Войти  |  Регистрация
Авторизация

Переработка высокоцинковистых шлаков свинцовой плавки



Шлаки свинцовых заводов часто содержат значительное количество цинка и свинца. В шлаках свинцовой плавки содержится 12—18% Zn и 1,5—3% Pb. Такие шлаки перерабатывают сразу после выхода из печи или складывают в отвалы и рассматривают как ценный источник цинка. Если учесть, что в шлаке одновременно содержится до 0,5%, Cu, некоторое количество золота и серебра, индия, германия и никеля, то ценность их заметно повышается.
До последнего времени наиболее распространенным способом переработки шлаков являлось фьюмингование — процесс продувки расплавленного шлака углевоздушной смесью. Физико-химические основы и практика фьюмингования подробно описаны в литературе.
В ванну подают недостаточное количество воздуха для полного сжигания вдуваемого угля, поэтому в восстановительной среде при температуре 1250—1300° С окислы свинца и цинка восстанавливаются и пары металлов возгоняются. В пространстве над жидкой ванной и в отводящем газоходе в атмосфере естественно и принудительно подсасываемого воздуха пары окисляются и газы дожигаются. Охлаждение газов и частичное осаждение из них свинцово-цинковых возгонов осуществляются в котлах-утилизаторах, а окончательная очистка газов — в рукавных фильтрах.
На некоторых заводах, применяющих фьюмингование, полученные возгоны с добавкой 1 % коксика подвергают вельцеванию с отгонкой свинца в возгоны, содержащие 45% Pb и 10% Zn. Эти возгоны направляют в свинцовую плавку. Цинковый клинкер с 70%, Zn и 2—3% Pb используют для извлечения цинка на гидрометаллургических заводах. Во многих случаях гидрометаллургической переработке подвергают исходные возгоны в «сыром» или обожженном виде.
При фьюминговании достигается состояние, близкое к равновесному, что объясняется протеканием процесса при высоких температурах с участием жидких и газообразных фаз при хорошем их контакте.
Ход гетерогенных процессов можно рассчитывать методами диффузионной теории, поскольку скорость протекающих процессов определяется доставкой веществ к зоне реакции и отводом ее продуктов.
Закись железа восстанавливается по реакции FeO + CO = Fe + СО2. Равновесное ее состояние подчиняется уравнению lg Kp = 949/T - 1,140 и константа равновесия равна Kp = pCO2/pCO * 1/aFeO.
Принимая активность закиси железа в шлаке равной 0,5—0,6, на основе написанных уравнений получаем, что при 1300° С содержание CO в смеси CO+СО2 для равновесных условий равно 85—87% и железо не восстанавливается при условии присутствия в шлаке окиси цинка.
Окись цинка восстанавливается по реакции
ZnO + CO = Znгаз + СО2.

Для этой реакции
lgКp = 9680/T + 6,12,

а равновесный состав газовой фазы при различной температуре соответствует следующим данным:
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки

Так как активность окиси цинка в шлаке ниже, чем чистой окиси, а газы, кроме CO, содержат N2 и СО2, равновесное содержание CO в смеси газов выше и эффективность использования восстановителя ниже.
Константа равновесия реакции восстановления окиси цинка окисью углерода может быть представлена уравнением
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки

где aZnO — активность окиси цинка в шлаке;
γZnO — коэффициент активности окиси цинка;
NZnO — молярная доля окиси цинка в шлаке.
Активность окиси цинка в шлаке изменяется с изменением ее концентрации. При содержании до 8% Zn коэффициент активности равен 0,95—0,97, при содержании около 15% он снижается до 0,85—0,88, что позволяет при расчетах γZnO принимать равным единице.
Реакция ZnO + Fe = Zn + FeO в твердой фазе, исследованная М.М. Лакерником, протекает при фьюминговании. Термодинамическое исследование показывает, что при содержании выше 3% Zn возможность накопления металлического железа в шлаковой ванне исключается. При более низких концентрациях цинка и высокой концентрации окиси углерода накопление в ванне металлического железа становится реальным.
Скорость фьюмингования зависит от температуры, объема газов, проходящих через расплав в единицу времени, и от парциального давления паров цинка в образующихся газах.
От количества вдуваемого воздуха зависит температура процесса, количество вводимого угля, температура и парциальное давление паров цинка.
При повышении температуры от 1200 до 1300° С интенсивность отгонки цинка возрастает примерно в 2 раза. Повышение концентрации окиси углерода в газах при 1310° С в 3—4 раза увеличивает парциальное давление паров цинка, а значит и скорость его отгонки в 5—6 раз. Однако значительное повышение концентрации CO в газах связано с повышением расхода топлива и снижением температуры процесса, а при понижении температуры снижается степень отгонки цинка. При повышении температуры в результате понижения повышения концентрации CO (и концентрации СО2) также нельзя достигнуть высокой степени отгонки цинка.
В практике выбирают оптимальное отношение расхода угля и воздуха при фьюминговании.
Чем ниже содержание в шлаке цинка и парциальная упругость его паров, тем меньше степень отгонки; поэтому в конце отгонки целесообразно повышать концентрацию CO в газовой фазе. Кинетика отгонки цинка из шлака характеризуется кривой, приведенной на рис. 162.
Проводятся опыты фьюмингования шлаков с заменой пылеугля природным газом.
Фьюмингование — процесс периодический.
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки

Шлак накапливают в отстойниках, миксерах или в ковшах и заливают по 35—50 г в печь, после чего продувают.
Печь для фьюмингования имеет прямоугольную форму; подина ее состоит из стальных или чугунных плит с залитыми в них охлаждающими трубками для воды, а стенки — из сварных кессонов шириной до 1200 мм, снабженных фурмами, концы которых на 250—300 мм выступают от кессонов внутрь печи. Фурмы (рис. 163) имеют два подводящих патрубка (для пылевоздушной смеси и вторичного воздуха) и торцовое отверстие с шаровым клапаном для прочистки.
Газоход между печью и котлом-утилизатором кессонирован. Газы, нагретые до 1200—1300° С, проходят через экранированную камеру котла, а затем, охлажденные до 300—350° С, через расположенный за ней воздухоподогреватель. Нагретый воздух из воздухоподогревателя может быть использован для дутья. Вместо воздухоподогревателя котел может иметь экономайзер. Охлажденные газы фильтруют в рукавных фильтрах. Общий вид печи приведен на рис. 164.
Шлак из печи либо направляют на грануляцию, либо отвозят ковшами в отвал. Возможно также дополнительное обезмеживание шлака присадкой пирита в ванну печи или в отстойник, в который в этом случае сливают шлак после фьюмингования.
Схема цепи аппаратов фьюминг-цеха приведена на рис. 165.
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки

Ba фьюминг-цех входит отделение пылеприготовления, где уголь дробят, измельчают и просушивают. Готовую угольную пыль пневматически передают в расходные бункера и из них специальными питателями в печь. Подача пылеугля в печь в строгом соотношении с воздухом — на практике задача нелегкая. Схема приготовления и подачи пыли приведена на рис. 166.
Наряду с жидким шлаком в печи для фьюмингования удается перерабатывать корки и часть холодных шлаков старых отвалов. На некоторых заводах вес холодных добавок достигает 25% от общего количества перерабатываемого шлака. Во фьюминг-печи не удается перерабатывать шлаки, содержащие более 35% SiО2, ввиду значительной их вязкости.
Показатели работы установки на некоторых заводах приведены в табл. 66.
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки

Значительное увеличение скорости отгонки цинка дает применение дутья, обогащенного кислородом, что хорошо подтверждается опытом завода Трейл (табл. 67).
Другой процесс, позволяющий извлечь цветные металлы из шлака — электроплавка. В электропечи расход топлива сводится к минимуму, необходимому для осуществления реакций восстановления. Вследствие этого парциальное давление паров цинка в газовой фазе приближается к теоретическому и возникают благоприятные условия для конденсации цинка в металл.
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки

Впервые в промышленном масштабе электротермия была применена для переработки цинковистых шлаков свинцовой плавки в 1942 г. на заводе Геркулениум (США).
Построенную для этой цели печь неоднократно переделывали и с 1955 г. эксплуатируют прямоугольную кессонированную печь размером 11,6x6,65x5,6 м с тремя электродами диам. 760 мм, расположенными по продольной оси на расстоянии 2,7 м один от другого. Ток подается от трансформатора мощностью 5000 ква.
Расплавленный шлак заливают в печь через порог, а кокс загружают на поверхность ванны, глубина которой колеблется от 800 до 400 мм. Штейн выпускают периодически через шпур. Парогазовую смесь направляют в 25-т барботажный конденсатор. Цинк при 500° С сливают в 90-т ликвационную печь, в которой отделяется свинец.
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки

Газы, содержащие 80% CO, после промывки в скруббере откачивают вакуум-насосом и подают на сжигание в различные заводские агрегаты.
В осаждаемой в скруббере пусьере сосредоточивается около 45% Pb, содержащегося в шлаке, и ее направляют в шихту свинцовой плавки. В черновой металл, образующий в печи самостоятельный слой, переходит 50% Pb; медь концентрируется в штейне (табл. 68).
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки

Расход кокса составляет около 3,0% к весу шлака и извлечение цинка в металл достигает 72%. Расход электроэнергии 10300 кет-ч/т цинка.
Исследования М.М. Лакерника, проведенные в промышленном масштабе, показали, что при электроплавке шлака (Лениногорского свинцового завода), содержащего, %: 2,9 Pb, 0,76 Cu, И Zn, 29 Fe, 2,5 S и более 40 г/т Ag, при расходе восстановителя до 4% содержание цинка понижалось до 3,9%) и железа до 24%. При этом содержание меди и свинца в конечном шлаке с увеличением расхода кокса более 2% не менялось, оставаясь на уровне 0,2 и 0,1 соответственно. Содержание серебра в шлаке снижалось до 2—3 г/т.
Дальнейшее уменьшение содержания цинка в шлаке связано с восстановлением железа, выход которого тем больше, чем меньше остается цинка в шлаке. При восстановлении 15% Fe, содержавшегося в исходном шлаке, в отвальном шлаке оставалось 1 % Zn.
В 1961 г. В.П. Лидов и А.П. Сычев провели опыты по плавке шлаков Лениногорского свинцового завода с прямой конденсацией цинка в жидкий металл. Перерабатываемая смесь состояла из 83%) шлака и 17% предварительно агломерированных цинковых кеков (табл. 69).
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки

Плавку проводили в закрытой электропечи мощностью 3000 ква (рис. 167). Цинковые пары конденсировали в конденсаторе, приведенном на рис. 168.
Условия плавки и конденсации:
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки

Результаты, полученные при этом режиме, представлены в табл. 70.
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки

Возгонка цинка составляет 85%, из них около 83% конденсируется в жидкий металл.
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки

Содержание примесей в продуктах плавки приведено в табл. 71.
Схему электроплавки с прямой конденсацией цинка сравнивали CO схемой расплавления шлака и отстаивания штейна в электропечи с последующим фьюмингованием обезмеженного шлака.
При электроплавке с жидкостной конденсацией извлечение цинка, свинца и меди выше, чем по схеме с фьюмингованием, на 12; 11 и 20% соответственно. При этом требуемые капиталовложения на сооружение цеха в первом случае в два раза меньше, чем во втором.
В настоящее время предложен ряд процессов для переработки шлаков цветной металлургии. Некоторые из них включают извлечение железа и получение различных видов строительных материалов. Техническая возможность такой переработки сейчас имеется, но практическая ценность этих предложений может быть выявлена в результате тщательных технико-экономических подсчетов.
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки
Переработка высокоцинковистых шлаков  свинцовой плавки

Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent