Шахтная плавка свинцового агломерата

Определяем количество серы, выделяющейся по уравнению (1.3), кг:

0,36·0,5 = 0,18.

Для выделения такого количества серы потребуется, кг:

сульфида свинца – 0,18·239,2/32 = 1,346;

оксида свинца – 0,18·2·223,2/32 = 2,511.

При этом в газовую фазу перейдет следующее количество  SO2, кг:

0,18·64/32 = 0,36.

Количество серы, переходящее в  газовую фазу по уравнению (3.5) составит, кг: 0,36·0,4 = 0,144.

Для протекания реакции (3.5) потребуется, кг:

сульфида свинца – 0,144·239,2/64 = 0,538;

сульфата свинца – 0,144·303,2/64 = 0,682.

При этом в газовую фазу выделится  SO2 в количестве, кг: 0,144·64/32 = 0,288.

Масса серы, уходящая в газовую  фазу по (3.6):

0,36·0,1=0,036 кг.

Для (3.6) потребуется сульфата цинка: 0,036·161,4:32=0,182 кг.

При этом образуется серного ангидрида  SO3: 0,036·80:32=0,09 кг.

В условиях восстановительной  атмосферы  шахтной печи сульфаты свинца и цинка будут взаимодействовать с оксидом углерода по реакции

PbSO4 + 4CO = PbS + 4CO2 (2.2)

Количество PbSO4, которое останется в агломерате после завершения (3.5):

M_pbso4=1,76-0,91=0,85 кг.

 

Для восстановления сульфата свинца потребуется СО в количестве, кг: 0,85·4·28/303,2 = 0,314. При этом образуется СО2 в количестве, кг:

0,85·4·44 / 303,2 = 0,493 и сульфида свинца в количестве, кг: 0,85·239,2 / 303,2 =0,671.

 

Находим массу сульфида свинца, которая  останется после протекания реакций (1.3), (3.5), (2.2), кг:

МPbS = (МPbS)агл – (МPbS)(3.26) – (МPbS)(3.27) + (МPbS)(3.28) = 1,73 – 1,794 – 0,718 + 1,615 =0,833.

В нашем примере сульфида свинца в продуктах плавки нет. Поэтому  можно ожидать протекание реакции

PbS + Fe = Pb + FeS  (3.7)

 

Для этого потребуется следующее  количество железа, кг:

0,833·55,8/239,2 = 0,194.

Всего потребуется металлического железа для протекания реакции (3.7) и для образования штейна, кг: 0,194 + 0,048 = 0,242.

По реакции PbO+CO=Pb+CO2 (1.9) восстановится оксида свинца в количестве, кг:

МPbО = (МPbО)агл – (МPbО)(пыль) – (МPbО)(шлак) – (МPb0)(1.4) = 5,17 – 3,348 – 0,399 = 1,432.

При этом будет затрачено оксида углерода  1,432·28/223,2 = 0,18 кг и будет получено диоксида углерода 1,432·44/223,2 = 0,282 кг.

Для восстановится 9,42 кг феррита свинца. При этом потребуется оксида углерода: 9,42·2·28/382,8 = 1,38 кг и будет получено при этом диоксида углерода: 9,42·2·44/382,8 = 2,166 кг.

По реакции (1.2) для восстановления 23,78 кг силиката свинца потребуется оксида углерода 23,78·28/283,3 = 2,35 кг, при этом получено диоксида углерода: 23,78·44/283,3 = 3,693 кг.

Количество оксида железа (III), которое будет восстановлено пл (1.5):

M_fe2o3=4,413+0,144=4,557кг.

Для восстановления 4,557 кг оксида железа (III) по реакции Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2 (1.5) потребуется оксида углерода 4,557·28/159,6 = 0,8 кг, при этом будет получено диоксида углерода 4,557·44/159,6 = 1,256 кг.

Магнетит Fe3O4 в условиях плавки восстанавливается до FeO по Fe3O4+CO=3FeO+CO2  (3.8)

На осуществление этой реакции  потребуется оксида углерода:

10,38·28/231,4=1,256 кг. При этом в газовую фазу выделится СО2: 10,38·44/231,4=1,974 кг.

