Вельцевание цинковых кеков

     Следовательно, суммарный тепловой  эффект этих реакций можно  выразить через тепловой эффект  горения углерода.

     Сульфид свинца и окись свинца  также возгоняются из шихты  при температуре вельцевания. Сульфат свинца частично диссоциирует, а частично восстанавливается углеродом до сульфида:

                  

     Медь, золото и серебро при  вельцевании не возгоняются и остаются в твёрдом остатке (клинкере). Часть сульфида свинца вступает во взаимодействие с окисью и сульфатом свинца по реакциям:

    Небольшая часть сульфида свинца  сплавляется с сульфидами других  металлов, образуя штейн.

     Феррит цинка восстанавливается  до металла. Происходит восстановление  ферритов меди, кадмия. Сульфаты  кальция, магния восстанавливаются  до сульфидов:

     По данным исследований 45-50 % серы шихты переходит в отходящие газы (сернистый ангидрид), около 10 % переходит в вель-окислы, остальное в виде сульфидной серы уходит с клинкером. Таким образом около половины сульфатной серы кека восстанавливается до сульфидной, и это требует четырёхкратного расхода углерода по сравнению с реакциями образования окислов:

     Суммарный процесс описывается  реакцией

     Железо, находящееся в основном  в виде ферритов, активно восстанавливается  до металла. Металлическое железо  способствует возгонке цинка  из трудно восстановимых соединений  – силикатов и сульфидов:

     Расход коксика определяем по количеству кислорода, которое необходимо перевести в СО. Из табл. 1  рационального состава кека это количество составляет 22,4904  кг. Расход углерода равен

     При вельцевании необходимо, чтобы СО₂ по мере её образования тут же восстанавливалась до СО. Для этого в шихту вельцевания задают коксовой мелочи с избытком в 1,8 – 2,4 раза от теоретически необходимого количества. Принимаем для расчёта коэффициент избытка восстановителя равным 2 (k_ИЗБ=2) . Состав кокса, %:              С^Р =78,72; S^Р =1,94; А^Р =11,5; Н^Р=1,92; О^Р=0,96; N^Р=0,96, W^Р=4,0.

     Тогда количество загружаемого коксика составит

 

     С ним поступит углерода

  

     Избыток углерода составляет

     Состав золы коксика, %: SiO₂ =53,5; СаО=2; FeO=7,7; Al₂O₃=31,5; MgО=1,3; прочие= 4,0.

2.2.3 Уточнение состава вельц-окислов

     Всего будет получено золы  коксика

  

 С  золой в шихту вельцевания поступит, кг:

,

     Механический унос компонентов  шихты в вельц-окись был принят в количестве 20 % от её состава. Условимся, что железо и медь представлены в виде окислов, сульфаты кальция и магния восстановились по 50 % до сульфидов и оксидов. Тогда состав шихты после отгонки цинка, свинца и кадмия, кг:

     Итого

     Будет вынесено газовым потоком  компонентов шихты, кг:

     Примем, что железо и медь находятся  в вельц-окислах в составе FeO и CuO (на практике около 80%). Тогда

     По практическим данным принимаем  механический унос коксика (по углероду) с отходящими газами в вельц-окислы 2,0 % от его массы ( ). Количество вельц-окиси после уточнения составит:

       Данные расчёта сведём в табл. 2.

2.2.4 Расчёт выхода и состава клинкера

     В клинкер перейдут все компоненты  шихты за вычётом возгонов. Следовательно, количество компонентов в клинкере составит, кг: 

     По практическим данным распределение  цинка в клинкере: 50 % в виде  сульфида,  по 15 % в виде феррита  и окиси, 20 % в виде силиката. Следовательно:

Zn(ZnS)_{КЛИНКЕР}=0,5 × 1,2347=0,6174  кг,

S(ZnS)_{КЛИНКЕР} = ZnS_{КЛИНКЕР} -Zn(ZnS)_{КЛИНКЕР}=0,9201 – 0,6174 =0,3027  кг,

Zn(ZnO)_{КЛИНКЕР} =Zn(ZnO×Fe₂O₃)_{КЛИНКЕР} =0,15×1,2347=0,1852   кг,

O(ZnO)_{КЛИНКЕР} = ZnO_{КЛИНКЕР}– Zn(ZnO)_{КЛИНКЕР} =0,2305 – 0,1852=0,0453 кг,

    Также по  практическим данным  свинец распределяется в клинкере  по соединениям ориентировочно следующим образом, %: 45,0  металлический, 25 сульфид, 30  труднорастворимые ферриты и алюмосиликаты. Так как количество свинца в клинкере незначительное, для простоты расчёта, достаточной в учебных целях, примем следующее распределение свинца в клинкере: 50 % - в виде металла, 25 %  - в виде сульфида, 25 % в виде силиката PbO×SiO₂. Тогда распределение свинца в клинкере:

Pb(PbS)_{КЛИНКЕР}=0,25 ×Pb_{КЛИНКЕР}=0,25× 0,4043=0,1011   кг,

     Количество кадмия в клинкере  составляет, кг:

     Примем, что потери кадмия с  клинкером связаны только в  виде механически увлечённой  окиси, так как сульфид кадмия  легко возгоняется [14,15], а оксид легко восстанавливается. Тогда количество оксида кадмия и кислорода в нём, кг:

    Медь практически полностью сульфидируется (в виде борнита и халькозина – по практическим данным 25 и 75 %) и образует с сернистым железом штейн, содержащий некоторое количество цинка и свинца. Следовательно,

     Количество железа в клинкере

       Железо в клинкере полностью  распределяется между металлической  фазой (75 %) и сульфидной (CuFeS и FeS 25 % в сумме). Основным источником серы для перевода сульфидирования железа является сульфатная сера, в том числе сера сульфата цинка, содержащаяся во влаге кека в значительных количествах. Так как в этом расчёте эта сера не учитывается, принимаем, что оставшееся количество железа распределяется между сульфидом и оксидом FeO поровну.  Следовательно: 

     Итого состав клинкера без  учёта углерода

     Кроме этого количества компонентов  шихты в клинкер перейдёт избыток  углерода, который не был полностью  израсходован на процессы восстановления  окислов металлов. Для простоты  расчёта примем, что остальные  компоненты коксика (S, N и О) перешли в клинкер и газы. Избыток углерода был определён выше и составляет 4,9569  кг. Не весь этот углерод перейдёт в клинкер. По заводским данным принимаем, что в клинкере содержится 15 % свободного углерода. Тогда, с учётом массы клинкера, количество этого углерода составит

 

     Итого количество клинкера с  учётом углерода равно

         Данные расчёта сводим в табл. 3.

2.2.5 Расчёт количества безвозвратных потерь кека

     Нами было принято, что в  технологическом цикле (сушка,  складирование, транспортирование,  погрузочно-разгрузочные работы) теряется 2 %  кека в пересчёте на сухую массу. Следовательно, потери компонентов кека составят, кг: