Курсовая работа (т): Агломерирующий обжиг свинцового концентрата

Агломерирующий обжиг свинцового концентрата

Содержание

Введение

. Общая часть

. Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов

.1 Поведение компонентов

3. Шихта агломерации и ее подготовка

. Процесс спекания

5. Агломерационные спекательные машины

. Расчет рационального состава свинцового агломерата

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.

1. 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, разлагаются карбонаты и получается кусковой пористый, к тому же офлюсованный материал. По существу - это металлургическая подготовка.

. 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:

+ 1,5О₂ = PbО + SО₂ (1.1)+ 2О₂ = PbSО₄ (1.2)

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

₄+ 2CО = PbS + 2CО₂ (1.3)

При температуре свыше 700^оС образовавшийся сульфат свинца диссоциирует:

₄ = PbО + SО₃ (1.4)

При температуре выше 650^оС образуются сложные соединения свинца:

PbО + SiO₂ = PbO·SiO₂ (1.5)О + 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:

+ 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.

2.1 Поведение компонентов

агломерирующий обжиг свинцовый концентрат

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.

3. 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:

.        Однородная по химическому и гранулометрическому составу;

.        Содержание серы в исходной шихте 6-8%;

.        Влажность 6-10%;

.        Содержание свинца не более 50%;

.        Содержание расплавленного компонента в шихте 20-25%.

Требования к полученному агломерату:

.        Содержание серы 1,5-2%;

.        Температурный интервал размягчения 950^оС;

.        Прочный, газопроницаемый и пористый (общий объем пор 65-75%).

. 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.

5. 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.