Теоретическая сущность процесса
Сущность горновой плавки заключается в обработке смеси богатого сульфидного свинцового концентрата с твердым топливом струей сжатого воздуха. При этом происходит частичный обжиг PbS с образованием РbО и PbSO4 и реакции взаимодействия между PbS и продуктами его окисления — РbО и PbSO4. Обжиг и реакционная плавка проводятся одновременно; кроме того, часть свинца восстанавливается углеродом топлива.
Реакция обжига PbS и ее тепловой эффект следующий:
2PbS + ЗО2 = 2РbO + 2SO2 + 201 360 кал(8450 кдж),(1)
приведенная реакция является суммарной, так как процесс окисления сульфида свинца протекает в несколько ступеней;
2РbО + 2SO2 + О2 = 2PbSO4 + 183 400 кал(7680 кдж).(2)
Заметные количества сульфата свинца образуются при окислении сульфида уже при 200—300°С, процесс протекает крайне медленно.
После частичного обжига шихта содержит в твердом состоянии следующие химические соединения свинца: PbS, РЬО и PbSO4. При нагревании этих веществ, взятых в определенном соотношении, протекают следующие реакции:
|
|
PbS + 2РЬ0 = ЗРЬ + SO2 — 52 540 кал(2200 кдж), (3)
PbS + PbSO4 = 2Pb + 2SO2— 97 380 кал(4070 кдж). (4)
При определенных температуре и давлении SO2 наступает химическое равновесие: реакции протекают с одинаковой скоростью в обоих направлениях. При повышении температуры равновесие нарушается, и реакции идут слева направо в сторону образования РЬ и SO2. Таким образом, повышение температуры полезно для реакционной плавки, так как при этом возрастает выход металлического свинца и ускоряется обжиг PbS. Но как для обжига (во избежание комкования), так и для самой реакционной плавки шихту необходимо сохранять в твердом состоянии. Поэтому процесс реакционной плавки осуществляется при температурах не выше 800—850°С. При более высоких температурах РbО расплавляется, происходит расслаивание по плотности, отчего нарушается контакт между сульфидом и окислом свинца в вытапливание свинца прекращается.
Избыточная окись свинца восстанавливается за счет С и СО по реакциям:
РbО + С = Рb + СО; (5)
РbО + СО = Рb + СО2. (6)
Для осуществления этих реакций в шихту горновой плавки вводят некоторое количество углеродистого топлива. Обычно это коксовая мелочь в количестве 4—10% от веса шихты. Чем интенсивнее процесс и чем больше в шихте содержится сульфидной серы, тем меньше требуется топлива для горновой плавки.
Оптимальная крупность кокса от 5 до 15мм.Более крупные частицы кокса способствуют сегрегации шихты, а более мелкие выносятся с пылью.
Короткобарабанная печь представляет собой стальной клепанный кожух, футерованный высокоглиноземистым кирпичом состава, %: 65—70 А12О3; 20—25 SiO2; 3TiO2; 5Fe2O3; 0,5СаО. Между кожухом печи и огнеупорной футеровкой находится утрамбованный слой пластической глины толщиной 50 ммна случай расширения футеровки при ее нагревании.
|
|
Плавка осуществляется прерывно, каждая операция длится около 4 ч. Загрузив несколько тонн шихты, короткобарабанную печь вращают со скоростью 0,5—1,0 об/мини энергично подогревают сжигаемой угольной пылью до температуры интенсивного протекания реакции (1100°С). Печь может вращаться в двух противоположных направлениях. Благодаря вращению осуществляется хороший контакт между сульфидами и окислами свинца, необходимый для успешной реакционной плавки. Топочные газы проходят котел-утилизатор и фильтруются в мешочных фильтрах.
К концу плавки ее продукты (свинец, шпейза, штейн, шлак) хорошо разделяются по плотности в печи с глубокой ванной и выпускаются раздельно.