14. (Повтор) Автогенные процессы получения свинца из сульфидных свинцовых концентратов.

Горновая или реакционная плавка

В основе горновой плавки так же как других автогенных или полуав­тогенных процессов, лежат реакции частичного окисления сульфида свинца с последующим взаимодействием оксида свинца с суль­фидом и сульфатом, сопровождающимися выделением металла. Недоста­ток тепла восполняется загрузкой коксовой мелочи в количестве от 4 до 10 % от массы шихты в зависимости от содержания свинца в концентрате. Основная часть горна представляет собой корытообразный чугунный ящик глубиной 0,25. м, длиной 2,5 м и шириной 0,5 м. Над ящиком распо­ложен вытяжной колпак, соединенный с эксгаустером. Колпак пол­ностью перекрывает весь горн, и лишь с передней стороны в нем имеется выемка высотой около 50 см, служащая для загрузки шихты и обслужи­вания горна. В задней стенке горна расположено от 20 до 36 фурм диа­метром 25—45 мм, по которым подводится воздух в количестве 20— 25 м3/мин при невысоком давлении. Воздух необходим для частичного окисления сульфида свинца и горения коксика. Шихту перегребают меха­ническим перегребателем, установленным на эксцентрике. Перегребатель передвигается по рельсовым путям по всей длине горна:

К шихте горновой плавки предъявляются довольно строгие требова­ния. Прежде всего, концентрат должен быть очень богатым и желательно монометаллическим.

Процесс ведется при 800-900°С. При этих температурах шихта остает­ся в тестообразном состоянии, свинец вытапливается и собирается в гор­не печи, откуда периодически выпускается на розлив. Снижение темпера­туры плавления шихты ведет к нарушению процесса, поэтому любые при­меси, понижающие эту температуру, являются нежелательными. Не допус­кается на плавку концентрат, содержащий выше 3% SiO2, из-за легко­плавкости свинцового стекла.

Свинец распределяется между продуктами плавки следующим обра­зом: в черновом металле 65-70 %, в пыли и возгонах 20-25 %, в серых шлаках 10—15 %. Общее извлечение свинца в металл при переработке промпродуктов достигает 95—98 %. Суточная производительность совре­менного стационарного горна по концентрату достигает 25 т. Расход уг­леродистого топлива (оно вносит до 50 % тепла в тепловой баланс плав­ки) составляет 1-4 % от массы сухого концентрата, расход воздуха 1000-1500 м3 на 1 т шихты.

Реакционная плавка свинцовых концентратов в коротко барабанной печи

Короткобарабанная печь представляет собой стальной кожух, футерованный высокоглиноземистым кирпичом. Внутренний диаметр печи 2,4 м, длина 2,4 м, полезный объем 10 м3. Печь отапливается за счет сжигания угольной пыли. С помо­щью электродвигателя печь может вращаться в противоположных на­правлениях со скоростью 1 об/мин. Температура расплава в печи состав­ляет 1200°С. В печь загружают частично окисленный агломерат с задан­ным для реакционной плавки соотношением компонентов PbS:PbO:PbSО4. Продолжительность операции 4 ч. Процесс периодический, за одну операцию получают 4 т свинца. Расход топлива (бурый уголь) 12—15 % от массы шихты. Прямое извлечение свинца из концентрата 87,5 %, общее извлечение с учетом переработки пылей 95 %.

Процессы прямого получения свинца на заводе "Реншер"

На этом заводе были опробованы два новых автогенных процесса произ­водства свинца из сульфидных концентратов. Один из них - плавка в электрической печи.

Свинцовый концентрат, подсушенный до 2 % влаги, в смеси с оборотной пылью вдували около электродов под свод электри­ческой печи. За счет завихрений, создаваемых тепловыми потоками, про­исходил частичный обжиг - плавка материала во взвешенном состоянии. Большая часть PbS восстанавливалась до металла. Довосстановление свинца осуществлялось добавкой коксовой ме­лочи (1 % от массы шихты) и углерода электродов (1,3%). Свинец полу­чался сернистым (до 3 % S) и направлялся на специальную операцию уда­ления серы - конвертирование. Шлак с высокой концентрацией оксида цинка подвергался фьюмингованию также в отдельном аппарате. По аппа­ратурному оформлению этот процесс представляет процесса КИВЦЭТ.

В последние годы на заводе "Реншер" внедряется новый более совер­шенный процесс плавки свинцовых концентратов в смеси с флюсами и оборотами в ротационных конвертерах с верхним дутьем (процесс TBRC). Они футерованы хромомагнезитовым кирпичом, с внутренним объемом 30 м3 и эф­фективным рабочим объемом 10 м3 при угле наклона 25⁰. Конвертер снабжен устройством, позволяющим ему вращаться вокруг наклонной оси со скоростью до 1/2 об/с. Хорошее механическое перемешивание расплавов обеспечивает интенсивное протекание реакций, укрупнение мелкодисперсной взвеси капель свинца или штейна в шлаке. Темпера­тура в конвертере регулируется изменением подачи топлива и воздуха, обогащенного кислородом. При этом основная доля тепла поступает от экзотермических реакций горения сульфидов. Рабочая температура 1100—1200°С. Расход кислорода при плавке концентрата с 72 % Рb составляет 150 м3 на 1 т получаемого свинца. Конвертер работает в периодическом режиме, включающем в себя операции загрузки (30 т гранул шихты), плавления, восстановления коксовой или угольной мелочью (60 кг вос­становителя на 1 т шлака). При выпуске свинца и шлака конвертер опро­кидывают, его содержимое выливают в ковш. В шихту загрузки входит свинцовый концентрат, оборотные пыли, флюсы. Конечные шлаки содер­жат 1—2 % Рb и весь цинк в оксидной форме. После отстаивания шлаки направляются на фьюмингование, а черновой свинец - на рафинирование. Количество отходящих газов, обогащенных SO2, составляет 16000 м3/ч, что в 10 раз меньше, чем при традиционных процессах. После пылеулавливания (двухстадийное, электрофильтры) газы направляются на извлечение серной кислоты и жидкого SO2.

Процесс КИВЦЭТ-ЦС

В связи с задачей извлечения, кроме свинца, также и цинка из шлака, получаемого при плавке свинцово-цинковых концентратов, были разра­ботаны два варианта технологии. В первом варианте при восстановлении цинка в электротермической части при воздействии твердого углерода в печи поддерживается небольшое разрежение, возогнанный цинк дожига­ется и после охлаждения газов возгоны улавливаются в рукавных фильт­рах или электрофильтрах. Второй вариант предусматривает получение в качестве промежуточного или основного продукта загрязненного метал­лического цинка низших марок вследствие конденсации его в специаль­ных конденсаторах. В этом случае агрегат работает в условиях сильно восстановительной газовой атмосферы при некотором давлении.

Основными уз­лами установки являются загрузочное устройство, пла­вильная камера, водоохлаждаемая перегородка, отделяющая плавиль­ную зону от отстойно-восстановительной, и электротермическая часть. Особенностями установки являются наличие мощных четырехпольных электрофильтров, обеспечивающих надежную очистку высокотем­пературных (450°С) газов с высокой запыленностью, тракт возврата возго­нов, наличие конденсаторов в хвосте печи.

Преимущества процес­са КИВЦЭТ-ЦС: возможность переработки полиметаллических концентра­тов с широким отношением Pb:Zn — от 0,4 до 14,4 (содержание свинца в концентратах может изменяться от 12 до 65 %) ; высокое извлечение цин­ка (до 78 %) ; относительно низкие капиталовложения, небольшие габари­ты основного оборудования; низкие затраты на внутренний транспорт улучшение условий труда в связи с незначительным выбросом вредных газов; возможность автоматизации процесса.

Q-S и Q-S-L-процессы

Проводится в конвертере. Тонкоизмельченный концентрат и флюсы вместе с воз­духом, обогащенным кислородом, вдували в верхнюю часть печи — так на­зываемую зону конвертирования. При этом происходила частичная плавка во взвешенном состоянии. Одновременно с подачей концентрата расплав в зоне конвертирования продували техническим кислородом через фурмы, расположенные в боковых стенках. Шлак подвергали обеднению при про­дувке смесью кислорода, природного газа или угольной пыли и сернисто­го ангидрида (часть отходящих газов возвращали в оборот).

В процессе Q-S-L мощ­ность установки по концентрату 10 т/ч. Особенности процесса следующие: подача в закрытый реактор окатанного сырого концентрата при непрерыв­ной подаче кислорода с получением чернового свинца и шлака, в результате чего уменьшается пылевынос, снижается количество отходящих газов, уменьшаются энергоза­траты, появляется возможность использования более дешевого твердого топлива (бурый уголь).

Процесс фирмы "Коминко"

Этот процесс представляет собой разновидность кислороднофакельной плавки. Через свод печи (типа отражательной) по близко расположенным вертикальным фурмам подают подсушенную смесь концентрата и флюсов и технический кислород. Со­держание кислорода в дутье принято равным 12 % от необходимого для про­текания взаимодействий. Металлический свинец и шлак выпускают через летки, расположенные на разных торцах печи. Свинец направляют на рафинирование, а шлак - на фьюмингование после отстоя и разделения в агрегате типа отражательной печи.

Процессы фирм "Оутокумпу", "Норанда", "Уоркра" и "Мицубиси"

Высота опытной печи со­ставляла 5,9 м, сечение 1,2 м2, высота отстойника 1 м, сечение его 4,2 м2. Печь работала по обычной схеме этой фирмы на подогретом дутье. Осо­бенность конструкции печи — наличие глубокой ванны (до 1 м) с водоохлаждаемым подом. Это способствовало разделению еще в печи высокосер­нистого свинца на относительно чистый по сере свинец и металлизирован­ный сульфид свинца, выход которого был невелик. Плавке подвергались богатые по свинцу концентраты (содержание свинца 62,8 %). Температура нагретого воздуха 350—550°С. Температура в шахте 1250 С, расход воз­духа 600 м3 на 1 т концентрата. Производительность печи по концентрату 0,5—2,0 т/ч, отходящие газы содержат до 12 % SО2; концентрация свинца в шлаке ~2%, чистота чернового свинца 99 %.

Автогенные процессы прямого получения свинца из сульфидных концентратов имеют следующие общие закономерности.

1. Во всех новых процессах за исключением процесса КИВЦЭТ-ЦС, плавка сульфидных свинцовых концентратов на металл, и восстановление оксида цинка из шлаков аппаратурно разделены. Вероятно, это связано с опасением получения низкокачественных возг.онов в связи с высокой концентрацией свинца в шлаках плавильной зоны. Довосстановление этих шлаков осуществляется селективно, что не представляет особых трудностей в связи с сильно разнящимся сродством к кислороду у этих металлов, свинец переводится в черновой металл, цинк в виде оксида ос­тается в шлаке. Однако это влечет за собой дополнительные капитальные затраты.

2. Во всех процессах, особенно в тех, где используется боковое дутье, наблюдается сильное разъедание футеровки. Коррозионная активность свинецсодержащих шлаков заметно выше коррозионной активности шла­ков медного и никелевого производства.

3. В процессах с высоким p_О2 системы наблюдается повышенный пере­ход в шлак свинца, меди, мышьяка и сурьмы. При умеренных значениях р_О2 переход цветных металлов в шлак меньше, но в черновом свинце увеличивается содержание таких примесей, как сера, мышьяк, сурьма и др.

4. Выход пыли и возгонов во всех новых автогенных процессах в нес­колько раз выше, чем при шахтной плавке.

5. Затраты электроэнергии для любого автогенного процесса почти в два раза ниже, чем при шахтной плавке.