Вельцевание цинковых кеков

Оглавление

Введение 5

1 Общая часть 7

1.1 Характеристика сырья для получения металла 7

1.2 Характеристика приемов и методов переработки концентратов с получением готовой продукции 8

1.2.1 Переработка цинковых конценратов 8

1.2.2 Переработка цинковых кеков 13

1.3 Место процесса в общей технологической схеме 17

2 Металлургические расчеты 25

2.1 Усовершенствование процесса вельцевания 25

2.2 Расчеты 27

2.2.1 Расчёт выхода и состава вельц-окиси 27

2.2.2 Расчёт количества коксовой мелочи 30

2.2.3 Уточнение состава вельц-окислов 33

2.2.4 Расчёт выхода и состава клинкера 35

2.2.5 Расчёт количества безвозвратных потерь кека 40

2.2.6 Расчёт расхода дутья и количество дымовых газов 41

2.2.7 Материальные потоки по цеху вельцевания 49

Заключение 54

Список источников 55 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

  Цинк  — двухвалентный металл синевато-белого цвета. По существующей классификации  его относят к тяжелым цветным  металлам. Чистый цинк существует только в одной кристаллической модификации. Цинк — легкоплавкий металл с низкой температурой кипения. Чем выше температура отливки и медленнее охлаждение, тем сильнее выражено кристаллическое строение цинка.

  Холодный  цинк ломок и плохо прокатывается. При 100—150°С цинк становится пластичным и из него можно прокатывать листы толщиной в сотые доли миллиметра. При температуре 250°С цинк теряет свои пластические свойства. В сухом воздухе цинк не изменяется. В воде или влажном воздухе поверхность цинка покрывается пленкой из карбоната и гидроокиси ZnCO₃, предохраняющей   металл  от  дальнейшего   окисления. Температуру   плавления   цинка   обычно   принимают равной   419,5 С. Температура кипения 906 °С. Плотность твердого цинка 7,14 г/см³ , жидкого 6,7 г/см³ . Стандартный электродный потенциал – 0,763 В. Разбавленные кислоты растворяют цинк с выделением водорода. Щелочи растворяют цинк с образованием цинкатов. Из  химических соединений цинка для металлургии наибольшее значение имеют сернистый цинк, оксид цинка (как свободный, так и связанный в силикатах и ферритах) и сульфат цинка. В рудах цинк представлен окисленными и сернистыми минералами, в связи с чем цинковые руды подразделяются на сульфидные и окисленные в зависимости от того, какие минералы содержаться в руде в превалирующем количестве.

  Цинк  образует сплавы со многими цветными металлами. Большое количество цинка расходуется на производство латуни (Сплав цинка с медью — латунь находит самое широкое применение в технике) и бронзы (сплав цинка с медью и оловом). Цинк используют для обессеребрения свинца и очистки сульфатных цинковых растворов. Его применяют для производства ряда медикаментов, а также в химической промышленности. Окись цинка широко используют при производстве резины и ее обработке и т.д. Для извлечения цинка из концентратов применяют два способа: пирометаллургический  (дистилляционный) и гидрометаллургический (электролитический). Исторически первым  способом переработки был пирометаллургический. Технология способа и его аппаратурное оформление связанны  с особенностями восстановления цинка из оксида. Пирометаллургическое производство цинка основано на использовании высокой летучести его в металлическом состоянии при 1000 – 1200 °С.

  Первые  попытки освоения  гидрометаллургического  процесса  были неудачными главным  образом в связи со стремлением  применить его к сложным по составу рудам и концентратам. И только  как были получены  достаточно богатые относительно чистые от примесей концентраты, гидрометаллургический  процесс  стал широко применяться. По этому способу выщелачивается из предварительно обожженного концентрата  раствором серной кислоты. Достоинствами  гидрометаллургического процесса являются: большие возможности полно и  комплексно перерабатывать сырьё, лучшие условия труда, полученный цинк лучшего  качеств. Главным недостатком является образование цинковых кеков выход которых составляет до 25% от массы огарка, а содержание цинка 18 – 24%. Достоинства пирометаллургического метода являются: компактность аппаратуры. Недостатки   высокие расходы на топливо, ремонт оборудования.

