Технология агломерационного обжига свинцовых концентратов и аппаратурное оформление процесса

 

Как видим, расхождение между  расчетным составом свинцового агломерата (табл. 2.6) и предварительным (табл. 2.4) не существенное, поэтому исправлений можно не вносить.

2.2.3 Расчет количества воздуха процесса агломерирующего обжига шихты

Воздух в процессе обжига расходуется как на сжигание топлива  в зажигательном горне, так и  на окисление сульфидов металлов шихты. В примере расчета принимаем, что кислород воздуха на эти процессы расходуется полностью, поэтому  избытка воздуха на окислительные  реакции не подаем.

Расчет  расхода воздуха на горение топлива

Для зажигания шихты обжига в качестве топлива используют природный  газ. Расход природного газа в среднем  составляет 0,5 % от массы шихты.

Для упрощения расчетов примем, что природный газ содержит 98 % метана и 2 % азота.

Рассчитываем расход кислорода  для горения метана по реакции

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

0,5 *0,98 *64: 16 =1,96 кг.

При этом получится диоксида углерода 0,5• 0,98 • 44 : 16 = 1,348 кг и паров воды 0,5 • 0,98 • 36 : 16 = 1,103 кг.

Для горения потребуется  воздуха 1,96 : 0,23 = 8,52 кг.

В этом количестве воздуха  содержится азота 8,52 • 0,77 = 6,56 кг.

Общее количество азота с  учетом его содержания в природном  газе составит 6,56 + 0,5 • 0,02 = 6,57 кг.

Состав отходящих газов, образующихся при горении природного газа, представлен в табл. 2.7.

 

Таблица 2.7 Состав и количество отходящих газов зажигательного горна

Компонент	Масса, кг	Объем, м3	% от объема
СО2	1,348	0,686	9,38
Н2О	1,103	1,373	18,77
N2	6,57	5,256	71,85
Итого	9,021	7,315	100

 

Отходящие газы зажигательного горна выбрасывают в атмосферу  отдельно от технологических.

Расчет  расхода воздуха на окисление  компонентов шихты

В расчетах принято, что десульфуризация в процессе обжига происходит как с «сырой» шихтой, так и с оборотным агломератом в количествах, эквивалентных содержанию серы.

Определяем количество кислорода  для окисления сульфидов металлов «свежей» шихты.

Масса серы в «свежей» шихте  равна 6,999 кг (табл. 2.5), степень десульфуризации равна 70,71 %, тогда количество серы, удаляемой в газовую фазу, составит 6,999 • 0,7071 = 4,948 кг.

Для образования сернистого ангидрида SО₂ потребуется кислорода 4,948 кг, при этом образуется 4,948 • 2 *32 : 32 = 9,896 кг SО₂.

Из табл. 2.3 находим массу кислорода для образования оксидов и сульфатов металлов. Она равна 3,3606 кг. Вычисляем общее количество кислорода для обжига «сырой» шихты, кг: 3,3606 + 4,948 = 8,309.

Определяем количество кислорода  для окисления сульфидов металлов оборотного агломерата.

Масса серы в оборотном  агломерате составляет 2,345 кг (табл. 2.5). Учитывая степень десульфуризации, находим массу серы, переходящую в газовую фазу из оборотного агломерата, кг: 2,345 • 0,7071 = 1,658.

При повторном обжиге оборотного агломерата, содержащего менее 2 % серы, вклад серы в общую десульфуризацию от протекания реакций будет увеличиваться:

PbS+2PbO = 3Pb + SО₂                                                              (2.1)

PbSО₄ = PbO + SО₂+ 1/2О₂                                                        (2.2)

CaS0₄ = СаО + SО₂ +1/2О₂                                                         (2.3)

а за счет прямого окисления  сульфидов металлов кислородом будет

снижаться:

ZnS +3/2О₂= ZnO + SO,                                                             (2.4)

PbS + 3/2О₂= PbO + SО₂                                                            (2.5)

Cu₂S + 3/2О₂= Cu₂О + SО₂                                                         (2.6)

Основываясь на практике работы агломерационных цехов и термодинамике окислительных, диссоционных и обменных процессов при агломерирующем обжиге свинцовых концентратов, примем следующий вклад этих реакций в десульфуризацию оборотного агломерата: за счет протекания реакций (2.1)-(2.3) в газовую фазу будет удаляться 20 % S от его общего количества (1,658 • 0,2= 0,33 кг) и за счет реакций (2.4)-(2.6) -80 % S (1,658 • 0,8 = 1,326 кг).

Учитывая такое распределение, можно по стехиометрии этих реакций определить количество кислорода для окисления сульфидов металлов по уравнениям (2.4)-(2.6), кг: 1,326 • 48 : 32 = 1,989.

Для обжига 100 кг шихты потребуется кислорода 8,309 + 1,989 =10,298 кг.

При этом в газовую фазу перейдет сернистого ангидрида SО₂ 9,896 + 2*1,0077 =11,911 кг.

Теоретическое количество воздуха  для окисления 100 кг шихты составит 10,298: 0,23 = 44,774 кг.

Для достижения высокой скорости обжига на практике применяют 3-5-кратный избыток воздуха. При трехкратном избытке воздуха его расход составляет 44,774• 3 = 134,32 кг, в этом количестве воздуха содержится 134,32 • 0,23 = 30,9 кг кислорода и 134,32 • 0,77 = 103,42 кг азота.

При этом в газовую фазу перейдет кислорода 30,9 - 10,298 = 20,602 кг.

Общий расход воздуха на горение топлива зажигательного горна и окисление сульфидов  металлов шихты будет равен 8,52 + 134,32 = 142,84 кг, в нем содержится 29,63 кг О₂и 99,19 кг N₂ .

2.2.4 Расчет количества  и состава обжиговых газов

При обжиге шихты на агломерационных  машинах с дутьем воздуха через слой шихты снизу вверх проводят секционный отбор отходящих газов и получают «богатые» и «бедные» по SО₂ газы. «Богатые» газы направляют на производство серной кислоты, а «бедные» - возвращают обратно на обжиг (рециркуляция) или выбрасывают в атмосферу. Из данных практики принимаем следующее распределение SО₂ между технологическими газами: 80 % SО₂ переходят в «богатые» отходящие газы, а 20 % SО₂ — в «бедные». Диоксид углерода С0₂ переходит при обжиге из «сырой» шихты в «богатые» газы в количестве 1,213 кг (0,331 кг С и 0,882 кг О₂)- Остальные компоненты отходящих газов (N₂, О₂) распределяются между «богатыми» и «бедными» газами поровну.

В «богатые» газы перейдет 11,911 • 0,8 = 9,53 кг SО₂, в «бедные» отходящие газы - 11,911 • 0,2 = 2,38 кг SО₂.

Масса кислорода в каждом из технологических газов составит 20,602: 2 = 10,301 кг, а масса азота- 103,42: 2 =51,71 кг.

Количество и состав технологических  газов сведены в табл. 2.9. Рассчитаем количество кислорода, серы, углерода и водорода в отходящих газах, кг.

Таблица 2.8 Количество и состав «богатых» и «бедных» обжиговых газов

Компоненты	«Богатые» газы			«бедные» газы			Всего газов
	кг	нм3	%	кг	нм3	%	кг	нм3	%
SO2	9,53	2,95	6,26	2,38	0,74	1,67	11,91	3,69	4,04
N2	51,71	37,05	78,7	51,71	37,05	83,73	103,42	74,10	81,13
O2	10,30	6,46	13,72	10,30	6,46	14,60	20,6	12,92	14,15
CO2	1,3	0,62	1,32	-	-	-	1,3	0,62	0,68
Итого	75,84	47,08	100	64,39	44,25	100	137,23	91,33	100

 

Отходящие газы зажигательного горна содержат:

кислорода в СО₂    -   1,348 • 32 : 44 = 0,98,

углерода в СО₂       -  1,348 • 12 : 44 = 0,368,

кислорода в Н₂О    -   1,103 •16:18 = 0,981,

водорода в Н₂О      -   1,103 •2:18 = 0,122,

азота                     - 6,57.

Масса кислорода в отходящих  газах будет равна 0,98 + 0,981= 1,961 кг.

Количество кислорода, серы и углерода в «богатых» отходящих  газах составляет:

кислорода в SО₂           - 9,53 • 32 : 64 = 4,765,

серы в SО₂                     -  9,53 • 32 : 64 = 4,765,

кислорода в СО₂          - 1,3 • 32 : 44 = 0,945,

углерода в СО₂             - 1,3 • 12 : 44 = 0,354,

кислорода свободного – 10,30,

азота                               - 51,71.

Масса кислорода в «богатых»  газах составляет 4,765 + 0,945 + 10,30= 16,01 кг.

В «бедных» отходящих газах  О₂, S, С и N₂ находятся в следующий количествах, кг:

кислорода в SО₂           - 2,38 • 32 : 64 = 1,19,

серы в SО₂                    - 2,38 • 32 : 64 = 1,19,

кислорода свободного  -  10,30,

азота                           -  51,71.

Масса кислорода в «бедных» газах равна

1,19 + 10,30 = 11,49 кг.

Всего кислорода в отходящих  газах присутствует

0,98 + 0,981 + 4,765 + 0,95 + 10,30 + 1,19 + 10,30 = 29,466 кг.

Углерода в отходящих  газах присутствует

0,368 + 0,35 = 0,718 кг.

Общая масса серы в отходящих  газах равна

4,765 + 1,19 = 5,955 кг.

Суммарное количество азота  в отходящих газах составляет

6,57 + 51,71 + 51,71 = 109,99 кг.

2.2.5 Расчет количества  и состава пыли и агломерата

При агломерирующем обжиге с дутьем воздуха снизу вверх выход пыли по данным практики составляет 2-5 % от массы шихты. В расчетах принимаем 3 %. В пыль перейдут компоненты агломерата в таком же соотношении. Пыль будет содержать, кг:

свинца                  -   39,90•0,03 = 1,197,

цинка                    -   6,46•0,03 = 0,194,

меди                     -  3,359• 0,03=0,101,

железа                  -   12,45 • 0,03 = 0,373,

серы                     -   2,047•0,03 = 0,061,

кислорода             -   9,999 • 0,03 =0,299,

оксида кальция      -   3,70 • 0,03 = 0,111,

кремнезема           -  7,66•0,03 = 0,229,

глинозема             -  2,024 • 0,03 = 0,060,

прочих                  -  9,85• 0,03 = 0,295. Общее количество пыли составит 2,92 кг. В агломерате будет содержаться, кг:

свинца                  -  39,90 - 1,197 = 38,703,

цинка                    -   6,46-0,194 = 6,266,

меди                     -   3,359-0,101=3,258,

железа                   -   12,45-0,373 = 12,077,

серы-                    -   2,047-0,061 = 1,986,

кислорода             -   9,999-0,299 = 9,7,

оксида кальция      -  3,70 - 0,111= 3,589,

кремнезема           -   7,66-0,229 = 7,361,

глинозема             -  2,024-0,060 = 1,964,

прочих                  -  9,85-0,295 = 9,555.

Общая масса агломерата составит 94,459 кг.

Таблица 2.9 Материальный баланс процесса агломерирующего обжига шихты

Содержание компонентов, кг	прочие	Поступило	0,444	0,135	0,905	0,021	0,1896	6,42			9,85	Получено	1,553	3,136	0,295				9,85
	H		-		-					0,122	0,122		0,122					0,122	0,122
	N		-		-			-	0,01	99,19	99,2					46,32	46,31	6,57	99,22
	O		0,479		-	0,404		6,287		29,63	37,599		3,548	7,162	0,299	14,319	10,278	1,961	37,599
	C		0,179		-	0,151		-	0,368		0,698					0,330		0,368	0,698
	Al2O3		0,557	0,082	0,069	0,007		1,3232			2,024		0,784	1,584	0,060				2,024
	SiO2		0,557	2,04	0,333	0,10	0,33	4,99			7,66		3,208	6,478	0,229				7,66
	CaO		0,474	0,025	0,087	0,706	0,172	2,41			3,70		1,674	3,381	0,111				3,70
	S		5,464					2,345			6,999		0,226	1,123	0,061	4,215	1,054		6,999
	Fe		1,728	0,268	2,076	0,081	0,431	7,1125			12,45		4,79	9,67	0,373				12,45
	Cu		1,115					2,19			3,359		0,766	1,546	0,101				3,359
	Zn		1,867				0,255	4,21			6,46		2,661	5,373	0,194				6,46
	Pb		13,243				0,0224	26,0			39,90		11,778	23,779	1,197				39,90
	Всего		27,88	2,55	3,47	1,47	1,40	63,38	0,5	142,84	243,49		31,079	63,38	2,92	75,84	64,39	5,881	243,49
Материалы			Pb-концентрат	Кварцевая руда	Железная руда	Известняк	Оборотный шлак	Оборотный агломерат	Природный газ	Воздух	Итого		Годный агломерат	Оборотный агломерат	Пыль	Богатые газы	Бедные газы	Отходящие газы зажигательного горна	Итого