Реферат металлургия свинца

метки: Свинец, Металлургия, Плавка, Агломерат, Содержаться, Находиться, Сульфид, Штейн

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. металл металлургия свинец

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 технологического процесса плавки свинца. Изучение и составление материальных балансов процесса плавки.

1. Общая часть

1.1 Свойства свинца

Свинец — элемент IV группы периодической системы Д.И. Менделеева, металл серовато-белого цвета, атомный номер 82, атомная масса 207,19, валентность 2 или 4. Температура плавления свинца 327,4°С, температура кипения 1740°С.

Олово, свинец и их сплавы (2)

... материалов с особыми электрическими свойствами. Таким образом, материаловедение — одна из важнейших, приоритетных наук, определяющих технический прогресс. В настоящей курсовой работе рассмотрены олово, свинец и их сплавы. 1. Свинец ... использование пластичности свинца, как получение на нем оттисков, для современной техники кажется анахронизмом. Тем не менее отпечатки на свинце иногда незаменимы и в ...

Плотность твердого свинца 11,35 г/см3, с повышением температуры после перехода металла в жидкое состояние его плотность линейно снижается (в интервале от 328 до 750° С с 10.68 до 10,19 г/см3).

Свинец плохой проводник тепла и электричества: теплопроводность при 18° С равна 34,69 Дж/ (см·с) (7,5% от теплопроводности серебра) при 0° С и 116,4 мкОм/см при 800°С.

Механические свойства невысокие: твердость по Бринеллю всего (28ч42) МПа, металл — мягок, пластичен, легко прокатывается в тончайшую фольгу.

Удельная теплоемкость свинца при 18° С равна 12 кДж/ (кг·К), а жидкость металла 0,142 кДж/ (кг·К).

Металлургам большей частью приходится иметь дело с жидким металлом. При переходе в жидкое состояние теплота плавления свинца составляет 5,1 кДж/моль, теплота испарения свинца 176±0,9 кДж/моль.

Давление насыщенного пара свинца при высоких температурах имеет следующие значения:

Т,К 973 1162 1234 1309 1358 1750

рPb(пар), мПа 0,133 1,33 13,3 133 1330 101

Столь высокая летучесть свинца уже при сравнительно низких температурах заставляет принимать дополнительные меры по технике безопасности при организации свинцового производства или при работе с этим металлом в других отраслях промышленности.

В жидком состоянии свинец жидкотекуч, вязкость его в интервале температур (340ч550)° С изменяется от 1,89 до 1,23 мПа·с. Поверхностное натяжение в интервале (328ч1000)° С изменяется от 4,44 до 3,97 кН/м.

В химическом отношении свинец достаточно инертен. Во влажном воздухе он медленно окисляется с образованием плотной пленки из PbO или основных углекислых и сернокислых солей, предохраняющей его от дальнейшего окисления. В свинце практически не растворяются такие газы, как O2, SO2, H2, N2, CO и CO2. При комнатной температуре свинец не реагирует с серной и соляной кислотой, но хорошо растворяется в азотной. Свинец устойчив по отношению к водному раствору аммиака, хлору, щелочам и органическим маслам.

При повышенных температурах свинец с кислородом воздуха образует ряд химических соединений; Pb2O, PbO (глёт), Pb2O3 и Pb3O4 (сурик).

Последнее соединение широко используется для изготовления красок. Все кислородные соединения свинца (кроме PbO) при повышенных температурах нестойки и распадаются на PbO и O2.

Свинец образует твердые растворы с целым рядом металлов: с оловом, кадмием, медью, висмутом, сурьмой, кальцием, ртутью. Особенностью этого металла является то, что он практически не растворяет железо. Это позволяет вести металлургические операции даже при высоких температурах в аппаратуре, изготовленной из стали и чугуна.

Свинец по сравнению с другими цветными металлами имеет наиболее высокий массовый коэффициент поглощения рентгеновских лучей /1/.

1.2 Применение свинца

По объему производства и потребления свинец занимает четвертое место среди цветных металлов после алюминия, меди и цинка.

Области потребления свинца определяются особенностями его физико-химических и механических свойств. Главный потребитель свинца — аккумуляторная промышленность. Устойчивость свинца к щелочным растворам позволяет изготавливать пластины аккумуляторных батарей из листового свинца. Решетки делают из свинцовосурьмяного сплава и заполняют смесью свинца и глёта.

Современные датчики температуры (отечественного производства)

... датчики для работы в пыльной или задымлённой среде. Контактные датчики температуры представлены, в основном, термопарами и термосопротивлением. Данный способ измерения температуры основан на том, что различные металлы ... для производства терморезистивных датчиков, различают: резистивные детекторы температуры (РДТ). Эти датчики состоят из металла, чаще всего платины. В принципе, любой металл изменяет ...

Значительное количество свинца идет на нужды электротехнической промышленности для изготовления кабелей и покрытий к ним. Большое количество свинца идет на производство тетраэтила свинца, который добавляют в бензин для улучшения его качеств.

Хорошие антикоррозийные свойства этого металла позволяют использовать его в химической и металлургической промышленности, а также в строительстве.

Развитие атомной энергетики поставило вопрос о защите от гамма-излучения. Свинец лучше других материалов способен поглощать гамма-лучи и поэтому как защитное средство очень широко используется в этой области.

Свинец применяют для приготовления различных сплавов — бронз, латуней, баббитов, припоев, типографского сплава и др., — из которых делают вкладыши подшипников, типографские литеры и другие изделия.

Из оксидов свинца наиболее широко используется сурик, идущий на нужды лакокрасочной промышленности. Из новых перспективных областей применения этого металла следует отметить электронику и энергетику, где намечается в широких масштабах использовать ферриты и другие соединения на основе свинца /1/.

1.3 Характеристика сырьевых источников

Основным сырьем для производства свинца являются сульфидные полиметаллические руды. Наибольшее распространение имеют свинцово-цинковые и медно-свинцово-цинковые руды. Помимо свинца, в таких рудах обычно содержатся цинк, медь, кадмий, висмут, золото, серебро, мышьяк, сурьма, таллий, селен, теллур, германий и индий. В природе встречаются также смешанные и окисленные руды, которые имеют в настоящее время ограниченное промышленное значение.

Важное место в общем балансе производства свинца занимает вторичное сырье — промышленные лом и отходы: аккумуляторный бой, оболочки кабелей, свинцовые сплавы и т.д. На долю вторичного сырья приходится до 40 % от общего выпуска свинца.

