Вельцевание свинцовых шлаков в трубчатой вращающейся печи

ПЕРВОЕ  ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ  РОССИИ

21-я линия, д.2 Санкт-Петербург, 199106, Россия

21st Line, 2 Saint-Petersburg, 199106, Russia

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ  МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ГОРНЫЙ»

Кафедра печных технологий и переработки энергоносителей

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

 

По дисциплине:                  Пирометаллургическое оборудование __ 

 

ТЕМА  ПРОЕКТА

«Вельцевание свинцовых шлаков в трубчатой вращающейся печи»

ВЫПОЛНИЛ: студент гр. АПМ-08-2  _________  /Дергачева А.М./

(подпись)          (Ф.И.О.)

ОЦЕНКА: ________

ПРОВЕРИЛ: ассистент   ___________   /Яковлев М.Г./

                                                 (должность)          (подпись)          (Ф.И.О.)

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург 

2012

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

1. АННОТАЦИЯ

В данном проекте рассматривается  процесс вельцевания свинцовых шлаков в трубчатой вращающейся печи.

Проект содержит вводную часть, посвященную истории развития свинцовой  промышленности, краткую характеристику процесса вельцевания, а также расчеты материального и теплового балансов, горения топлива и параметров печи.

Проект содержит пояснительную  записку объемом 37 стр., вкл. 14 табл., 2 рис., 1 чертеж.

 

 

This project describes Waelz process lead slags in the tubular rotating furnace.

The project contains introducing part devoted to history of development lead industry, a short characteristic of Waelz process and calculations of material and thermal balance, of burning fuel and size of the furnace.

The project consists of 37 pages, 14 tables, 2 pictures, 1 draft.

 

2. ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

3. ВВЕДЕНИЕ

Свинец не сыграл столь выдающейся роли в истории человечества, как медь и железо, но тем не менее был известен человечеству еще в глубокой древности. Впервые его начали получать совместно с золотом и с серебром в VII-V тысячелетии до н.э. на территории Испании. По-видимому, свинец получали попутно с медью, но, в связи с невысокими механическими свойствами и способностью тускнеть на воздухе, он не представлял для человека большой ценности. В более позднее время (V-IV тысячелетия до н.э.) свинец использовали как добавку для приготовления бронз сложного состава. Финикияне за 3000-2000 лет до н.э. вели интенсивные разработки свинцовых месторождений на Пиренейском полуострове с целью извлечения из свинцовых руд серебра. Отходы производства ,оксид свинца, использовали в древние времена для приготовления распространенной краски – сурика.

Известны разработки свинцовых  руд в Древней Греции на островах Родос, Кипр, Эвбей. Довольно основательно было налажено свинцовое производство в Древнем Риме. Римляне изготавливали  из свинца трубы, монеты, крыши домов, посуду.

В средние века, особенно после  изобретения пороха, спрос на свинец значительно вырос. В это время производство свинца непрерывно увеличивается, охватывая ряд горных округов в Германии и других странах. В США, например, начало производства свинца относится к 1621 г. На территории СССр свинец был известен уже в глубокой древности, о чем свидетельствуют остатки горных выработок и шлаковых отвалов, сохранившиеся в различных районах страны. Первые заводы по производству свинца появились в России в XVIII в. в Нерчинском крае и на Алтае. Производство на Кавказе началось с середины XIX в. и было основано на запасах Содонского месторождения свинцово-цинковых руд. В 1909 г. добыча и переработка свинцово-цинковых руд была организована на Дальнем Востоке, Сихоте-Алине. Получаемые концентраты отправлялись за границу. Отечественного производства металлов здесь не было.

В 1913 г. в России было выплавлено всего 1,5 тыс. т свинца (во всех остальных странах было выплавлено 1,2 млн. т металла). Это количество свинца обеспечивало потребности страны на 1,5%. После первой мировой войны и периода интервенции даже это малое производство было сокращено. Поэтому в постреволюционные периоды свинцовую промышленность в нашей стране пришлось создавать заново.

Мировое производство металлического свинца в 1998 и 2002 гг. оценивается в 6,0 и 6,47 млн. т, увеличиваясь в среднем за этот период примерно на 2% в год. Около половины из этого количества получают из вторичных источников сырья. Главными производителями свинца являются США, КНР, Канада, Япония. Великобритания, Австралия, Германия, Мексика и др.

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 свинцово-сурьмяного сплава и заполняют смесью свинца и глета. Свинец применяют для покрытия кабельных изделий и изготовления плавких предохранителей, а также в химической и металлургической промышленности – в виде труб и листов для защиты аппаратуры от агрессивных сред (кислот). Большое количество идет на производство тетраэтила свинца, который добавляют в бензин для улучшения его качеств. Но в настоящее время во всем мире ведется активная работа по улучшению качества бензина и без добавки тетраэтила свинца.

Развитие атомной энергетике 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 – бронза, латунь, бабит, припой, типографский сплав и  др., – из которых делают вкладыши подшипников, типографские литеры и другие изделия.

В настоящее время промышленность всего мира переживает этап преобразований, связанных с ужесточением экологических стандартов – происходит всеобщий отказ от свинца. Германия существенно ограничила его использование с 2000 г., Голландия – с 2002 г., а такие европейские страны, как Дания, Австрия и Швейцария, вообще запретили использования свинца. Эта тенденция станет общей для всех стран ЕС в 2015 г. США и Россия также активно развивают технологии, которые помогут найти альтернативу свинцу. Дело в том, что опасность свинца для окружающей среды и здоровья человека парадоксальным образом сочетается с его исключительной значимостью для современной промышленности.

Говоря о цене свинца, необходимо отметить его относительную дешевизну. По ценам Лондонской Биржи Металлов он дешевле цинка в среднем на 100-150$, алюминия на 800$, а меди на 2000$ за тонну.

Свинец вреден для здоровья человека, а его широкое применение в промышленности привело к тому, что свинцовое загрязнение можно обнаружить повсюду. Наибольшие выбросы свинца в атмосферу происходят в следующих производствах:

1. металлургическая промышленность;
2. машиностроение (производство аккумуляторов);
3. топливно-энергетический комплекс (производство этилированного бензина);
4. химический комплекс (производство пигментов, смазок и т.д.);
5. стекольные предприятия;
6. консервное производство;
7. деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность;
8. предприятия оборонной промышленности.

Без сомнения, наиболее значимым источником загрязнения атмосферы  свинцом является автомобильный транспорт.

Так что же такое свинец – универсальная защита от большинства  агрессивных внешних воздействий, легко добываемая, легко перерабатываемая и потому дешевая?

Свинцовая угроза – результат  неумеренного и недальновидного  производства и использования свинца в течение минувших веков. Но сейчас на первый план выходит экологическая безопасность производств и технологических процессов, так что пришло время для тщательного анализа угроз окружающей среде и коренного пересмотра отношения к природе. Безусловно, свинец еще долгое время не потеряет своего значения в промышленности, но если находятся альтернативы, то ими необходимо воспользоваться.

 

4. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА

Из пирометаллургических способов одним из наиболее распространенных является вельцевание, т.е. высокотемпературный обжиг во вращающихся трубчатых печах.

Вельцевание распространено по причине  своей универсальности, простоты обслуживания и других преимуществ. Достоинством вельц-процесса, отличающим его от гидрометаллургических способов и Аштек-процесса является возможность утилизации при вельцевании цинксодержащих отходов: шлаков свинцовой плавки, шламов от очистки сточных вод, содержащих цинк, отходов металлургических и химических предприятий, хвостов обогатительных фабрик и т.д.