  Целью вельцевания является извлечения цинка, свинца и кадмия в обогащенный продукт – вельц-окись. Благородные металлы и медь остаются в клинкере. Недостатком процесса является необходимость перерабатывать клинкер, сравнительно бедный по содержанию ценных компонентов.

  Целью данной курсовой работы является: изучить  процесс вельцевания цинковых кеков, способы переработки цинковых кеков. Рассчитать материальный и тепловой балансы процесса. Рассчитать суточный и годовой материальные потоки. Выбрать и рассчитать основное оборудование на производительность 180 тыс. тонн кеков в год.

1 Общая часть

1.1 Характеристика сырья для получения металла

    Цинк добывают из полиметаллических руд, содержащих 1-4 % Zn в виде сульфида, а также Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. В природе ZnS встречается в виде минералов сфалерита (цинковая обманка) и вюрцита и марматита nZnS∙mFeS.

    Сфалерит  – основное сьрье для получения Zn. Название связано с трудностью определения минерала. Состав (%): Zn – 67,1; S – 32,9.

Низкое  содержание цинка (1 - 4 %)  и сложность  состава  цинкосодержащих руд  обуславливают необходимость их предварительного обогащения. Селективная флотация полиметаллических руд обеспечивает получение высококачественных  цинковых концентратов, содержащих, %: (51 – 55) Zn; (32 – 35) S;  (0,15 – 0,25) Cd; (0,5 – 1,5) Pb; (0,5 – 1,5) Cu.

    Небольшое содержание в Fe (12%), карбонатов и силикатов не вызывает технологических трудностей при переработке. Более высокое содержание этих примесей ведет к снижению извлечения цинка при переработке концентратов гидрометаллургическим способом и вызывает известные затруднения в производстве.

    Кроме  основных составляющих, в концентратах содержится незначительное количество Au; Ag (75 – 100 г/т); In, Hg, Ga, Ta; вредные примеси (0,01 – 0,1% As;  0,01 – 0,03% Sb; 0,01 – 0,02% Cl; 0,01% F; 0,001 – 0,01% Co; 0,01 – 0,05% Ni; Ge, Se, Te).

    Дисперсность различная. Верхний предел крупности  концентратов 300 мкм, в том числе фракция – 75 мкм составляет  35 – 50%. Тонкодисперсные руды концентратов имеют верхний предел крупности 100 мкм и содержат 70 – 90% фракции – 75 мкм. Так же технологически важными свойствами концентратов являются плотность (3,4 – 4,3 г/см³ в зависимости от минералогического состава), насыпная масса (1,9 – 2,9 г/см³ в зависимости от дисперсного состава), влажность (10 – 16% или после подсушки 6 – 8 %).

    Цинковые  концентраты представляют собой  комплексное сырье. При современных способах металлургического передела все составляющие извлекаются в полупродукты и подвергаются дальнейшей переработке.

1.2 Характеристика приемов и методов переработки концентратов с получением готовой продукции

1.2.1 Переработка цинковых конценратов

    Переработку цинковых концентратов в настоящее  время осуществляют двумя методами: пирометаллургическим (дистиляционным) и гидрометаллургическим (электролитическим).

  В 1739 г. в Англии был запатентован дистилляционный метод. Он основывался на переработке смитсонитовых руд, которые смешивали с углем и загружали в глиняную реторту, нагреваемую до 1200—1300 °С. Устье реторты соединяли с глиняным конденсатором, в котором получали жидкий металлический цинк. Довольно широкое распространение этого метода объяснялось его простотой и наличием в прошлом веке относительно больших запасов окисленных руд. С развитием дистилляционного метода улучшалась технология изготовления реторт для шихты, и увеличивался размер дистилляционных печей, которые делали вначале на 2—4 реторты, а в последующем на  400—600 реторт. По мере выработки запасов окисленных руд возрастало количество сульфидных руд, которые довольно быстро стали практически единственным источником получения цинка.