Важнейшим свинцовым минералом является галенит PbS. В смешанных и окисленных рудах встречаются церуссит РЬСО3 и англезит PbS04. Основные сопутствующие металлы в свинецсодержащих рудах присутствуют в форме сфалерита ZnS, халькопирита CuFeS2, гринокита CdS, арсенопирита FeAsS2, пирита

FeS2 и пирротина Fe7S8. Пустая порода представлена различными силикатами и карбонатами.

Свинцовые руды, содержащие менее (8 ч 9) % РЬ, для непосредственной металлургической переработки непригодны. По этой причине практически все добываемые руды подвергают обогащению методом селективной флотации.

При обогащении свинецсодержащих руд преследуют две цели: отделить большую часть пустой породы и одновременно разделить основные ценные компоненты по самостоятельным концентратам. Максимально при обогащении полиметаллических руд получают шесть продуктов — свинцовый, цинковый, медный, пиритный и баритовый концентраты и отвальные хвосты. Селекция металлов по одноименным концентратам, перерабатываемым на соответствующих заводах, обеспечивает упрощение и удешевление технологии их переработки и повышенное извлечение всех ценных компонентов.

При производстве свинца обычно перерабатывают свинцовые концентраты, содержащие, %: РЬ 30 ч 80; Zn 1 ч 14, Сu до 10, Fe 2 ч 15, S 9 ч 15, Si02 2 ч 13; до 5 кг/т Аu + Ag.

Технология получения свинца

... Извлечение свинца из шлака составляет 95-98%, а цинка до 90%. Для переработки богатых свинцовых концентратов, содержащих 75-78% Pb, может быть использована горновая плавка. Она ... металлы распределяются в основном между медным и свинцовым концентратами. Незначительная часть золота попадает в пирротиновый концентрат. Свинцовые концентраты, получаемые из свинцовых руд, имеют следующий состав (%): Pb-39- ...

На свинцовых предприятиях в качестве сырьевых материалов используют также пыли сернокислотных установок, медеплавильных и цинковых заводов и заводов вторичной металлургии.

Для переработки сульфидных свинцовых концентратов применимы в принципе как пирометаллургическая, так и гидрометаллургическая технология. Однако гидрометаллургические способы извлечения свинца вследствие технологического несовершенства не конкурентоспособны с пирометаллургией и до сего времени не нашли применения в промышленности.

Возможны три метода выплавки свинца из сульфидных концентратов: реакционной, осадительной и восстановительной плавкой.

Реакционная плавка известна с древних времен. Классический вариант этого способа получения свинца — горновая плавка пригодна для переработки только очень богатых свинцовых концентратов, содержащих (75 ч 78) % РЬ.

В основе реакционной плавки свинца лежит принцип частичного окислительного обжига концентрата по реакциям:

2PbS + 3О2 = 2РЬО + 2S02; (1)

PbS + 2О2= PbS04, (2)

с последующим взаимодействием продуктов обжига с остатком неокислившегося сульфида свинца:

• PbS + 2РЬО = 3РЬ + S02; (3)

PbS + PbSO4 = 2РЬ + 2S02. (4)

По принципу реакционной плавки в настоящее время получают свинец методом электроплавки и кивцэтным процессом.

Осадительная плавка основана на реакции вытеснения свинца из его сульфида металлическим железом

PbS + Fe = Pb + FeS (5)

Хотя осадительная плавка не применяется в настоящее время в промышленности, реакция, лежащая в ее основе, частично реализуется в практике шахтной восстановительной плавки.

По указанным причинам современная металлургия свинца практически полностью базируется на использовании технологических схем, включающих восстановительную плавку.

Прямое восстановление сульфидов традиционными углеродистыми восстановителями — задача очень сложная и технологически в промышленных условиях не осуществимая. В то же время оксид свинца (глет) очень легко восстанавливается уже при (160 ч 180)°С даже в слабо восстановительной атмосфере.

Чтобы получить металлический свинец методом восстановительной плавки из сульфидных концентратов, их нужно предварительно подвергнуть окислительному обжигу с одновременным спеканием, так как плавку на черновой свинец ведут в шахтных печах. Обожженный агломерат плавят с коксом; свинец при этом восстанавливается по реакции

РЬО + СО = РЬ + СО2 (6).

Примеси с большим сродством к кислороду при плавке образуют шлак, а с малым — восстанавливаются до металлов и растворяются в свинце. Загрязненный свинец, содержащий обычно не менее десяти примесей, называется черновым. После выпуска из печи черновой свинец в жидком виде направляют на рафинирование.

Метод шахтной восстановительной плавки технологически и экономически эффективен при переработке сульфидных концентратов, содержащих не менее 65 % РЬ. При плавке очень богатых концентратов возникают трудности на стадии агломерации, которые выражаются в получении недостаточно обожженного агломерата вследствие оплавления материала.

Рафинирование чернового свинца проводится преимущественно пирометаллургическим способом, хотя на некоторых заводах для этого используют электролиз /3/.

2. Технологическая часть

2.1 Выбор и технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии переработки свинца

Основные задачи металлургической переработки свинцовых концентратов:

1. отделить элементы пустой породы от основных металлов (свинец, медь, цинк) и их спутников: золота, серебра, кадмия, селена, теллура, висмут;

2. разделение основных металлов друг от друга с получением их в металлическом состоянии;

3. очистка полученного чернового свинца от сопутствующих элементов.

Эти задачи решаются гидро- и пирометаллургическим способами.

Гидрометаллургическими способами являются хлоридный, щелочной, с применением органических растворителей.

К пирометаллургическому способу относятся: восстановительная, реакционная, осадительная, щелочная и содовая плавки.

Восстановительная плавка основана на способности углеродистых восстановителей восстанавливать свинец из оксидов по реакциям:

PbО + СО = Pb + СО2, (7)

СО2 + С = СО, (8)

Pb + С = Pb + СО (9)

Процесс избирателен и технологичен, но требует обязательного предварительного окислительного обжига свинцовых сульфидных концентратов. Таким образом, в процессе восстановительной плавки предварительно окисленного сырья можно получить:

• черновой свинец, содержащий медь, серебро, и другие металлы;
• шлак, в который перейдут щелочные и щелочно-земельные металлы: железо, цинк и другие минералы пустой породы;
• пылегазовые возгоны, в которые переходят летучие компоненты, такие как кадмий, цинк, редкие металлы и др.;
• шлак: сплав сульфида Cu2S, FeS, PbS.

