 |
Расчет расхода флюсов и количества газов
|
|
|
|
Плавка ведется с получением шлаков, содержащих 6% СаО и 30% SiO2. Расход кокса составляет 10% от массы руды. Расчет ведем по сухой массе.
В 100 кг руды и 17 кг конверторного шлака находится 1,8+17•0,025=2,23 кг Сu; 41+17•0,49=49,4 кг Fe; 1,4 кг Zn; 47,6+17•0,01=47,77 кг S; 5,2+17•0,25=9,5 кг SiO2; 2,5 кг А12О3; 0,5 кг СаО; 3,7 кг прочих.
Из этого количества с учетом образования штейна в шлаки перейдет 0,27 кг Сu; 40,40 кг Fe; 9,5 кг SiO2; 0,5 кг СаО; 2,5 кг А12О3; 2,72 кг прочих.
Для плавки используется кокс, содержащий 83,7% С, 2% S, 10% золы, 2% летучих, 2,3% влаги.
Состав золы кокса: 2,6% А12О3, 6% SiO2, 1% FeO, 0,4% СаО. Из 10 кг кокса в шлак перейдет 0,26 кг А12О3, 0,6 кг SiO2, 0,1 кг FeO, 0,04 кг СаО.
Всего в шлак перейдет 0,27 кг Сu, 40,50 кг Fe, 10,1 SiO2, 0,54 кг СаО, 2,76 кг А12О3, 2,72 кг прочих.
Составим предварительный расчетный состав шлаков без флюсов, переведя железо в FeO:
| кг | % | |
| FeO | 52,1 | 76,4 |
| SO2 | 10,1 | 14,8 |
| CaO | 0,54 | 0,8 |
| Al2O3 | 2,76 | 4,0 |
| Прочие | 2,72 | 4,0 |
| Итого | 68,22 | 100,0 |
Для определения необходимого количества флюсов с целью получения шлака заданного состава примем, что
(SiO2+FeO+Al2O3)/CaO=89:6; SiO2:CaO=30:6.
В качестве флюсов используется известняк (X кг) состава: 50% СаО, 9% SiO2 и кварцевая руда (Y кг), содержащая 82% SiO2, 8% А12О3, 6% FeO, 4% прочие. Из соотношений
;
составляем два уравнения:
389,76+0,54Х+5,76Y=48,06+44,5Х;
60,6+0,54Х+4,92Y=16,2+15Х.
Решая их, находим, что Y=22,3 кг, X=10,70 кг.
Из флюсов в шлак поступит 10,70•0,09+22,3•0,82=19,3 SiO2; 22,3•0,06=1,3 кг FeO; 22,3•0,08=1,8 кг А12О3; 10,70•0,5=5,35 кг СаО. Таким образом, расчетный состав шлака с флюсами будет
| кг | % | |
| FeO | 52,1+1,3=53,3 | 55,0 |
| SiO2 | 10,1+19,3=29,4 | 30,3 |
| CaO | 0,54+5,35=5,89 | 6,1 |
| Al2O3 | 2,76+1,8=4,56 | 4,7 |
| Прочие | 2,72+1,1=3,82 | 3,9 |
| Итого 96,97 | 100,0 |
Этот шлак вполне подходит для плавки.
Для расчета количества газов составляем таблицу предварительного материального баланса без учета воздуха (таблица 37).
|
|
|
ТАБЛИЦА 37 Материальный баланс медно-серной плавки без учета воздуха, кг
| Материалы баланса | Всего | В том числе | |||||||
| Cu | S | Fe | Zn | SiO2 | Al2O3 | CaO | прочие | ||
| Поступило: Руды медной Шлака конверторного Руды кварцевой Известняка кокса | 22,3 10,7 10,0 | 1,8 0,43 – – – | 47,6 0,17 – – 0,2 | 41,0 8,4 1,0 – 0,1 | 1,4 – – – – | 5,2 4,3 18,3 1,0 0,6 | 2,5 – 1,8 – 0,26 | 0,5 – – 5,35 0,04 | – 3,7 1,2 4,35 8,8 |
| Итого | 160,0 | 2,23 | 47,97 | 50,5 | 1,4 | 29,4 | 4,56 | 5,89 | 18,05 |
| Получено: штейна шлака отвального газов | 17,8 96,97 45,23 | 1,96 0,27 – | 4,8 0,65 42,52 | 9,0 41,5 – | 0,6 0,8 – | – 29,4 – | – 4,56 – | – 5,89 – | 1,44 13,90 2,71 |
| Итого | 160,0 | 2,23 | 47,97 | 50,5 | 1,4 | 29,4 | 4,56 | 5,89 | 18,05 |
Из материального баланса видно, что в газы переходит 42,52 кг S. Из этого количества перейдет 42,52–23,05=19,45 кг серы за счет окисления сульфидов по реакциям
2FeS + ЗО2 = 2FeO + 2SO2;
2ZnS + ЗО2 = 2ZnO + 2SО2.