    В основе пирометаллургического способа лежит процесс восстановления оксида цинка при 1000 – 1000⁰С, т.е при температуре выше точки кипения металлического цинка, что обеспечивает выделение его в момент образования в парообразном состоянии и возгонку (дистилляцию) в виде паров: 
 

    Пары  цинка в дальнейшем конденсируют. Получение жидкого цинка дистилляцией возможно только в условиях сильно восстановительной атмосферы и  полной герметизации применяемой аппаратуры.

    В связи с тем, что цинковый концентрат представляет собой сульфидный материал, а восстановление цинка возможно лишь из его оксидов, дистилляции предшествует окислительный обжиг с полным удалением серы.

    Возможны  несколько вариантов аппаратурного  оформления пирометаллургического  способа получения цинка: в горизонтальных и вертикальных ретортах, в шахтных и электрических печах.

  Получившийся  цинк обязательно содержит большое  количество металлов примесей (Pd, Cd, Fe, Cu и др.), возгоняемых вместе с ним или попадающих в него из выносимой газами пыли. Поэтому дистилляционный цинк, как и всякий черновой металл, нуждается в рафинировании. Иногда рафинирование цинка достигается простой ликвацией, в случае необходимости получения более чистого металла его подвергают ректификации, в последнее время  все шире применяют химические методы рафинирования.

    Принципиальная  технологическая схема пирометаллургического  способа получения цинка приведена на рисунке 1.

    

    Рис.1 – Принципиальная технологическая  схема переработки сульфидных цинковых концентратов пирометаллургическим способом.

    Пирометаллургический  способ применяот с момента возникновения цинкового производства. Доля выпуска цинка этим способом из года в год сокращается и в настоящее время составляет не более 20%. Все новые цинковые заводы построены и будут строится с применением гидрометаллургической технологии.

    Электролитические плавильные печи для цинка состоят  из нескольких сотен камер. Часть  электрической энергии преобразуется  в теплоту, повышающую температуру  электролита. Камеры эксплуатируются  при температуре 30 -  при атмосферном  давлении. Часть электролита проходит через охлаждающие колонны.

    Главные вредные факторы - рудная пыль, литейные газы ( в т.ч. с содержанием цинка и свинца), диоксид серы и моно оксид углерода, шум при дроблении и измельчении материалов, высокая температурная нагрузка, а также электрические факторы при электролитическом процессе.

    Гидрометаллургический процесс появился в начале нашего века. В России, близ города Кельцы небольшая промышленная установка была построена инженером Лащинским еще в 1909 г. Она успешно работала до 1911 г. и только в результате финансовых затруднений и полного отсутствия поддержки со стороны царского правительства Лащинский вынужден был прекратить свои опыты. Гидрометаллургический способ, применяемый впервые в промышленном масштабе в 1915 г., является в настоящее время основным. Широкое распространение гидрометаллургии при производстве цинка обусловлено ее значительными преимуществами по сравнению с дистилляцией. К ним относятся:

1. более высокое извлечение цинка и сопутствующих элементов;
2. более высокая комплексность использования сырья;
3. высокое качество цинка;
4. высокая механизация трудоемких процессов.

    Принципиальная  технологическая схема получения  цинка гидрометаллургическим способом приведена на рисунке 2.

    Обжигают  цинковые концентраты перед выщелачиванием различными способами. В начале века это делали в подовых печах с ручным и механическим перегребанием, на смену им пришли многоподовые печи с механическим перегребанием, а в настоящее время цинковые концентраты обжигают во взвешенном состоянии или кипящем слое. Обжиг проводят таким образом, чтобы огарок не спекся, частицы его существенно не укрупнились и сохранили максимальную поверхность, так как это облегчает последующее   его  выщелачивание.