Жидкие продукты плавки друг в друге не растворяются и в следствии разности плотностей в процессе отстаивания разделяются внизу свинца, затем штейн, вверху шлак. Черновой свинец идет на рафинирование, а шлак и штейн на переработку.

Восстановительная плавка имеет преимущества:

• высокое извлечение свинца в металл (около 93%);
• высокая комплексность использования ценных составляющих до 90%;
• высокая производительность;
• универсальность в технологии.

Недостатки восстановительной плавки:

• необходимость дополнительных металлургических операций окислительно-агломерирующего обжига;
• Большой расход дорогого кокса;
• высокая запыленность и токсичность отходящих газов.

Реакционная плавка (автогенный процесс) основана на использовании взаимодействия сульфидных и оксидных соединений свинца по реакциям:

PbS + PbSО4 = Pb + SО2 (10)

PbS + PbО = Pb + SО2 (11)

Иногда сульфидные концентраты подвергают частичному обжигу:

PbS + О2 = PbО + SО2 (12)

PbS + О2 = PbSО4 (13)

Процесс проводят в электрических печах. Этот способ пригоден только для переработки богатых по свинцу концентратов с минимальным содержанием примесей.

Преимущества реакционной плавки:

• не требует большого расхода кокса;
• высокое извлечение свинца в металл;
• возможность проведения процесса обжига и плавки в одном аппарате.

Недостатки реакционной плавки:

• трудно перерабатывать сложное сырье, содержащее значительное количество цинка и меди

Для получения свинца из богатых руд и концентратов можно использовать осадительную плавку, осонованную на способности железа вытеснять свинец из его соединений с серой. При этом свинцовый концентрат плавят в сильновосстановительной атмосфере, в смеси с железным ломом.

PbS + Fe = Pb + FeS (14)

Получают черновой свинец, шлак и штейн.

При этой плавке можно использовать для переработки полупроводников свинцового производства, содержащих свинец в сульфидной форме.

Недостатки:

• низкое извлечение свинца в металл, менее чем 80%;
• большой расход кокса;
• для переработки пригоден только богатый по свинцу концентрат;
• большой расход огнеупоров;
• низкая производительность печи.

Щелочная плавка заключается в плавке свинцового концентрата в электрической печи в смеси с NaOH при 850°С. В основе лежит реакция

PbS + Na2S + O2 = Pb + Na2SO4 + H2O (15).

У данной плавки высокое извлечение свинца в металл и незначительное содержание примесей в свинце.

Недостатки: большой расход щелочи и малая комплексность использования сырья.

Сущность содовой плавки заключается в плавлении свинцового концентрата при температуре 1100°С по реакции

PbS + Na2CO3 + O2 = Pb + Na2S + CO2 (16).

Преимуществом этой плавки является высокое извлечение свинца и небольшой пылевынос. Недостатками — большой расход соды, низкая комплексность использования ценных составляющих сырья. /4/.

2.2 Шахтная плавка

Свинец получают методом восстановительной плавки.

Цели восстановительной плавки свинцового агломерата:

1. Получить максимальное количество свинца в виде чернового металла, в котором концентрируются золото и серебро и растворяются другие ценные металлы (медь, висмут, сурьма, мышьяк, олово, теллур);

2. ошлаковать пустую породу и перевести в шлак возможно больше цинка, присутствующего в агломерате /4/.

Поскольку изобарно-изотермический потенциал образования окислов и соединений окислов свинца с SiO2 и Fe2O3 относительно небольшой, для восстановления свинца требуется слабовосстановительная атмосфера. Часть соединений свинца восстанавливается непосредственно коксом (прямое восстановление), однако превалирующей реакцией является взаимодействие с газообразным восстановителем — СО.

Реакция восстановления свинца из свободной окиси

PbO + CO = Pb + CO2 (17)

начинается при температуре (160ч180)°С и незначительной концентрации СО.

Термодинамические данные восстановления PbO окисью приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Изобарный потенциал и lg Kp для реакций восстановления окиси свинца окисью углерода

Темпе-ратура, °С	— ? G	Lg Kр	Темпе-ратура, °С	— ? G	Lg Kр	Темпе-ратура, °С	— ? G	Lg Kр
150 200 300 400 500	16 511 16 587 16 808 16 940 17 191	8,5065 7,6756 6,4202 5,5089 4,8538	600 700 800 900 1000	17 415 17 611 17 854 17 892 17 767	4,3657 3,9611 3,6414 3,3393 3,0543	1100 1200 1300 1400	17 650 17 528 17 355 17 142	2,9470 2,6040 2,4140 2,3732

Изобарно-изотермический потенциал определен для трех интервалов температур:

1. для реакции PbO(тв) + СО = Pb(тв) + СО2 (ниже 327°С)

?G = — 15920 + 1,89Т lg Т +0,44

• 10-3Т2 + 1,15
• 105Т-1 — 7,19Т;

2. для реакции PbО(тв) + СО = Pb(ж) + СО2 (в интервале 329-890°С)

?G = — 14950 — 0,49Т lg Т + 1,45

• 10-3Т2 + 1,15
• 105Т-1 — 2,80Т;

3. для реакции PbО(ж) + СО = Pb(ж1) + СО2 (в интервале 890-1472°С)

?G = — 15060 + 7,83Т lg Т — 0,08

• 10-3Т2 + 0,68
• 105Т-1 — 26,40Т.

Для восстановления PbО из шлака необходимы более высокие концентрации СО в смеси СО + СО2 из-за снижения концентрации (активности) PbО и образования силикатных и ферритных комплексов. Коэффициент активности PbО в шлаках в пределах концентрации свинца (0,5 ч 3)% близок к единице.

При шахтной плавке могут проходить также следующие побочные реакции:

PbSO4 + 4СО = PbS + 4СО2, (18)

PbS + Fe = FeS + Pb (19)

Реакция (1) показывает, что присутствие PbSO4 в агломерате нежелательно, так как снижает извлечение свинца, увеличивает потери его в шлаках. Для осуществления реакции (2), снижающей потери свинца, многие заводы загружают в шахтную печь железную стружку. Введение в шихту сильных оснований (например, СаО) способствует повышению активности окиси свинца и степени его восстановления.

Концентрация СО в газах шахтной свинцовой плавки недостаточна для восстановления в заметной степени закиси железа и окиси цинка, которые переходят в шлак. для восстановления свободного FeO при 1200°С содержание СО в смеси СО + СО2 должно быть около 80%, при восстановлении из расплавов это содержание увеличивается.

Таким образом, при шахтной свинцовой плавке не создаются условия для восстановления соединений железа, которые переходят в шлак.

