.
2. Марченко, Н. В. М30 Металлургия тяжелых цветных металлов [Электронный ресурс] : электрон.учеб. пособие / Н. В. Марченко, Е. П. Вершинина, Э. М. Гильдебрандт. – Красноярск : ИПК СФУ, 2009.
3. Шиврин Г.Н. Металлургия свинца и цинка. М.: Металлургия, 1982. – 352 с.
4. ru.wikipedia.org
5. www.markmet.ru