Металлическое железо Fe образуется по реакции

FeO+CO=Fe+CO2  (3.9)

На образование 0,242 меьаллического железа потребуется СО: 0,242·28/55,8=0,121 кг. В ходе реакции в газовую фазу выделится СО2: 0,242·44/55,8=0,191 кг.

В черновой свинец перейдет 0,36 кг меди. На восстановление Сu2O по реакции (2.3) необходимо затратить СО: 0,36·28/127=0,079 кг. В результате будет получено СО2: 0,36·44/127=0,123 кг.

На восстановление Zn по реакции ZnO+CO=Zn+CO₂ (4.0) потребуется СО: 0,343·23/65,4=0,147 кг. При этом образуется СО2: 0,343·44/65,4 = 0,231 кг.

Количество СO в отходящих газах как разница между СО(образовавшееся при сгорании кокса) и СО(затраченного на реакции восстановления Ме):

Mco=14,532-0,314-0,121-0,18-1,38-2,35-0,8-0,079-0,147=9,161 кг.

Количество СO2 в отходящих газах как сумма СО2(образовавшееся при сгорании кокса) и СО2(затраченного на реакции восстановления Ме):

Mco2=15,224+0,493+0,191+0,282+2,166+3,693+1,256+0,123+0,231=23,659 кг.

 

Таблица 6 Количественный и качественный состав отходящих газов

 

Компоненты газа	Содержание компонентов
	кг	нм3	% (объем)
CO	9,161	7,33	9,6
CO2	23,659	12,04	15,77
N2	69,225	55,38	72,53
SO2	0,964	0,34	0,45
Н2O	0,432	0,54	0,71
O2	0,983	0,69	0,90
SO3	0,12	0,03	0,04
Итого	104,544	76,35	100

 

Количество  кислорода, углерода, серы, водорода в  отходящих газах:

Кислорода в СО: 5,235

Углерода  в СО: 3,926

Кислорода в СО₂: 17,207

Углерода  в СО₂: 6,452

Кислорода в SO₂: 0,482

Серы  в SO₂: 0,482

Кислорода в SO₃: 0,072

Серы  в SO₃: 0,048

Кислорода в воде: 0,384

Водорода  в воде: 0,048

Избыточный  О₂: 0,983

Всего в отходящих газах кислорода: 24,363 кг.

Углерод в отходящих газах: 10,378 кг.

Серы  в отходящих газах: 0,53 кг.

 

Таблица 7 Материальный баланс процесса восстановительной плавки свинцового агломерата

 

Материалы и продукты	Содержание компонентов, кг
	всего	Pb	Zn	Cu	Fe	SiO2	CaO	Al2O3	O	N	S	C	H	Прочие
Поступило
Pb-агломерат	100	30	5,5	3	12	8	6,5	3	8,2		1,2			22,04
Кокс	12				0,11	0,6	0,036	0,42	0,168	0,144	0,6	10,378	0,048
Воздух	85,443								20,422	69,081
Итого	201,523	30	5,5	3	12,11	8,6	6,536	3,42	28,793	69,225	1,87	10,378	0,048	22,04
Получено
Pb-черновой	50,063	28,21	0,343	0,36										21,15
Штейн	5,36	0,887	0,13	2,4	0,71						1,072			0,161
Шлак	40,526	0,514	4,67	0,24	11,4	8,6	6,536	3,42	4,313		0,268			0,565
Пыль	1,03	0,39	0,357						0,117					0,166
Газы	104,544								24,363	69,225	0,53	10,378	0,048
Итого	201,523	30	5,5	3	12,11	8,6	6,536	3,42	28,793	69,225	1,87	10,378	0,048	22,04

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Восстановительная плавка – это  наиболее распространенный процесс  получения свинца. Она характеризуется универсальностью и высокими технико-экономическими показателями. Исходными материалами  для плавки являются свинцовый агломерат, кокс и воздух. Цель плавки – получить максимальное количество свинца в виде металла. В данном курсовом проекте проведен анализ литературы и металлургические расчеты, а так же составлен материальный баланс. Расчеты определяют оптимальные условия ведения технологического процесса, при котором материальные, энергетические и трудовые затраты были бы минимальными.