Первая стадия переработки – восстановительная плавка включает в себя следующие основные этапы:

1) Загрузка шихты, наборка ванны жидкого металла и шлака – 8,9 часа

2) Выдержка – 0,5 часа

3) Первый разлив чернового свинца – 0,6 часа

4) Доработка шлака с целью доизвлечения свинца из свинцового сырья – 0,8 часа

5) Второй разлив чернового свинца – 0,2 часа

6) Чистка печи – 0,1 часа

ИТОГО общее время первой стадии – 11,1 часа

Около 90% перерабатываемого сырья будет представлено ломом класса АЛ - Лом и кусковые отходы аккумуляторных батарей, остальной лом будет представлен свинцом класса А. На первой стадии технологического цикла, восстановительной плавке основной процесс, протекающий в роторной печи – плавление металлического свинца, входящего в состав лома. Кроме того, происходит восстановительный процесс, в ходе которого протекают химические реакции:

Восстановление оксида свинца (4) до металлического свинца

PbO₂ + 2CO = Pb + 2CO₂

Разложение сульфата свинца (2) до оксида свинца (2) и серного ангидрида

PbSO₄ =PbO + SO₃

Образование силиката свинца по реакции

2PbO + SiO₂ = 2PbO * SiO₂

Разложение соды

Na₂CO₃ = Na₂O + CO₂

Окисление железной стружки

Fe + ½ O₂ = FeO

Восстановление свинца из силиката с образованием легкоплавкого натрий железистого силиката

2PbO * SiO₂ + Na₂O + FeO + 2CO = 2Pb + Na₂O * SiO₂ * FeO + 2CO₂

Восстановление серного ангидрида до ангидрида сернистого

SO₃ + CO = SO₂ + CO₂

Газификация углерода

С + ½ О₂ = СО

Образование железо кальциевых силикатов из компонентов, имеющихся в ломе

CaO + FeO + SiO₂ = CaO * FeO * SiO₂

Для обеспечения протекания реакции (1) в состав шихты вводится углерод в виде кокса или древесного угля. Этот углеродистый материал газифицируется с образованием моноокиси углерода по реакции (8), а моокись уже выступает в качестве восстановителя свинца. Условием восстановления свинца является наличие газовой атмосферы в печи с отношением СО/СО₂ как ½. Избыточный угарный газ доокисляется на выходе из печи с целью исключения загрязнения атмосферы, т.к. угарный газ является ядовитым веществом. Силикат свинца трудно восстановим и поэтому, чтобы облегчить условия реакций восстановления, в шихту вводят соду для разложения силиката свинца. Для обеспечения формирования шлака с определенными физико-химическими свойствами необходимо образование тройного соединения – натрий железистого силиката. Железо традиционно вводится в процессе восстановительной плавки железной стружкой, которая в печи окисляется, т.к. железо обладает большим сродством к кислороду, нежели свинец, и среда являющаяся восстановительной по отношению к свинцу в отношении железа является окислительной. Железо окисляется за счет избыточного кислорода воздуха вводимого в топливную горелку для улучшения условий сжигания газообразного топлива и повышения фактической температуры пламени. Благодаря этому выравнивается химический состав печной атмосферы, и устраняются нежелательные окислительные ее компоненты.

Для определения расхода шихтовых материалов вычисляется фазовый состав лома на основе химического состава. В частности определяется:

Количество свинца, связанного в сульфат свинца

Pb(PbSO₄) = S(в ломе) * 207 / 32

Количество кислорода связанного в сульфате свинца

О(PbSO₄) = S(в ломе) * 64 / 32

Количество кислорода, связанного в пятиокись сурьмы

О(Sb₂O₅) = Sb(в ломе) * 80 / 243,5

Количество кислорода, связанного в оксид свинца (4)

O(PbO₂) = 100 - компонентов лома - О(PbSO₄) - О(Sb₂O₅)

Свинца, связанного в оксид свинца (4)

Pb(PbO₂) = O(PbO₂) * 207 / 32

Количество свинца в металлическом состоянии

Pb(мет.) = Pb(в ломе) - Pb(PbSO₄) - Pb(PbO₂)

Количество кислорода в составе оксида свинца (2), образованного при разложении сульфата свинца

О(PbO) = Pb(PbSO₄) * 16 / 207

Количество кислорода связываемого углеродом при восстановлении серного ангидрида до ангидрида сернистого

О(SO₃/SO₂) = О(PbSO₄) * 2 / 4

На основе полученных данных производится расчет расхода вспомогательных шихтовых материалов.

Расход древесного угля (кокса):

Суммарный газифицируемый кислород в процессе восстановления свинца и сурьмы

О = О(Sb₂O₅) + O(PbO₂) + О(PbO) + О(SO₃/SO₂)

Расход угля (кокса) на плавку

С(на плавку) = ( О * (36/80) * G(лом) * 2,5 * С(кокса, %) ) / 10000

Расход соды:

Окиси кремния, связанной в железо кальциевый силикат

SiO₂(связанной) = СaO (в ломе) * 60 / 56

Свободной окиси кремния, выделяющейся при восстановлении силиката свинца

SiO₂(свободной) = SiO₂(в ломе) - SiO₂(связанной)

Расход соды на плавку

Na₂CO₃ (на плавку) = SiO₂(свободной) * 106 / 62

Расход железной стружки:

Необходимое количество оксида железа для связывания кремнезема в железо кальций (натриевые) силикаты

FeO(необходимое) = SiO₂(в ломе) * 60 / 56

Недостаток оксида железа в ломе

FeO (недостающее) = FeO(необходимое) – FeO(в ломе)

В пересчете на металлическое железо недостающее железо

Fe(недостающее) = FeO (недостающее) * 56 / 72

Подставляя данные, о среднем значении химического состава смеси ломов исходя из принятого валового соотношения ломов класса А и класса АЛ 90/10 с учетом введения оборотных отходов и пылей в количестве 20% от веса исходного смеси ломов получаем следующий расход шихтовых материалов на одну плавку:

Свинецсодержащие материалы – 6711 кг (в том числе 1411 кг оборотные отходы рафинирования и пыли из системы газоочистки)

Древесный уголь – 500 кг

Железная стружка – 50 кг

Сода – 125 кг

ИТОГО шихтовых материалов: 7386 кг

Выход чернового свинца: 5000 кг

На проведения плавки расходуется тепло, которое доставляется в печь за счет сжигания природного газа в рабочем пространстве печи. Согласно теплотехнических и термодинамических расчетов для проведения процесса одной плавки необходимо израсходовать 620 м³ природного газа. Для сжигания этого количества газа необходимо потратить 6200 м³ воздуха. При этом образуется 6760 м³ топливных дымовых газов. Кроме воздуха, необходимого для сжигания природного газа в печь подается воздух для технологических нужд. В частности для осуществления химических реакций газификации углерода шихты, окисления железной стружки требуется 2635 кг воздуха или 2050 м³. При этом образуется 4150 кг дымовых газов или 2624 м³.

Отвальный шлак представляет собой оксиды элементов не переходящих в металлическую фазу из лома и оборотных отходов – оксиды кремния, алюминия, натрия, кальция, железа. Также в шлак переходит около 0,2-0,3% вводимого с шихтовыми материалами свинца. Выход шлака находим как сумму произведений массы компонента, вносимого с шихтовым материалом на его долю в компоненте. Отдельно рассчитываются и прибавляются к общей массе отвального шлака компоненты, которые претерпевают в процессе плавки химические превращения.

Оксид натрия, вносимый содой

Na₂O(шлак) = Na₂CO₃ (на плавку) * 62/106

Оксид железа, вносимый при окислении железной стружки

FeО(шлак) = Fe (на плавку) * 72 / 56

Зола древесного угля

Зола угля (шлак) = Расход угля * Доля золы в угле

Оксид свинца (2), теряемый вместе с отвальным шлаком

PbO(шлак) = Pb(в ломе) * 0,0055 * 223/207

После подсчета общего количества шлака, образующегося за одну плавку согласно порядка указанного выше получаем, что выход шлака на одной плавке составляет 600 кг.