Цинк находится в агломерате в виде ZnO, ZnS, ZnSO4 и феррита. При повышенном содержании его в сырье стараются полнее удалить серу из агломерата для перевода окиси цинка при плавке в шлак. Сульфид цинка увеличивает вязкость шлаков и потери с ними свинца.

Окисные соединения меди легко восстанавливаются и медь в виде металла переходит в свинец. Сульфиды меди образуют вместе с сульфидами других металлов самостоятельную фазу — штейн. Как отмечалось, выгоднее переводить медь при плавке в черновой свинец (на 80ч90%).

Мышьяк, сурьма, золото, серебро, висмут переходят в основном в черновой свинец. Иногда при повышенных содержаниях и восстановительных условиях мышьяк и сурьма образуют с железом самостоятельную фазу — шпейзу, куда переходят заметные количества золота и серебра. Рациональных способов переработки шпейзы нет и ее получение нежелательно.

Отличительной особенностью шахтных свинцовоплавильных печей является наличие внутреннего горна для свинца и сифона для его непрерывного выпуска. Широкое распространение для выплавки свинца получили шахтные печи переменного по высоте сечения (ступенчатообразные).

В связи с тем, что свинцовое сырье богатое, печи строят относительно небольшие. Максимальная площадь сечения их в области фурм (12ч14) м2. Количество фурм и диаметр их различны. Высота сыпи не превышает (5ч6,5) м. В зависимости от качества сырья и высоты сыпи давление дутья изменяется в переделах (1400ч3000) мм вод. ст. Расход воздуха на печь равен (250 ч 300)м3/мин, удельный расход (15 ч 30) м3/(м2

— мин).

Интенсивность сжигания кокса (3 ч 6) т/м2 за 24ч. Расход кокса равен (10 ч 17)% от массы шихты. Зарубежные заводы расходуют меньше кокса вследствие лучшего состава сырья и более тщательной подготовки шихты к плавке. Без применения интенсификатов (кислорода, подогрева дутья и т.д.) в печах обычной формы отечественные заводы расходуют (14 ч 17)% кокса от массы шихты.

Проплав шихты зависит от ее свойств, расхода дутья, кокса, состояния печи и других показателей и колеблется от 40 до 85 т/(м2

• сут).

Шахтные печи свинцовой плавки (рисунок 1) имеют ряд специфических особенностей: внутренний горн, сифон для непрерывного выпуска чернового свинца, шахту с двумя рядами кессонов, двухрядный фурменный пояс (не всегда) и внешний отстойник.

Рисунок 1 — Шахтная печь свинцовой плавки

1 — внутренний горн; 2 — фурмы; 3 — сифон для выпуска шлака; 4 — воздушный коллектор; 5 — шатер; 6 — шатер; 7 — колошник; 8 — кессонированная шахта печи; 9 — водяные коллекторы; 10 — сифон для выпуска свинца

Внутренний горн постоянно заполнен расплавом. В нижней его части собирается свинец, а вверху — шлак. В случае образования при плавке штейна он размещается между свинцом и шлаком по мере накопления в горне свинец непрерывно вытекает в наружную сифонную чашу и далее в ковш. Сифонный выпуск свинца позволяет регулировать уровень расплава в печи путем изменения высоты сливного порога в сифоне.

Шлак выпускают непрерывно из внутреннего горна через шлаковый сифон, а периодически — через специальную клетку.

Шахта печи выполнена из стальных водоохлаждаемых кессонов, установленных в нижней части печи под углом (5ч7)° к вертикали. Нижний ряд кессонов опирается на борта горна, снабжен фурменными отверстиями диаметром (100 ч125) мм и установлен с расширением кверху. Кессоны верхнего ряда ставятся вертикально. Расширение верхней части печи способствует снижению скорости движения газового потока и сокращению выноса пыли из печи. Максимальная площадь сечения печей в области фурм (11 ч 12) м2, высота шахты (5 ч 6,5) м.

Фурмы для подачи дутья в количестве (30 ч 40) шт. на некоторых заводах располагаются по вертикали в два ряда в шахматном порядке. Это улучшает условия сжигания топлива в печи и способствует лучшему распределению дутья по сечению печи.

Внешний отстойник предназначен для разделения жидких шлака и штейна и отстаивания взвешенных в них капель свинца. На практике применяют как передвижные, так и стационарные электрообогреваемые отстойники /3/.

В области фурм шахтной печи углерод кокса окисляется по реакции С + О2 = СО2 + 94,05 ккал (20).

Температура здесь достигает (1400 ч 1500)°С. Выше этой зоны протекают реакции:

С + СО2 = 2СО — 41 ккал, (21)

МеО + СО = Ме + СО2, (22)

МеО

• SiO2 + СО = Ме + SiO2 + СО2 (23)

Реакция (5) объясняет упрочнение агломерата при его восстановлении легкоплавкие агломераты заменены тугоплавким кремнеземом. Восстановление СО2 до СО в печах свинцовой плавки может быть значительно развито только при избытке кокса, когда слой его превышает высоту (длину) окислительной зоны. Избыток кокса, так же как и недостаток, расстраивает плавку. Колошниковые газы шахтной свинцовой плавки содержат, %: 15 ч 18 СО2; 8 ч 10 СО и 0 ч 2 О2. На состав этих газов влияют соотношение кокс: воздух, высота сыпи, равномерность расположения компонентов шихты в печи и другие факторы.

При нормальном расходе кокса полное расплавление агломерата происходит на границе окислительной зоны. До участка плавления агломерат должен опускаться достаточно пористым и жаропрочным. Заметное восстановление свинца из агломерата наступает при температуре (900 ч 1000)°С. горячий жидкий свинец растворяет легковосстановимые примеси: медь, мышьяк, сурьму, олово, висмут, а также некоторое количество сульфида свинца, серебро и золото и скапливается в горне.

Трудновосстановимые окислы (глинозем, кремнезем, окись кальция, закись железа, окись цинка), сплавляются, образуя шлак. Поскольку в штейнах и шлаках свинцовой плавки содержится много цинка, межфазное поверхностное натяжение на границе шлак — штейн и шлак — металл намного меньше, чем при медной плавке; коалесценция капелек штейна происходит слабо и потери меди и свинца со шлаками свинцовой плавки относительно велики.

Шлаки свинцовой плавки должны быть достаточно жидкоплавкими при (1130 ч 1170)°С, иметь плотность (3,4 ч 3,6) г/см3, вязкость — не более 5 П и содержать (1 ч 2)% и менее свинца.

Для шлаков, применяемых в настоящее время, характерно низкое содержание кремнезема (20 ч 25%) и повышенное содержание окиси кальция (14 ч 20%).

Соответствующий этому составу агломерат характеризуется оптимальной жаропрочностью и восстановимостью.

В шлаках свинцовой плавки растворяется (0,7 ч 0,9)% свинца. Сверх этого количества свинец в заводских шлаках присутствует либо в виде силикатов (в случае слабой степени восстановления), либо сульфидов (при образовании штейнов).

Растворимость свинца из штейна значительно выше, чем из чернового свинца. Так, при 1250°С в одних и тех же условиях в шлаке (70,6% FeO и 29,4% SiO2) из чернового свинца растворяется 0,23% Pb, а из штейна (45% FeS; 35,2% Cu2S; 19,6% PbS) эта величина равна 0,76% Pb. С увеличением в штейне содержания свинца растворимость его в шлаке возрастает. Повышение содержания сульфида свинца в штейне с 10 до 20% (мол.) повышает содержание растворенного в шлаке (45% FeO; 31,2% SiO2; 13,25% СаО; 8,05% Al2O3) свинца с 0,47 до 0,69%.

Существенно на растворимость чернового свинца при 1250°С влияет изменение состава газовой атмосферы от чистого СО2 до смечи СО + СО2, содержащей 83% СО. При этом содержание свинца в шлаке снижается от 0,37 до 0,16%. Изменение температуры с 1200 до 1350°С увеличивает растворимость свинца в шлаке с 0,20 до 0,31%.

Определенное влияние на растворимость свинца в шлаке оказывает состав шлака. Изменение кислотности шлака (56,1% FeO; 30,2% SiO2; 13,7% СаО) с 30 до 45% SiO2 при постоянном соотношении FeO : СаО и прочих условиях снижает содержание растворенного свинца с 0,17 до 0,12%. Замещение FeO на СаО до 22% в шлаке (2FeO

• SiO2) снижает содержание свинца в нем с 0,23 до 0,14%.

Повышение содержания в шлаке окиси цинка до 20% увеличивает количество растворенного свинца с 0,14 до 0,28%. Введение в черновой свинец сурьмы и мышьяка почти вдвое (с 0,20 до 0,40%) увеличивает растворимость свинца в шлаке.

В связи с небольшим температурным интервалом размягчения агломерата и его легкоплавкостью шахтная свинцовая плавка характеризуется образованием на стенках печи настылей, увеличивающихся со временем. Образованию настылей способствует наличие мелочи в шихте. Мелочь создает неравномерное газораспределение в шахте, приводящее к преждевременному оплавлению ее в местах продува газа.

Очистку отходящих газов шахтной плавки проводят преимущественно в рукавных фильтрах.

Пыли свинцового производства являются ценным полиметаллическим сырьем.

Помимо свинца и цинка, они содержат кадмий, индий, селен, теллур, таллий и другие элементы. Благодаря высокой упругости паров этих металлов или их соединений концентрация кадмия и других элементов в (10 ч 20) раз выше, чем в концентратах. Выход пыли при агломерации (1 ч 2)%, при шахтной плавке (4 ч 6)% от массы агломерата. В среднем пыль шахтных печей содержит, %: 40 ч 45 Pb; 10 ч 20% Zn; 2 ч 3% Cd; 0,3 ч 3% As; 0,03 ч 0,5 Se; 0,04 ч 0,2% Те; 0,005 ч 0,02% Tl; 0,002 ч 0,02% In; 3 ч 7% S; 1 ч 3% Cl.

Пыли свинцового производства перерабатывают отдельно с получением не только свинца, но и ряда ценных металлов — спутников. В осонову технологии принята сульфатизация пылей серной кислотой. Пыли агломерации и шахтной плавки гранулируют на чашевом грануляторе с добавкой крепкой серной кислоты. Полученные гранулы подвергают обжигу в печи кипящего слоя при температуре (300 ч 350)°. При этом в возгоны переходят на (70 ч 80)% мышьяк, хлор и фтор, содержащиеся в пылях, и на (60 ч 80)% селен. Селен извлекают из возгонов. Сульфатный продукт подвергают гидрометаллургической переработке с извлечением индия, теллура, таллия, кадмия и получением цинкового купороса.

Удается извлечь в конечные продукты до, %: 90 Pb; 60 Zn; 80 Cd; 40 ч 60 In; 40 ч 60 Se и вынести из производства на 80 ч 90% такие вредные примеси как мышьяк, хлор, фтор. /2/.

3. Технологическая часть

3.1 Металлургические расчеты

3.1.1Расчет рационального состава свинцового агломерата

Свинцовый агломерат — основной продукт окислительно-агломерирующего обжига свинцовых агломератов. Металлы в нем на (60 — 50)% представлены силикатами, на (10 — 15)% — ферритами, на (8 — 10)% оксидами и на (10 — 15)% сульфидами и сульфатами. Знание рационального состава этого продукта позволяет выбрать основные параметры восстановительной плавки, сделать металлургические подсчеты и предсказать основные показатели процесса плавки.

В примере расчета рационального состава свинцового агломерата выбран следующий его химический состав, %: 40,8 Pb; 7,7 Zn; 3,4 Cu; 16,2 Fe; 1,7 S; 10,2 SiO2; 5,4 СаО; 3,3 Al2O3.

Минералогический анализ агломерата показал, что отношение сульфидной серы к сульфатной равно 4:1. Сульфидная сера (50%) связана в агломерате с цинком, со свинцом (25%) и медью (25%).

Сульфатная сера (50%) связана с кальцием, со свинцом (25%) и цинком (25%) и цинком (25%).

Медь в агломерате присутствует в виде соединений халькозина и оксида меди (I).

Железо на 50% в агломерате представлено магнетитом, на 25% — в виде оксида железа (III) и на 25% — в виде феррита свинца. Свинец (50% от общего его содержания) находится в виде силиката, а остальной свинец, не связанный в сульфидную, силикатную и ферритную формы, присутствует в агломерате в виде свободного оксида свинца. Остальные металлы (цинк, кальций, кремний и алюминий) находятся в агломерате в виде свободных оксидов.

Расчет ведем на 100 кг агломерата.

Определяем количество сульфидной (SS) и сульфатной (SSO4) серы в агломерате, кг:

сульфидной серы в агломерате будет 1,7 4 : 5 = 1,36,серы сульфатной в агломерате 1,7 — 1,36 = 0,34.

