Технология агломерационного обжига свинцовых концентратов и аппаратурное оформление процесса

 

При обезмеживании этим способом снижаются потери свинца. Сульфид натрия переходит в штейн, снижая температуру его плавления и растворимость свинца в штейне.[6]

Сода расходуется и на ошлакование  пустой породы концентрата.

Удаление  теллура. В черновом свинце содержится 0,01—0,005 % теллура. Теллур выделяют селективно в богатый продукт за счет образования устойчивого соединения теллура с натрием Na₂Te.[4]

Для этого при температуре 350—380 °С в свинце растворяют свинцово-натриевый сплав (лигатуру) из расчета 1 кг натрия на 1 кг теллура. Затем ванну обрабатывают в течение часа едким натром (0,2 кг на 1 т свинца). Съемы содержат 10—18 % Те.[2]

Рафинирование от мышьяка, сурьмы и олова. Эти примеси придают свинцу твердость, поэтому операцию называют смягчением свинца.

Примеси олова, мышьяка и сурьмы обладают большим сродством к кислороду, чем свинец, что позволяет удалять их методами окислительного рафинирования. В промышленности используют два метода: продувку жидкого свинца воздухом в отражательных печах и окисление селитрой в присутствии щелочи (щелочное рафинирование).[7]

Щелочной способ получил большее  распространение, так как обеспечивает более высокое прямое извлечение свинца.

Удаление примесей происходит по реакциям

 

2As + NaNO₃ + 4NaOH = 2Na₃AsO₄ + N₂ + 2H₂0,     (45)

2Sb + NaNO₃ + 4NaOH = 2Na₃SbO₄ + N₂ + 2H₂O,     (46)

5Sn + 4NaNO₃ + 6NaOH = 5Na₂SnO₃ + 2N₂ + 3H₂O     (47)

 

Окислителем в данных реакциях является кислород, образующийся при разложении селитры выше 308 °С:

2NaNO₃ = Na₂O + N₂ + + 2,5O₂.         (48)

Арсенаты, антимонаты и станнаты натрия нерастворимы в свинце и всплывают в форме щелочного плава.[1]

В свинце остается но 0,01 % мышьяка и олова, не более 0,02 % сурьмы.

Обессеребрение проводят, вводя в свинец цинк. Цинк растворяется в свинце, селективно взаимодействует с золотом и серебром, образуя нерастворимые в свинце соединения с золотом и серебром типа AuZn₃ и AgZn₃. Эти тугоплавкие соединения всплывают на поверхность в виде серебристой пены. Медь также образует соединения с цинком, поэтому обезмеживание должно предшествовать операции обессеребрения.                                

Богатая пена первых съемов содержит до 10 % Au и Ag, окола 25 % Zn, остальное — свинец. [5]

Богатую серебристую пену подвергают возгонке и дистилляции с получением в остатке сплава свинца с серебром и золотом. Это сплав окисляют (купелируют) в небольших отражательных печах. Свинец окисляется до глета РbО и удаляется. В печи остается сплав серебра с золотом (сплав Доре), который отправляют на заводы для разделения серебра и золота электролизом.

Весь цикл обессеребрения проводят в течение 18—20 ч.

В конце операции свинец содержит 3—10 г/т серебра, следы золота и  для 0,7 % цинка.[6]

 Обесцинкование свинца можно проводить окислительным, хлорным, щелочным способами или вакуумированием.[5]

На большинстве заводов используют вакуумное рафинирование, которое дает возможность регенерировать цинк в виде металла и вернуть его на операцию обессеребрения. Процесс основан на значительном различии в летучести свинца и цинка. При 600 °С давление паров цинка над сплавом примерно в 1000 раз выше, чем у свинца. Вакуумирование свинца проводят при 600—620 °С и остаточном давлении 4—7 Па в специальном аппарате (рис. 29).

Конденсат содержит 80—90 % Zn и 10—20 % Pb. В свинце остается 0,05—0,005 % цинка.[6]

Обезвисмучивание осуществляют с помощью кальция и магния, которые образуют с висмутом малорастворимые интерметаллические тугоплавкие соединения (Bi₂Ca₃, Bi₂Mg₃ и BiCaMg₂). В присутствии сурьмы обеспечивается более глубокая очистка в результате образования сложного соединения BiCa₅Mg₁₀Sb₂. Остаточное содержание висмута составляет менее 0,005.

