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…………………………………………………………
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
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
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
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 1000–1100оС. 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
При температуре свыше 700оС образовавшийся сульфат свинца диссоциирует:
PbSO4 = PbО + SО3 (1.4)
При температуре выше 650оС 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 = 3Pbж + SО2 (1.8)
Эта реакция идет в незначительной степени и нежелательна, так как образующийся при этом металлический свинец имеет низкую температуру плавления (327,4оС) 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 1100оС 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
– содержание серы – 1,5–2,5 %, свинца – 45–55 %;
– иметь температурный интервал размягчения – 950–1000оС
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
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:
- 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 950оС;
- 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
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
Эти недостатки
в значительной степени устраняются
при использовании
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
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
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

- Аглопоритовый гравий
- Аграралық өндірістің әлеуметтік-экономикалық мәні және Қазақстанның агроэнеркәсіптік кешенін нарықтық қатынастарға көшірудің негізгі б
- Аграрлық мәселенің шешімдері
- Аграрна реформа в Україні
- Аграрна реформа П.А.Столипіна та її здійснення в Україні (1906-1914 рр.)
- Аграрная политика
- Аграрная политика
- Агентство недвижимости
- Агентство по продаже авиабилетов
- Агентство по страхованию вкладов
- Агентство по страхованию вкладов и его роль в регулировании кредитно-банковского кризиса 2008-2010 годах
- Агитация в процессе избирательной компании, ее принципы и формы
- Агломерационная машина
- Агломерация железных руд