С цинком связано серы сульфидной 1,36

• 0,5 = 0,68 кг.

Находим количество сульфида цинка в агломерате, кг:

Тогда масса цинка в сульфиде цинка равна, кг,

По условию с цинком связано сульфатной серы, кг,

0,34

• 0,25 = 0,08.

Рассчитываем количество сульфата цинка, кг:

В сульфате цинка содержится цинка, кг,

Определяем количество кислорода в сульфате цинка, кг:

Рассчитываем массу цинка в оксиде цинка, кг:

Находим количество оксида цинка в агломерате, кг:

В нем содержится кислорода, кг,

Определяем количество серы, которое связано со свинцом в галените, кг:

1,36

• 0,25 = 0,34.

Находим массу PbS в агломерате, кг:

В галените содержится свинца, кг,

Количество сульфатной серы, связанной со свинцом, составляет

0,34

• 0,25 = 0,085.

Рассчитываем массу сульфата свинца в агломерате, кг:

В этом количестве сульфата свинца находится свинца, кг,

Кислорода в сульфате свинца содержится, кг,

Определяем количество свинца в силикате свинца, кг:

mPb=(mPb)·(СPb)агл=40,8·0,5=20,4.

Рассчитываем количество силиката свинца, кг:

Вычисляем количество кислорода, связанного со свинцом в силикате, кг:

Находим количество кремнезема в силикате свинца, кг:

Определяем массу железа в феррите свинца, кг:

mFe=(mFe)агл·0,25=16,2·0,25=4,05.

Рассчитываем количество феррита свинца в агломерате, кг:

С ферритом связано свинца, кг,

Находим количество кислорода в феррите свинца, кг:

Рассчитываем количество свинца, который находится в оксиде свинца, кг:

(mPb)PbO=(mPb)агл-(mPb)PbS-(mPb)PbSO4-(mPb)PbO·SiO2-(mPb)PbO·Fe2O3=40,8-2,22-0,55-20,4-7,52=10,11.

Количество оксида свинца составляет, кг,

Вычисляем количество кислорода в оксиде свинца, кг:

По условию железа в магнетите находится следующее количество, кг: 16,2·0,5=4,05.

Рассчитываем массу магнетита, кг:

Кислорода в магнетите находится, кг,

Определяем количество железа в оксиде (Fe2О3), кг:

16,2

• 0,25 = 4,05.

Масса оксида железа составляет, кг:

В этой массе Fe2O3 содержится кислорода, кг:

Вычисляем содержание халькозина в агломерате. Для этого определяем количество сульфидной серы, связанной с медью, кг:

1,6

• 0,54 = 0,4.

Сульфида меди (Cu2S) в агломерате содержится, кг,

Меди связано в халькозине, кг,

В оксиде меди находится следующее количество меди, кг:

2,8 — 1,58 = 1,22.

Масса оксида меди составляет, кг,

Кислорода связано в оксиде меди, кг,

Рассчитываем количество сульфата кальция в агломерате. Для этого определяем количество сульфатной серы, связанной с кальцием, кг: 0,4

• 0,5 = 0,2.

Масса сульфата кальция составляет, кг,

Оксида кальция в сульфате содержится, кг,

Находим количество кислорода в сульфате кальция, кг:

В свободном состоянии в агломерате оксида кальция будет, кг,

Определяем количество свободного диоксида кремния в агломерате, кг:

Результаты расчета рационального состава свинцового агломерата сведены в таблицу 2.

Таблица 2 — Рациональный состав свинцового агломерата

Сведения	Содержание компонентов
	Pb	Zn	Cu	Fe	SS	SSO4	O	SiO2	CaO	Al2O3	Прочие	Всего
PbO	8,72						0,67					9,39
PbO·SO2	19,2						1,48	5,55				26,23
PbO·Fe2O3	7,24			3,9			2,24					13,38
PbSO4	0,64					0,1	0,2					0,95
PbS	2,59				0,4							2,99
ZnO		5,16					1,26					6,42
ZnS		1,64			0,8							2,44
ZnSO4		0,2				0,1	0,2					0,5
Cu2S			1,58		0,4							1,99
Cu2O			1,22				0,15					1,37
Fe3O4				7,8			2,98					10,78
Fe2O3				3,9			1,67					5,57
CaO									6,15			6,15
CaSO4						0,2	0,3		0,35			0,85
SiO2								5,05				5,05
Al2O3										2,3		4,3
Прочие											3,65	3,65
Итого	38,4	7	2,8	15,6	1,6	0,4	11,15	10,6	6,5	2,3	3,65	100

При плавке меди в штейн извлекают 80%, штейн содержит 20% S, остальные компоненты определяют по расчету.

Расход кокса на плавку составляет 12% от массы агломерата, в коксе содержится 10% золы. В состав золы кокса входят, %: 50 SiO2; 35 Al2O3; 12 Fe2O3; 3 СаО.

Извлечение цинка из агломерата в шлак при плавке составляет 85%, в пыль — 6%. Остальной цинк распределяется между штейном и черновым свинцом.

Извлечение свинца в пыль равно 1,5%. В шлаке содержится 1,3% свинца и 0,6% меди. В шлаке свинец представлен оксидом свинца на 20%, а металлом на 80%. Медь в шлаке находится в виде Cu2S.

Степень дезульфуризации при плавке составляет 24%.

3.1.2 Расчет количества и состава получаемого при плавке штейна

По известной степени дезульфуризации (24%) определяем суммарное количество серы в штейне и шлаке, кг:

(mS)ш=(mS)агл·(1-DS)=2·(1-0,24)=1,52,

где (mS)ш — масса серы штейне и шлаке;

• (mS)агл — масса серы в агломерате и коксе;
• DS — степень десульфуризации, доли ед.

Распределение серы между штейном и шлаком соответствует отношению 4:1, тогда масса серы в штейне составляет 1,52

• 4 : 5 = 1,22 кг, а в шлаке — 1,52
• 1 : 5 = 0,304 кг.

Выход штейна определяем по содержанию серы в нем, кг: 1,20 : 0,20 = 6,1. Из агломерата в штейн перейдет меди 2,8

• 0,8 = 2,2 кг.

Зная эту массу меди, рассчитываем количество халькозина Cu2S в штейне: 2,2

• 159 : 127 = 2,7 кг.

С медью в сульфиде связано серы 2,7 — 2,2 = 0,5 кг.

При образовании штейна в процессе восстановительной плавки свинцового агломерата сульфид цинка переходит и в штейн, и в шлак. Принимаем следующее распределение сульфида цинка, %: 30 — в штейн и 70 — в шлак.

Рассчитываем количество ZnS в штейне, кг: 2,44

• 0,3 = 0,732. В этом соединении содержится 0,732
• 65,4 : 97,4 = 0,49 кг цинка и 0,242 кг серы.

Определяем количество прочих компонентов, приняв их содержание равным 3% от массы штейна, кг: 6,1

• 0,03 = 0,183.

Концентрация цинка в штейне равна 0,49

• 100 : 6,1 = 8,03%.

При содержании цинка в штейне от 3,6 до 8,2% массовое отношение железа (mFe) к свинцу (mPb) в штейне составляет обычно 0,77 — 0,95. принимаем в расчетах отношение mFe : mPb = 80.

Определяем сумму масс свинца и железа в штейне, кг:

6,1 — 1,22 — 2,2 — 0,49 — 0,183 =2,007.

Зная эту массу и соотношение mFe : mPb = 80, составляем соотношение баланса по свинцу и железу:

0,80

• х + х = 2,007,

где х — масса свинца в штейне, кг.

Решая это уравнение, находим, что х = 1,115 кг, масса железа составляет 0,8

• 1,12 = 0,896 кг.

Остальное количество серы (1,22 — 0,5 — 0,242 = 0,478 кг) связано в штейне в первую очередь с железом.

Определяем количество железа в сульфиде железа FeS:

0,478

• 55,8 : 32 = 0,883 кг.

Остальное железо в количестве 0,896 — 0,883 = 0,013 кг находится в металлическом состоянии. Свинец в штейне также находится в виде металла.

Все данные расчетов сводим в таблицу 3.

Таблица 3 — Количество и состав штейна

Компоненты	Содержание компонентов
	Cu	Zn	Fe	Pb	S	Прочие	Всего
Сu2S	2,2				0,5		2,7
ZnS		0,49			0,242		0,732
FeS			0,883		0,478		1,361
Fe			0,013				0,013
Pb				1,115			1,115
Прочие						0,183	0,183
Итого	2,2	0,49	0,896	1,115	1,22	0,183	6,104
%	36	8,03	14,69	18,28	20	3	100

3.1.3 Расчет количества пыли

Из данных практики принимаем, что в пыль перейдет 6% цинка и 1,3% свинца. Обычно их сумма в пыли равна 70 — 75%. Для расчетов берем 72,5%.

Тогда количество указанных металлов составит, кг:

цинка — 7

• 0,065 = 0,42,

свинца — 38,4

• 0,013 = 0,499.

Выход пыли будет равен (0,42 + 0,499) : 0,725 = 1,267.

Металлы в пыли присутствуют в виде оксидов. Определяем количество кислорода в пыли.

С цинком связано кислорода 0,42

• 0,103 : 65,4 = 0,103, масса оксида цинка составляет 0,42 + 0,103 = 0,523.

Количество кислорода в оксиде свинца составляет 0,499

• 16 : 207,2 = 0,038 кг, масса оксида свинца PbO равна 0,499 + 0,038 = 0,537 кг.

Количество прочих компонентов в пыли составляет

1,267 — 0,523 — 0,537 = 0,207 кг.

Всего в пыли содержится 0,103 + 0,038 = 0,141 кг кислорода.

3.1.4 Расчет количества и состава получаемого при плавке шлака

Шлаки свинцовых плавок содержат оксиды железа, кремния, кальция и цинка. Их содержание в шлаках должно находится в следующих пределах, %: 20 ч 30 SiO2; 30 ч 40 FeO; 10 ч 18 СаО и менее 25 ZnO. Данные компоненты при плавке переходят в шлак из свинцового агломерата и золы кокса.

Определяем количество кремнезема в шлаке:

кг,

где — масса кремнезема в шлаке, кг;

• масса кремнезема в агломерате, кг;
• масса кремнезема в золе кокса, кг;
• масса кокса, кг;
• концентрация золы в коксе, доли ед.;
• концентрация кремнезема в золе кокса, доли ед.

Далее приведены аналогичные обозначения компонентов в различных продуктах.

Рассчитываем массу оксида железа (III) в шлаке:

• где — масса железа в штейне, кг;
• атомная масса железа, г;
• молекулярная масса оксида железа FeO, г;
• молекулярная масса Fe2O3, г.

Вычисляем содержание оксида кальция в шлаке:

Количество глинозема в шлаке будет равно:

кг.

Рассчитываем количество оксида и сульфида цинка в шлаке.

Сначала определяем количество цинка, переходящее из агломерата в шлак, кг:

где — извлечение цинка из агломерата в шлак, доли ед.

В шлаке вся сера связана с медью и цинком. Количество меди в шлаке без массы шлака рассчитать невозможно, поэтому для ориентировочного расчета количества шлака примем, что вся сера находится в сульфиде цинка.

Затем вычисляем количество сульфида цинка в шлаке, кг: 0,3

• 97,4 : 32 = 0,913. В нем содержится 0,3
• 65,4 : 32 = 0,613 кг цинка.

Остальной цинк в шлаке находится в оксиде ZnO в количестве 5,95 — 0,613 = 5,337 кг.

Количество оксида цинка составляет 5,337

• 81,4 : 65,4 = 6,64 кг.

Сумма масс сульфида и оксида цинка равна

0,913 + 6,64 = 7,553 кг.

Сумма оксидов SiO2, FeO, Al2O3, ZnO и сульфида цинка в шлаке составляет 96,5%, тогда масса шлака будет равна.

(11,2 + 19,049 + 6,536 + 2,72 + 7,553) : 0,965 = 48,764 кг.

В шлак перейдет свинца 48,765

• 0,013 = 0,634 кг. Из этого количества в PbO находится свинца 0,634
• 0,2 = 0,127 кг, остальной свинец присутствует в шлаке в металлическом состоянии в количестве 0,634
• 0,8 = 0,507кг.

Количество оксида свинца в шлаке равно 0,127

• 223,2 : 207,2 = 0,14 кг, в нем содержится кислорода 0,14 — 0,127 = 0,013 кг.

В шлак перейдет следующее количество меди, кг: 48,765

• 0,006 = 0,29.

Количество Cu2S в шлаке равно 0,29

• 159 : 127 = 0,363 кг.

С медью связано серы 0,363 — 0,29 = 0,073 кг.

Уточняем количество сульфида и оксида цинка в шлаке.

С цинком будет связано серы 0,3 — 0,073 = 0,227 кг. Количество сульфида цинка составит 0,227

• 97,38 : 32 = 0,690 кг, в нем содержится цинка 0,69 — 0,227 = 0,46 кг.

Определяем количество цинка в оксиде цинка, кг: 5,95 — 0,46 = 5,49.

Масса оксида цинка составляет 5,49

• 81,38 : 65,38 = 6,834 кг. В нем содержится кислорода 6,834 — 5,49 = 1,334 кг.

Вычисляем количество кислорода в оксиде железа, кг: 19,049

• 16 : 71,8 = 4,244.

Количество прочих определяем по разности между массой шлака и массой предыдущих компонентов.

Уточненные данные о составе шлака представлены в таблице 4.

Таблица 4 — Рациональный состав и количество шлака

Компо- ненты	Содержание элементов
	SiO2	CaO	Fe	Pb	Zn	О	S	Cu	Al2O3	Прочие	Всего	%
SiO2	11,2										11,2	22,96
FeO			14,805			4,244					19,049	13,4
CaO		6,536									6,536	30,3
ZnO					5,49	1,344					6,834	1,3
ZnS					0,46		0,227				0,687	12,2
PbO				0,127		0,013					0,14	11,48
Pb				0,507							0,507	0,62
Cu2S							0,073	0,29			0,363	0,59
Al2O3									2,72		2,72	5,57
Прочие										0,729	0,729	1,49
Итого	11,2	6,536	14,805	0,634	5,95	5,601	0,3	0,29	2,72	0,729	48,765	100

3.1.5 Расчет количества чернового свинца

В черновой свинец при плавке переходят медь, цинк, мышьяк, сурьма, олово, висмут, теллур и благородные металлы. Количество металлов — примесей в свинце может составлять (2 ч 8)%. В исходном свинцовом агломерате не задано содержание многих примесных компонентов, поэтому в составе чернового свинца они условно обозначены как «прочие».

Определяем количество свинца в черновом металле, кг:

В черновой металл перейдет, кг:

меди

цинка

прочих

Масса чернового свинца составит

36,152 + 0,31 + 0,14 + 2,531 = 39,133 кг.

Распределение свинца по продуктам плавки показано в таблице 5.

Таблица 5 — Распределение свинца по продуктам плавки

Продукты плавки	Количество
	кг	%
Черновой свинец	36,152	94,21
Штейн	1,115	2,91
Пыль	0,499	1,3
Шлак	0,606	1,58
Итого	38,372	100

Таким образом, прямое извлечение свинца в черновой металл равно 94,21%.

3.1.6 Расчет горения кокса и количества отходящих газов

Кокс в процессе плавки выполняет роль топлива и восстановителя. При взаимодействии углерода кокса с кислородом образуется оксид и диоксид углерода. Оксид углерода (СО) является основным восстановителем в процессе плавки свинцового агломерата. В примере расчета материального баланса шахтной плавки принят 12 — % расход кокса, состав которого представлен в таблице 6.

Таблица 6 — Химический состав кокса

Компоненты	С	Н	S	O	N	Зола	Всего
Содержание, %	86,5	0,4	0,5	1,4	1,2	10	100
Количество,кг	10,38	0,048	0,06	0,168	0,144	1,2	12

Определяем теоретическое количество воздуха, необходимое для горения кокса.

Принимаем в расчетах следующее распределение углерода по уравнениям:

С + О2 = СО2 + Q1 (24)

С + 0,5О2 = СО + Q2 (25)

40% углерода кокса взаимодействует с кислородом по реакции (6), а 60% углерода — по реакции (25).

По реакции (24) сгорает углерода 10,38

• 0,4 = 4,152 кг. Для этого необходимо затратить кислорода 4,152
• 32 : 12 = 11,072 кг.

В результате образуется диоксида углерода СО2 4,152 + 11,07 = 15,224 кг.

По реакции (7) окисляется углерода 10,38

• 0,6 = 6,228 кг. Для этого потребуется кислорода 6,28
• 16 : 12 = 8,304 кг и получится оксида углерода СО 6,228 + 8,304 = 14,532 кг.

Для сжигания водорода кокса потребуется 0,048

• 16 : 2 = 0,384 кг и кислорода и образуется паров воды (Н2О) 0,048 + 0,384 = 0,432 кг.

На сжигание серы кокса потребуется следующее количество кислорода, кг 0,06

• 32 : 32 = 0,06. При этом образуется диоксида серы SO2 0,06 + 0,06 = 0,12 кг.

Учитывая, что в коксе содержится 0,168 кг активного кислорода, теоретический расход кислорода на сжигание 12 кг кокса составит 11,072 + 8,304 + 0,384 + 0,06 — 0,168 = 19,652 кг.

Воздуха для сжигания кокса потребуется 19,652 : 0,23 = 85,443 кг.

Принимая 5% — й расход воздуха, равный 85,443

• 1,05 = 89,716 кг.

В этом количестве воздуха содержится, кг:

кислорода — 89,716

• 0,23 = 20,635,

азота — 89,176

• 0,77 = 69,081.

Определяем количество кислорода, переходящее в газовую фазу, кг: 20,635 — 19,652 = 0,983.

Из кокса в газовую фазу перейдет 0,144 кг азота. Общее количество азота в отходящих газах составит 69,081 + 0,144 = 69,225 кг.

3.1.7 Расчет состава и количества отходящих газов

Состав отходящей газовой фазы формируется как за счет протекания восстановительных процессов по уравнениям:

PbO + CO = Pb + CO2 (26)

PbO

• SiO2 + CO = Pb +SiO2 + CO2 (27)

PbO

• Fe2O3 + 2CO = Pb + 2Fe + 2CO2 (28)

Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2 (29)

Десульфуризация свинцового агломерата в условиях восстановительной плавки обеспечивается в результате протекания реакций

PbS + 2PbO = 2Pb + SO2 (30)

PbS + PbSO4 = 2Pb + 2SO2 (31)

ZnSO4 = ZnO + SO3 (32)

На осуществление этих процессов не требуется кислорода.

Рассчитываем массу серы, удаляемую в газовую фазу из агломерата за счет реакций (12) — (14), кг:

mS = (mS)агл — (mS)шт — (mS)шл — (mS)к = 2 — 1,22 — 0,304 — 0,06 = 0,42.

Принимаем в расчетах следующий вклад реакций в удаление серы в газовую фазу: 50% — за счет реакции (30), 40% — за счет реакции (31) и 10% — за счет реакции (32).

Определяем количество серы, выделяющейся по уравнению (12), кг: 0,42

• 0,2 = 0,21.

Для выделения такого количества серы потре…