Основываясь на практических данных, принимаем, что сера в газах содержится в следующих видах: 81,2% S2; 8,4% SO2; 7,0% CS2; 2,3% COS; 1,3% H2S. Образование S2, COS, CS2 и H2S происходит за счет взаимодействия сульфидов и сернистого газа с углеродом и водяным паром при высоких температурах. На основе принятого состава газа определяем распределение серы, кг:
| S2 | 42,52•0,812=34,52 | COS | 42,52•0,023=1,0 |
| SO2 | 42,52•0,084=3,6 | H2S | 42,52•0,01=0,4 |
| CS2 | 42,52•0,07=3,0 |
Из состава газов следует, что до элементарной серы из SO2 восстанавливается 34,52–23,05=11,47 кг серы.
Подсчитываем количество углерода, необходимого для протекания реакций, кг:
| 2SO2 + 2С = S2 + 2СО2 | 11,47•12/32=4,3 |
| C + S2 = CS2 | 3,0•12/64=0,56 |
| 2CO + S2 = 2COS | 1,0•12/32=0,37 |
Всего потребуется углерода 4,3+0,56+0,37=5,23 кг, что соответствует расходу кокса 5,23/0,837=6,2 кг.
Определим количество кислорода, расходуемого в процессе плавки на образование соединений, кг:
| SO2 | 3,6•32/32=3,6 |
| COS | 1,0•16/32=0,5 |
| CO2 | [8,37–(0,56+0,37)]•32/12=19,8 |
Количество кислорода, расходуемого на образование шлака, считая, что в нем железо и цинк находятся в виде FeO и ZnO, составляет, кг:
|
|
|
FeO 40,5•16/55,85=11,6
ZnO 0,8•16/65,4=0,2
На образование штейна кислорода потребуется 17,8•7,8/100=1,4 кг. Всего кислорода, таким образом, потребуется 37,1 кг.
Поступит кислорода с конверторным шлаком 17•14/100=2,4 кг. С воздухом необходимо ввести кислорода 37,1–2,4=34,7 кг. С этим количеством кислорода поступит азота 34,7•77/23=116,2 кг, всего воздуха по объему поступит (34,7+116,2)/1,293=116,7 м3.
С воздухом при содержании в нем влаги 5 г/м3 поступит 116,7•0,005=0,59 кг.
Принимаем, что в твердых компонентах шихты и кокса содержится 2% влаги. С шихтой и коксом в печь поступит влаги 160,0•0,02=3,20 кг. Всего влаги поступит 3,20+0,59=3,79 кг. По реакции 2Н2О + 1,5S2 = 2H2S + SO2 прореагирует 0,4•36/96=0,15 кг.
В газы перейдет влаги 3,79–0,15=3,64 кг. По проделанным расчетам определим теоретический состав и количество газов (без учета подсосов).
Состав и количество газов медно-серной плавки:
| кг | м3 | % (объемн) | ||
| S2 SO2 COS CS2 H2S H2O CO2 N2 | 34,52 7,2 1,87 3,56 0,42 3,64 27,23 116,2 | 34,52•22,4/64= 7,2•22,4/64= 1,87•22,4/60= 3,56•22,4/76= 0,42•22,4/34= 3,64•22,4/18= 27,23•22,4/44= 116,2•22,4/28= | 12,08 2,52 0,69 1,05 0,28 4,53 13,86 92,96 | 9,4 2,0 0,5 0,8 0,2 3,6 10,9 72,6 |
| Итого | 194,64 | 127,97 | 100,0 |
По данным практики, сера из газов извлекается на 75–85% в виде элементарной, на 10–20% – в виде серной кислоты. Потери серы в виде SO2 составляют 5–6%.
ШЛАКОВОЗГОНОЧНЫЙ ПРОЦЕСС
Переработка жидких шлаков для извлечения из них цинка, свинца, олова и меди в шлаковозгоночных печах нашла широкое применение как за рубежом, так и в отечественной практике. Процесс основан на восстановлении имеющихся в шлаках окислов металлов с испарением свинца, цинка и олова из расплавов при высоких температурах. Для успешного испарения олова его надо сульфидировать (летит SnS).
В качестве восстановителя в шлаковозгоночных процессах используют угольную пыль, мазут и природный газ.
Несмотря на интенсивность процесса шлаковозгонки на воздушном дутье с целью его дальнейшей интенсификации, большое значение имеет применение дутья, обогащенного кислородом. Например, при обогащении дутья кислородом до 28–30% цикл продувки шлака уменьшается в два раза, что позволяет уменьшить расход топлива на 30–35%. Не менее важное значение для процесса имеет замена периодического цикла продувки шлаков на непрерывный.
|
|
|
|
|
|