В свинце при температуре 370—380 °С растворяют металлический кальций и магний. При среднем содержании висмута в черновом свинце 0,2 % расход кальция составляет 1 кг/т, а магния 2 кг/т свинца.

После отстаивания снимают богатые  дроссы, содержащие 3—5 % Bi. Их выход 3—4 % от массы ванны. Висмутовые съемы снимают в течение всей операции и бедные направляют в оборот в голову процесса. Богатые дроссы служат сырьем для получения висмута.[4]

Качественное  рафинирование — заключительная стадия огневого способа рафинирования свинца и ее задачей является очистка свинца от кальция, магния и сурьмы, оставшихся после обезвисмучивания, а также от цинка (если не проводилась операция обесцинкования).[6]

От этих примесей свинец очищают  окислительным методом в  присутствии щелочи. Ее и селитру загружают на поверхность  жидкого свинца при работающей мешалке.

Растворенные примеси окисляются селитрой и частично кислородом воздуха  с образованием CaO, MgO, Na₃SbO₄ , Na₂ZnO₂. Эти соединения вместе с оксидами свинца РbО и Рb₃О₄ образуют сыпучие твердые съемы с содержанием свинца 45—55 %. Эти съемы направляют на агломерацию или в шахтные печи. [2]

Очищенный от всех примесей мягкий свинец разливают на карусельных или ленточных машинах в слитки массой 30—40 кг.[2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Глава 2 Рациональный состав свинцовых концентратов

2.1 Расчет рационального  состава сульфидного свинцового  концентрата

Рациональный состав сульфидного  свинцово концентрата позволяет  правильно сделать выбор состава шихты для окислительно-агломерирующего обжига, установить химизм взаимодействия различных соединений в процессе обжига и выдать рекомендации для технологии восстановительной плавки на черновой свинец, сделать металлургические расчеты процесса обжига.

При выполнении расчета  рационально состава Pb-концентрата придерживаются трех правил: расчет всегда ведут на 100 ед. массы исходного сырья (100г, 100кг, 100т); расчеты выполняются по правилам стехиометрии, которые используют в неорганической химии; количество прочих компонентов в исходном концентрате определяют по разности между 100 ед. массы и суммой масс предыдущих компонентов (m_пр=100-Σm_i).

В химический состав концентрата  входит,%: PbS-55, ZnS-10, CuFeS₂-2, CuS-5, FeS₂-12, CaCo₃-3, SiO₂-2, Al₂O₃-2, прочие-9.

Определяем массу Pb в галените, кг:

m_Pd=m_Pb*A_Pb/M_PbS=55*207,2/239,2=47,5

Находим количество серы в галените, кг:

(m_s)_PbS=m_PbS/A_Pb*A_S=47,5/207,2*32=7,5

Находим массу цинка, кг:

m_Zn=m_ZnS*A_Zn/M_ZnS=10*65,4/97,4=6,7

m_S=3,3

Медь в концентрате  содержиться в халькопирите (CuFeS₂) и ковеллине () в соотношении 1:1:

Определяем количество меди в халькопирите,кг:

(m_Cu)_CuFeS2=m_CuFeS2*A_Cu/2A_S=2*63,6/183,4=0,7

Находим количество серы в халькопирите,кг:

(m_S)_CuFeS2=m_Cu/A_Cu*2A_S=0,7/63,6*64=0,7

Находим количество железа в халькопирите, кг:

(m_Fe)_CuFeS2=m_Cu/A_Cu*A_Fe=0,6

Находим количество меди в сульфиде,кг:

(m_Cu)_CuS=m_CuS*A_Cu/M_CuS=3,3

Находим количество серы в сульфиде меди, кг:

(m_S)_CuS=m_Cu/A_Cu*A_S=3,3/63,6*32=1,7

Рассчитываем массу  железа в концентрате, кг:

(m_Fe)_FeS2=m_FeS2*A_Fe/M_FeS2=12*55,8/119,8=5,6

В пирите содержиться серы, кг:

(m_S)_FeS2= m_Fe/A_Fe*2A_S=5,6/55,8*64=6,4

Количество известняка в концентрате, кг:

M_CaCo3=3

Находим массу кальция, кг:

(m_CaO)_CaCo3=m_CaCo3*M_CaO/M_CaCo3=3*56/100=1,7

Масса диоксида углерода в известняке составляет,кг:

m_Co2=m_CaCo3- m_CaO=3-1,7=1,3

Результаты расчёта  рационального состава свинцового сульфидного концентрата сводим в таблицу.

Таблица 2.1 Рациональный состав свинцового сульфидного концентрата

Содержание		Содержание компонентов, кг
	Pb	Zn	Cu	Fe	S	CaO	Co2	SiO2	Al2O3	Прочие	Всего
PbS	47,5				7,5						55
ZnS		6,7			3,3						10
CuFeS2			0,7	0,6	0,7						2
CuS			3,3		1,7						5
FeS2				5,6	6,4						12
CaCo3						1,7	1,3				3
SiO2								2			2
Al2O3									2		2
Прочие										9	9
Итого	47,5	6,7	4	6,2	19,6	1,7	1,3	2	2	9	100

 

Расчет  рационального  состава свинцового концентрата позволил уточнить химический состав концентрата по содержанию железа, серы и прочих компонентов.

2.2 Расчет процесса  агломерирующего обжига свинцовых  концентратов

Окислительно-агломерирующий обжиг проводят на ленточных спекательных машинах путем продувки воздуха через слой шихты. В результате взаимодействия сульфидов металлов с кислородом образуются оксиды металлов и сернистый ангидрид и выделяется большое количество тепла. Сернистый ангидрид переходит в газовую фазу. В зависимости от содержания диоксида серы в газовой фазе ее условно делят на богатую и бедную. При обжиге в газовую фазу также переходят мельчайшие частички шихты и летучие соединения металлов, образуя пыль. Основным продуктом процесса обжига является агломерат - спекшиеся частицы оксидов металлов. Крупные куски агломерата направляют на восстановительную плавку, а мелкие куски - в оборот для приготовления шихты агломерирующего обжига.

Для выполнения расчета процесса обжига требуется сделать следующее:

рассчитать расход воздуха  на горение топлива, применяемого для  зажигания шихты;

вычислить расход воздуха  для окисления сульфидов металлов шихты;

определить количество богатых  и бедных отходящих газов;

составить материальный баланс процесса обжига.

В примере используются следующие  исходные данные.

Состав шихты, поступающей  на агломерирующий обжиг, принят такой, %: 27,88 составляет свинцовый концентрат; 2,55 - кварцевая руда; 3,47 - железная руда; 1,47 - известняк; 1,4 - оборотный шлак; 63,23 -оборотный агломерат.

В свинцовый концентрат входят следующие компоненты, %: 47,5 РЬ; 6,7 Zn;4 Си; 6,2 Fe; 19,6 S; 1,7 СаО; 2,36 CO₂; 2 Si02; 2 А1₂0₃; 9-прочих.

Составы кварцевой и железной руды, известняка приведены в п. 1.2.

Зная массы компонентов  шихты и их химические составы, можно  рассчитать химический состав «сырой»  шихты. Например, масса свинца в сульфидном свинцовом концентрате составит 27,88• 0,475 = 13,243 кг; масса цинка равна 27,88 • 0,067 = 1,868 кг и т.д.

Результаты расчетов представлены в табл. 2.2

Таблица 2.2 Состав шихты аглообжига без учета оборотного агломерата

Материал	Содержание компонентов, кг
	Pb	Zn	Cu	Fe	S	CaO	SiO2	Al2O3	CO2	прочие	Всего
Pb-концентрат	13,243	1,867	1,115	1,728	5,464	0,474	0,557	0,557	0,657	2,218	27,88
Кварцевая руда				0,268		0,025	2,040	0,082		0,135	2,55
Железная руда				2,076		0,087	0,333	0,069		0,905	3,47
Известняк				0,081		0,706	0,100	0,007	0,555	0,021	1,47
Оборотный шлак	0,0224	0,255		0,431		0,172	0,330			0,1896	1,40
Итого	13,266	2,122	1,115	4,584	5,464	1,464	3,36	0,715	1,212	3,4686	36,77