К недостаткам вельц-процесса возможно отнести потребность в качественном углеродистом восстановителе (коксовая мелочь) и загрязнение окружающей среды продуктами переработки (трудноутилизируемый клинкер, содержащие серу отходящие газы). Однако в настоящее время вопрос утилизации побочных продуктов вельцевания находит свое решение - клинкер, даже не содержащий ценных компонентов, может быть использован в цементной промышленности и в качестве закладочного материала в горных выработках, тогда как железосодержащие отходы гидрометаллургических технологий в силу содержания токсичных соединений мышьяка, сурьмы и высокой дисперсности требует особых условий для складирования.

Вельц-процесс характеризуется  нечувствительностью к химическому  и физическому составу перерабатываемого материала, влажности исходных шихт, не требует высокой квалификации обслуживающего персонала благодаря устойчивости режима. Использование отходов цветной и черной металлургии, химической и других отраслей промышленности делает вельц-процесс своеобразным цинково-свинцовым очистителем для промышленности, позволяющим не только утилизировать отходы, но и получать ценное сырье для цинкового производства, черной металлургии, строительной индустрии.

Наиболее интенсивное развитие вельцевания наблюдается в последние годы. Этому способствовало накопление знаний о металлургических процессах, современные конструкции вельц-установок и расширение сырьевой базы. В настоящее время определились следующие основные направления совершенствования вельц-процесса:

• использование флюсующих добавок;

• смешивание и окатывание компонентов шихты в барабанном смесителе;

• магнитная сепарация клинкера с последующим рециклингом коксика;

• использование крупногабаритных вельц-печей;

• ведение технологического процесса с гарниссажем, обеспечивающим защиту футеровки от химической коррозии;

• применение многосекционных пылевых  камер, позволяющих исключить загрязнение вельц-окиси шихтой и уменьшить затраты на систему газоочистки и улавливания вельц-окиси;

• грануляция оборотных пылей, позволяющая уменьшить пылевынос и повысить производительность вельц-печи;

• использование тепла отходящих газов и клинкера;

• применение фильтров с импульсной регенерацией и дешевых низкотемпературных нетканых фильтровальных материалов;

• применение "пенных" скрубберов, позволяющих утилизировать серу из отходящих газов.

Перечисленные выше усовершенствования направлены, прежде всего, на решение таких задач, как обеспечение стабильности ведения процесса, повышение качества вельц-окиси, увеличение производительности металлургических агрегатов, экономию топлива, вспомогательных материалов, огнеупоров, снижение выбросов в атмосферу.

Влияние на извлечение металлов при вельцевании, оказывает, главным образом, использование флюсующих добавок. Однако даже это мероприятие (добавление в шихту флюсового известняка) не исчерпывает резервов по повышению извлечения цинка, свинца, индия, серебра.

Рассмотрим поэтапно процесс вельцевания.

Рис.1. Схема трубчатой вращающейся печи.

1 – откатная головка; 2 – горелка; 3 – барабан; 4 – бандаж; 5 – венцовая шестерня; 6 – пыльная камера;

7 – наклонная течка; 8 – опорная  станция; 9 – опорно-упорная станция; 10 – механизм привода.

Шихту, состоящую из смеси кека и мелкого твердого углеродистого восстановителя (обычно коксик в количестве 35-50 % от массы кека), нагревают в трубчатой вращающейся печи до температур 1100-1300°С. Печь вращается вокруг своей оси печь, имеет небольшой угол наклона к горизонту для создания направленного перемещения шихты от верхнего загрузочного торца к нижнему торцу, через который выгружают твердый остаток перерабатываемой шихты. Этот остаток называют клинкером. Печь состоит из стального корпуса цилиндрической формы (диаметр 2,5-4,5 м, длина 35-95 м), положенного горизонтально, футерованного внутри огнеупорным кирпичом и имеющего наклон по длине 2-4 %. Кожух печи опирается на ролики и медленно (около одного оборота в минуту) вращается вокруг горизонтальной оси от привода.

В нижнем (разгрузочном) конце печи устанавливают мазутную форсунку или  газовую горелку для быстрого подъема температуры в печи или для восполнения теплопритока от горения. При правильно подобранном режиме процесса подтопка горелкой не нужна, но горелка облегчает управление процессом и ей обычно пользуются.