1. Полиметаллические руды и концентраты, основные минералы свинца, химические составы свинцовых концентратов.

Основным природным сырьем для производства свинца (и цинка) являются сульфидные полиметаллические руды: свинцово-цинковые, медно-свинцово-цинковые (полиметаллические) (Алтай, Восточный Казахстан) и медно-свинцовые (Центральный Казахстан)

• Кроме свинца, цинка и меди, руды содержат: Fe, Au, Ag, Cd, Bi, Sn, As, Sb, Tl, Se, Te, Ge, In, S и другие металлы

• Содержание элементов в свинцово-цинковых рудах колеблется, %: Pb 0,5-10; Zn 1-13; Fe 1-10; Cu 0,5-2; SiO₂ 18-20; S 15-20. Полиметаллические руды характеризуются более высокой концентрацией цинка при одновременном присутствии меди, %: Pb 0,3-7,5; Zn 2-18; Cu 0,5-3

• Свинцовые концентраты содержат, %: Pb 30-80; Zn 2-14; Cu до 10; Fe 2-16; S 12-28; SiO₂ 2-13, а также Ag 300-3500 г/т и Au 2-150 г/т. Концентрация Sb, As, Sn и Bi (каждого) колеблется от тысячных до десятых долей процента

• PbS – галенит (86,6 % свинца)

• Сфалерит ZnS (67,1 % цинка)

• Халькопирит CuFeS₂

2. Классическая (традиционная) схема производства товарного свинца из сульфидных концентратов.

Эта схема включает в себя агломерационный обжиг свинцовых концентратов с последующей шахтной восстановительной плавкой и рафинированием чернового свинца. Разновидностью этого процесса является процесс фирмы "Imperial Smelting" (IS-процесс), позволяющий получать попутно черновой цинк из коллективных свинцово-цинковых концентратов. Жизнеспособность этой классической схемы получения свинца из свинцовых концентратов опре­деляется относительной простотой аппаратурного оформления, возможно­стью использования ее для переработки как бедных, так и богатых мате­риалов и высокой комплексностью использования сырья. При рациональной организации переработки промпродуктов, помимо свинца, удается извлечь в разных соотношениях цинк, серу, медь, золото, серебро, вис­мут, мышьяк, сурьму, олово, ряд редких и рассеянных элементов. Схема получения свинца по методу агломерация - шахтная плавка - рафиниро­вание представлена на рис.

Основные недостатки традиционной схемы следующие. Обогатители выдают для переработки очень богатые по свинцу концентраты (до 80 % Рb). Вместо того, чтобы проводить в ходе металлургической переработки дальнейшее обогащение промпродуктов, металлурги сначала основатель­но разубоживают эти минералы, вводя в них до 15-30 % не содержащих свинца флюсов и получая агломерат с 40-50 % свинца. Далее, в рассмот­ренной схеме не используется тепло сгорания сульфидов, наоборот, при шахтной плавке расходуется большое количество дорогостоящего кокса. В

связи с усилением требований к охране окружающей среды степень ис­пользования серы на этапе агломерация - шахтная плавка нельзя считать удовлетворительной.

В металлургии свинца применяется реакцион­ная плавка. К ней прежде всего относится горновая (реакционная) плав­ка, широко использовавшаяся, по-видимому, еще в древние века. Про­цесс основан на выплавке свинца из очень богатых руд или концентратов (не менее 65-70 % Рb) в горнах или других плавильных устройствах. Ап­паратурное оформление процесса не отвечает современным требованиям.

При этом в новых автогенных процессах используют тепло от сгорания сульфидов, отпадает необходимость разубоживания исходных концентратов большим количеством флюсов, ста­новится возможной практически полная утилизация серы из печных га­зов, резко снижаются капитальные и эксплуатационные затраты.

3. Теоретические основы агломерирующего обжига свинцовых сульфидных концентратов.

Основное количество свинца из сульфидных концентратов получают по классической схеме агломерация - шахтная плавка. Основные задачи агломерирующего об­жига следующие: 1) наиболее полное удаление серы с. переводом соединений свинца и легковосстановимую оксидную форму; 2) окускование. исходного, материала, с тем, чтобы сделать его пригодным для последующей переработки в шахтной печи. Если концентрат содержит много меди (>3%), то эту медь в дальнейшем при шахтной плавке стремятся перевести в штейн. Поэтому при агломерации медистых шихт для обеспечения условий образования в дальнейшем при плавке штейна, в котором концентрируется медь, рекомендуется оставлять в агломерате до 2 % S. Для получе­ния при шахтной плавке пешка с заранее заданными свойствами в шихту вводят флюсы.

При агломерации свинцовых концентратов флюсы целесообразно непосредствен­но вводить в шихту обжига. Этим достигается некоторая экономия кокса при шахтной плавке.

Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов осуществляют на ленточных агломерационных машинах, работающих с просасыванием воздуха через слой шихты или с дутьем снизу. Конструкция агломашин мало чем отличается от конструкции машин, используемых в медной и никелевой промышленности. Однако технология обжига свинцовых концентратов имеет ряд особенностей, связанных с физико-хи­мическими свойствами шихт свинцовой, медной и никелевой промышленности. Свинцовые концентраты по сравнению с медными содержат большее количество сульфидов и меньшее количество пустой породы и флюсов. Свинцовые шихты, окисляемые при агломерации, образуют довольно легкоплавкие продукты реакции. Следовательно, если бы шихта агломерации состояла только из перечисленных вы­ше компонентов, то за один проход аглоленты не удалось бы выжечь всю имеющуюся серу. Попытки интенсификации процесса горения сульфидов неизбежно при­вели бы к большому выделению тепла, что при некомпенсированном его отводе выз­вало бы полное расплавление легкоплавких продуктов обжига и заливке паллет. Поэтому при агломерации свинцовых концентратов для снижения концентрации се­ры в исходной шихте значительные количества агломерата (до 50-300 % от его вы­хода) направляются после охлаждения и дробления в оборот несмотря на то что по своим физическим свойствам этот продукт мог бы быть переработан шахтной плавкой. В результате такого разбавления содержание серы в исходной шихте сни­жается до 6-8 %, что позволяет за один проход ленты получить агломерат с кон­центрацией серы 0,8-1,5 % .В связи с этим в практику агломерации свинцовых концентратов введено понятие “кратность” обжига, которое представляет собой отношение

К=(с-d)/(b-d)

где К - кратность обжига; с - содержание серы в первичной шихте, %; b — содержа­ние серы в шихте с оборотным агломератом; d - концентрация сери в готовом агломерате, %.

Как видно из схемы, технологические газы проходят стадию пылеочистки, после чего часть их может быть направлена на производство серной кислоты, прой­дя этап рециркуляции или минуя его. Возможность получения серной кислоты из относительно бедных по SO2 агломерационных газов освоена пока не на всех заво­дах. Технологические особенности этого процесса будут рассмотрены ниже.

Грубая пыль после пылеулавливания возвращается в оборот, тонкая пыль элек­трофильтров, как правило, направляется в кадмиевое производство.

4

5

6

7 Аппаратурное оформление агломерирующего обжига сульфидных свинцовых концентратов

Агломашина, работающая с прососом воздуха, представляет собой бесконечную ленту, состоящую из примыкающих одна к другой тележек (паллет), движущихся по рель­сам. Вся конструкция паллеты опира­ется на раму. Верхняя часть рамы расположена горизонтально, нижняя с наклоном от хвостовой части к головной. В головной части машины установлены зубчатые колеса диаметром до 6 м, диаметр зубчатых колес хвостовой части 2,1 м. Зубья колес входят в зазоры между роликами паллет. Колеса при вращении подталкивают тележки, за счет чего осуществляется движение всей ленты. В хвостовой части маши­ны тележки переходят на нижние направляющие, по которым скатыва­ются к приводному колесу в головной части.

Тележки (паллеты) изготовляют из ковкого чугуна или стали. Дно тележки пред­ставляет собой набор колосников, через которые продувают или проса­сывают воздух. Короткие стороны паллет ограничены стальными борта­ми, плотно примыкающими один к другому. Длина тележки (эффектив­ная ширина аглоленты) составляет от 1 до 3,6 м. Эффективная длина машины определяется длиной той её части, которая расположена над камерами разрежения или дутья. Машины бывают длиной от 6,6 до 25 м. Произведение ширины машины на ее длину дает эффективную площадь машины. Площадь изменяется от 6,6 до 200 м².

Существенный недостаток агломерационных машин с прососом для спекания сульфидного сырья – сильное разубоживание обжиговых газов воздухом. Вследствие этого среднее содержание SО2 в отходящих газах не превышает 1,5–3,0 %. Особенно разубоживаются обжиговые газы в хвостовых вакуумных камерах. Для предотвращения разбавления богатые серосодержащие газы отбирают из головных камер и направляют на производство серной кислоты, а бедный газ из хвостовых камер либо используют как оборотный, либо выбрасывают.

Для того чтобы уменьшить выбросы газа в цех и сократить разубоживание отходящих газов, паллеты снабжены уплотняющим устройством, которое представляет со­бой толстый резиновый лист, укрепленный с наружной части тележки со стороны камеры разрежения. В качестве уплотнителей используются так­же железные пластины с каналами для смазки. Между станинами агло­ленты расположены камеры разрежения или дутьевые камеры у машин, работающих с дутьем снизу. Почти на всех заводах головная и хвостовая части машин, а на некоторых предприятиях и вся аглолента плотно укры­ты металлическими кожухами, что исключает попадание в цех вредных газов. В хвостовой части агломашины имеется бункер для приема готового агломерата.

На машинах с прососом разрежение 1,5-4 кПа в камерах создается с помощью зксгаустеров. На машинах с дутьем воздух в каме­ре подают с помощью вентиляторов, обеспечивающих избыточное давле­ние 2-3 кПа.

Агломерационные машины с дутьем воздуха через слой шихты устроены и работают следующим образом. В камеры под паллетами со слоем шихты вентилятором нагнетается воздух. Вся рабочая ветвь агломашины снабжена укрытием для сбора обжиговых газов и создания хороших санитарных условий труда в цехе. Пространство под укрытием условно разделено на две зоны: богатого газа (в зоне интенсивного обжига) и бедного (в хвостовой части) газа. В области зоны богатого газа расположено дутьевых камер, в которые воздух подают отдельным вентилятором под давлением 3-4 кПа, в области бедного газа дутьевых камер с Отдельным вентилятором. Газы из-под укрытия отсасываются раздельно двумя вентиляторами, обеспечивающими разрежение под укрытием около 20 кПа. Богатые газы с 5-7 % сернистого ангидрида направляют в серно- кислотное производство. В них переходит 55-60 % серы, содержащейся в шихте. Бедные газы с 2-2,5 % сернистого ангидрида либо возвращают на дуть в первые 9 камер (работа с рециркуляцией, рис.10), либо после охлаждения с 450 – 500 °С до 80 "С направляют на пылеулавливание в рукавные фильтры и выбрасывают в атмосферу. У дутьевых агломашин отличается узел поджигания шихты. Дутьевые агломашины снабжены тремя питающими бункерами: для постели, зажигательного слоя и основной шихты. Высота слоя постели равна 1 5 - 2 0 мм, зажигательного слоя 20-25 мм и основного слоя 200-250 мм. Постель приготовляют из оборотного агломерата крупностью 8-15 мм. Зажигательный слой представляет собой мелкую фракцию, которую отделяют на грохоте перед загрузкой шихты на агломерационную ленту. Зажигательный горн с газовыми горелками расположен между питателями зажигательного слоя и основной шихты. Зажженный слой, перемещаясь вместе с лентой, уходит под слой основной шихты. Под горном расположена единственная вакуумная камера, разрежение в которой составляет 1-1,5 кПа. Удельная производительность агломашин с дутьем составляет 13-18т/(м2сут).