Худяков И.Ф.(ред.)Технология вторичных цветных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

РЬО + Fe FeO + Pb;

PbS + Fe

->•

FeS + Pb.

Переход железа в свинцовый сплав возможен только

после полного восстановления окислов свинца и сурьмы.

Восстановление окислов свинца, сурьмы и олова

твердым углеродом протекает по реакциям:

РЬО + C->Pb + СО — 107,47 кДж;

2РЬО + С 2РЬ + С0

— 42,2 кДж;

+ ЗС 2Sb + ЗСО — 365,57 кДж;

2Sb

+ ЗС-^ 4Sb + ЗС0

— 213,02 кДж;

Sn0

+ 2С -> Sn + 2СО — 941,74 кДж;

Sn0

+ С Sn + С0

— 187,50 кДж.

Эти реакции играют существенную роль после рас-

плавления шихты и достижения высоких температур,

когда обеспечивается хороший контакт между расплав-

ленным шлаком и углем. Восстановление твердым угле-

родом протекает с большими трудностями, чем восста-

новление окисью углерода. Так, глет начинает

восстанавливаться при 400—500° С; энергично восста-

навливается при 700° С. Сульфат свинца восстанавлива-

ется до сульфида при температурах выше 700° С.

Восстановленные металлы образуют металлический

сплав и распределяются в равновесных соотношениях

между сплавом и шлаком.

При плавке аккумуляторного лома с восстановите-

лем шлаки содержат очень незначительное количество

окислов свинца и сурьмы и получаются тугоплавкими.

Для того чтобы уменьшить механические потери метал-

лов со шлаками, принимают меры, позволяющие полу-

чить легкоплавкие шлаки. С этой целью плавку ведут

с флюсами, снижающими температуру плавления шла-

ков, в качестве восстановителя используют малозольный

уголь, отсеивают угольную мелочь от загрязнений.

Практика отражательной плавки

Отражательную плавку вторичного свинецсодержа-

щего сырья ведут в стационарных и вращающихся пе-

чах. Стационарные печи (рис. 66) имеют площадь пода

до 6 м

и глубину ванны до 0,4 м. Перегретый свинец

200

обладает большой жидкотекучестью, поэтому печь в об-

ласти жидкой ванны заключена в железный кожух, под

которым имеются каналы для охлаждения пода печи за

счет циркуляции воздуха.

Загрузку стационарной отражательной печи шихтой

производят через рабочие окна или через свод. Металл

и шлак из печи выпускают через летку, металл сливают

в котел, шлак — в приямок.

А-А

Рис. 66. Отражательная печь для выплавки свинцовосурьмянистого сплава с

боковой загрузкой через окно. Площадь пода 4 м

201

Таблица 28

Распределение свинца и состав продуктов отражательной плавки

аккумуляторного лома с восстановителем

(расход восстановителя 3%)

Статьи расхода и прихода

Выход,

РЬ,%

Sb, %

Sn, %

Cu, %

Загружено:

аккумуляторный лом

100 73,9/100

Получено:

сурьмянистый свинец

43,8

—/57,3

2,7

0,15

0,29

спрудина

19,1

90,2/23,4

3,7 0,52

1,33

шлак

16,0

44,2/9,3

9,6 3,40

0,53

газы (по разности) 21,1 -/10,0

—

Примечание. В числителе — содержание свинца, в знаменателе —

распределение.

Отходящие газы содержат большое количество окис-

лов свинца и сурьмы и должны подвергаться очистке.

Загрузку осуществляют порциями. Температуру под-

держивают не ниже 900—1050° С для полного расплав-

ления шихты. Технология плавки предусматривает вы-

держивание расплава до завершения реакций и отстаи-

вания шлака. Металл, выпущенный из печи в котел,

охлаждают до 380—450° С и снимают с поверхности

спрудину. После выпуска всего металла из печи выпус-

кают шлак и очищают под печи для подготовки к следу-

ющей операции. Остывший шлак в приямке разбивают

на куски и отправляют на переработку в шахтные печи.

При плавке аккумуляторного лома без восстанови-

теля получают малосурьмянистый свинец, содержащий

0,31% Sb; 0,01% Sn и 0,13% Си. Получаемая при этом

богатая спрудина, выход которой достигает 12% от мас-

сы загруженного лома, содержащая 87% РЬ; 2,6% Sb;

0,32 Sn и 0,9% Си, возвращается в шихту плавки. Вы-

ход шлака достигает 20% от массы лома, в него пере-

ходит до 20% РЬ; 9% Sb; 7% Sn; 45% Си. Потери свинца

с газами составляют 18%, сурьмы 57%.

При плавке с восстановителем угольную мелочь

следует загружать одновременно с сырьем для того,

чтобы уменьшить улетучивание металлов при расплав-

лении. Расход ее не должен превышать 3% от массы

загрузки, так как избыточный уголь образует тугоплав-

202

кий шлак. Для разжижения получаемых шлаков в ших-

ту добавляют

% плавикового шпата. Состав продуктов

тражательной плавки с восстановителем и распреде-

ение свинца приведено в табл. 28.

При плавке с восстановителем увеличивается выход

прудины и содержание в нем свинца и сурьмы. Это объ-

сняется, по-видимому, восстановлением в процессе

главки тугоплавких примесей.

Лучшие технико-экономические показатели достига-

ется при плавке аккумуляторного лома во вращающих-

я короткобарабанных отражательных печах (рис. 67),

Рис. 67. Короткобарабанная вращающаяся печь:

/ — корпус; 2 — горелочное гнездо; 3 — горелка; 4 — механизм поворота

203

Таблица 29

Распределение металлов про продуктам плавки

аккумуляторного лома в короткобарабанной печи

Сырье и продукты плавки

Выход, %

РЬ, %

Sb,

Загружено:

100

75,3/100

2,18/100 аккумуляторный лом

100

75,3/100

2,18/100

Получено:

—/93,0

сурьмянистый свинец

71,0 —/93,0

3,51/73,3

шлак

20,5

15,3/3,7

3,12/18,8

пыль

8,5

28,3/3,3

2,84/7,9

Примечания: 1. Шихта плавки: на 100 ч. аккумуляторного лома 2 ч.

каустической соды, 2 ч. карбоната натрия, 4 ч. железных опилок, 2 ч. антра

цита.

2. В числителе — содержание, в знаменателе — распределение.

которые выгодно отличаются от стационарных с точки

зрения массо- и теплопереноса за счет постоянного пе-

ремещения расплава по кладке печи при ее вращении.

Скорость вращения печей составляет 1—8 об/мин, ем-

кость достигает 30 т. Для отопления используют при-

родный газ или мазут.

С целью интенсификации плавки процесс ведут при

температуре 1100—1200° С. Хороший контакт между

компонентами шихты способствует более полному про-

теканию реакций и позволяет увеличивать извлечение

металлов и сплавов.

В табл. 29 приведен состав и распределение метал-

лов по продуктам плавки аккумуляторного лома в ко-

роткобарабанной печи.

К недостаткам короткобарабанных печей следует от-

нести малую стойкость футеровки и небольшую произ-

водительность.

§ 24. Шахтная плавка свинецсодержащего

вторичного сырья

Особенностью восстановительной шахтной плавки

является создание высоких температур за счет горения

кокса в фурменной зоне печи—фокусе. Шахтная печь

позволяет с большой скоростью вести плавку тугоплав-

ких материалов. Шихта, загруженная в печь, должна

204

ыть газопроницаема. Для этого нужен кусковой мате-

риал. Окускование мелких материалов осуществляют

путем спекания их на агломерационных машинах.

Агломерация мелкого свинецсодержащего сырья

Основная масса мелких материалов аккумуляторного лома пред-

ставлена набойкой пластин, а также изгарью и другими мелкими

отходами. Весь мелкий материал (—20 мм) должен быть отделен

на грохоте и подвергнут окускованию. Шахтная плавка неокуско-

ванной мелочи неоправдана из-за большого пылевыноса и значитель-

ных потерь цветных металлов с отходящими газами.

Шихту спекания составляют из свинецсодержащего материала,

гранулированного шлака шахтной плавки, пиритного огарка или

железной руды, коксика и возврата. Возврат агломерационной ма-

шины перед шихтовкой подвергают дроблению. Перед подачей на

агломерационную машину шихту увлажняют и усредняют в смеси-

тельном барабане.

Агломерация вторичных свинцовых материалов является срав-

нительно простым процессом, так как имеет своей целью только

спекание шихты без выжигания серы. Спекание происходит за счет

горения коксика. Зажигание его осуществляется с помощью горна,

отапливаемого жидким или газообразным топливом. В процессе аг-

ломерации возможно вытапливание металлического свинца, который

просачивается через колосники паллет в камеры всасывания, что

сопровождается снижением прочности агломерата. Чтобы исключить

указанные явления, содержание свинца в шихте должно быть 30—

35% за счет введения в шихту гранулированного шлака и перера-

ботки бедных свинцовых отходов. Состав агломерата поддер-

живают постоянным путем регулирования количества возврата.

Основой образования жидкой фазы при агломерации служат

силикаты свинца, которые образуются в твердой фазе при 650—

700° С и начинают плавиться при 750° С. Существенную роль иг-

рают ферриты свинца, также образующиеся в твердой фазе при

700—750° С. При более высоких температурах ферритно-силикат-

ный расплав растворяет свободные окислы свинца и железа. При

охлаждении из 'расплава выкристаллизовываются силикаты и фер-

риты свинца, а основная часть расплава застывает в виде стекло-

образной массы. Количество образующейся жидкой фазы зависит

от температуры спекания и содержания в шихте свинца. В бедном

агломерате (29—33% РЬ) доля жидкой фазы составляет 25—35%.

Исследованиями установлено

, что на результаты спекания

оказывают влияние крупность коксика и его расход. По мере из-

мельчения коксика его расход снижается, повышается температура

в слое шихты. Прочность агломерата при этом изменяется пропор-

ционально температуре в слое и описывается линейным уравнением

= 0,0634/.

где q—выход годного агломерата, %;

t—температура в агломерируемом слое, "С.

Тарасенко

М. М., Гуриев А.

Е.

— Цветные металлы, 1977, №8,

с. 26.

205

Лучшие показатели агломерации получены при крупности кок-

сика 2,5—0 мм.

Для шахтной плавки вторичного свипецсодержащего сырья ха

рактереп весьма низкий выход шлаков. Достаточно точное дозиро-

вание флюсов в этих условиях достигается добавкой гранулирован-

ного шлака в шихту агломерации и, следовательно, постоянством

состава агломерата по шлакообразующнм компонентам. Состав

шихты агломерации следующий, %: евинецсодержащая мелочь 22;

гранулированный шлак 17; ниритный огарок 4; возврат 57.

Влажность шихты агломерации равна 5,1%, расход коксика „

2,2%. Полученный агломерат имеет состав, %: 22 32 РЬ; 19—22

Si0

; 19—24 FeO; 10—14 CaO; 6—8 Л1

. Удельная производитель-

ность агломерационной машины по агломерату достигает 20 т(м

сут). Выход годного агломерата колеблется от 53 до 62% от массы

сухой шихты. Извлечение свинца в агломерат 97%, сурьмы 94%."

Шахтная плавка

Шихта, загруженная в шахтную печь, подвергается

действию сравнительно невысоких температур, и в верх-

них зонах печи происходит удаление влаги и прогрева-

ние шихты. По мере опускания шихты в зоны более вы-

соких температур начинается испарение летучих соеди-

нений, диссоциация высших окислов свинца и сурьмы,

плавление металлических свинца, сурьмы и олова. С тем

чтобы уменьшить унос с газами свинца, сурьмы и их со-

единений в виде паров, плавку следует вести на режиме,

обеспечивающем низкую температуру отходящих газов.

При этом пары металлов и их соединений конденсиру-

ются в верхних холодных слоях шихты.

Газообразные продукты горения кокса в области

фурм содержат значительное количество окиси углерода;

частичное восстановление окислов свинца, сурьмы и дру-

гих металлов происходит в твердой фазе.

При продвижении шихты в зону высоких температур

начинается выплавление сульфидов, плавление и вос-

становление окислов и формирование шлака. Расплав-

ленные окислы свинца и сурьмы, попадая на поверхность

раскаленного кокса, быстро и полно восстанавливаются

благодаря высокой температуре в фокусе печи. Одновре-

менно происходит восстановление окислов других метал-

лов. Капли жидкого свинца быстро проходят чеь^з фо-

кус печи и собираются во внутреннем горне.

Основным компонентом шлака является зола кокса,

содержащая 50—55% Si0

; 25% Л1

; 15% FP

; ДС!

5% СаО. Шлак такого состава весьма тугоплавок, по-

этому в шихту плавки необходимо вводить флюсы. Наи-

более жидкоплавки железистые шлаки. Для получения

206

легкоплавких, жндкотекучпх шлаков при плавке акку-

муляторного лома необходимо добавлять флюсы, содер-

жащие окислы железа и кальция, а также некоторое

количество оборотного, сформировавшегося шлака, ко-

торый начинает плавиться в зоне умеренных температур

и, стекая, растворяет более тугоплавкие шлакообразую-

щие компоненты. Кроме того, добавка оборотного шлака

способствует повышению газопроницаемости шихты и

усреднению по химическому составу получаемого шла-

ка, что имеет большое значение в условиях плавки с ма-

лым выходом шлака.

Сульфиды металлов, образовавшиеся в печи или по-

ступившие с шихтой, в незначительной степени раство-

ряются в свинцовом сплаве и шлаке; избыточное коли-

чество образует самостоятельный штейновый слой меж-

ду свинцовым расплавом и шлаком.

Печи, применяемые для плавки вторичного свинецсо-

держащего сырья, конструктивно отличаются от печей

восстановительной плавки свинцового агломерата пер-

вичной металлургии лишь меньшими размерами, что

обусловлено переработкой богатого сырья. Используют

прямоугольные или круглые печи.

Печные газы, содержащие 9—11 г/м

пыли, подвер-

гают очистке в циклонах и электрофильтрах.

Плавку ведут с получением шлаков следующего со-

става, %: 27—35 Si0

; 25—35 FeO; 10—15 СаО; до 20

А1

0з. Для получения заданного состава шлака к акку-

муляторному лому добавляют 2—3% железной руды

или пиритного огарка; 0,5—1,0% известняка; 2—3%

оборотного гранулированного шлака.

По мере охлаждения выплавленного свинца в котле

на поверхности расплава образуется спрудина, состоя-

щая из первичных кристаллов сурьмянистой и оловянис-

той меди, а также из железистых металлических соеди-

нений и сульфидов, распределенных в свинце. Выход

спрудины тем больше, чем полнее ведут восстановление

шихты в печи и чем, следовательно, беднее по свинцу

и сурьме шлаки. Образующуюся спрудину снимают, ох-

лаждают и направляют на переработку, а сурьмянистый

свинец разливают в изложницы.

Лучшие технико-экономические показатели шахтной

плавки достигнуты с использованием подогретого дутья

Ковган П. А. и др. — Цветная металлургия (Вюл. ин-та «Цвет-

метинформация»), 1978, № 7, с. 39.

207

Таблица 28

Показатели работы шахтной печи на холодном

и подогретом дутье

Показатели

Плавка на хо-

лодном дутье

Плавка на подог-

ретом до 400 °С

дутье

Удельный проплав, т/(м

-сут) . . .

40,1

46,4

Расход кокса*, кг/т РЬ

278,4

212,9

Состав колошниковых газов, %:

278,4

212,9

СО

—

10,1

С0

—

13,3

1,2

Содержание свинца, %:

в шлаке

1,26

1,16

в штейне

16,4

14,6

Извлечение свинца, %:

14,6

в шлак 1,24 0,90

в штейн

1,39

1,10

* В пересчете на условное топливо.

Сравнительные показатели работы шахтной печи плав-

ки агломерата и вторичного сырья на холодном и подо-

гретом до 400° С дутье приведены в табл. 30, а матери-

альный баланс плавки на подогретом дутье дан в

табл. 31.

При плавке на подогретом дутье температура отхо-

дящих газов снизилась с 400—500 до 360° С, расход воз-

духа уменьшился на 15% и составил 28,7 м

/(м-мин).

Таблица 31

Материальный баланс шахтной плавки на подогретом дутье

Загружено

гг

Продукты плавки

га"

В?

•Я

-О

га

хГ

а.

1/>

О,

(Л

Агломерат . . .

35,2

23,1

0,63

Черновой свинец

47,6 93,6

3,5

Сортное сырье . .

23,9 76,1 3,7 Штейн ....

4,4

13,22 1,56

Несортное сырье .

30,4 57,8 2,32 3,3 52,1

0,9

Шликер ....

4,0

62,2

1,82 Шлак .... 39,2 1,13

0,03

Оборотный шлак .

6,5

— — Потери .... 5,5 —

Кокс*

10,2

* Содержание кокса в балансе дано сверх 100% по отношению к массе

шихты.

208

Температура шлака возросла на 30—50° С и составила

1207° С, потери свинца со шлаком снизились до 0,34%.

Черновой свинец им'ел следующий состав, %: 93,6 РЬ;

3,5 Sb; 0,35 Sn; 1,05 Си. Состав штейна, %: 13,22 РЬ;

6,4 Си; 42,0 Fe; 21,2 S; 1,58 Sb. За счет снижения расхо-

да воздуха и температуры колошниковых газов выход

пыли снизился на 10 кг на 1 т чернового свинца.

По сравнению с другими способами переработки ак-

кумуляторного лома шахтная плавка отличается уни-

версальностью к составу сырья, высокой производитель-

ностью, непрерывностью процесса.

Вместе с тем к недостаткам шахтной плавки следует

отнести значительный пылевыпос, необходимость агло-

мерации мелкого сырья, использование дорогого кокса.

§ 25. Плавка в электрических печах

Переработка вторичного свинецсодержащего сырья в электри-

ческих печах является прогрессивным процессом. Отличительная

особенность этого способа плавки — минимальный расход кокса.

Его добавляют в шихту в количестве, обеспечивающем лишь проте-

кание восстановительных процессов в печи. Как следствие, при плав-

ке образуется небольшое количество газов, содержащих свинец и

сурьму, что значительно упрощает и удешевляет их очистку.

Необходимая температура в печи поддерживается как за счет

тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через

шлаковый расплав, являющийся телом сопротивления, так и в ре-

зультате излучения электрических дуг, образующихся между элек-

тродами и шихтой.

Достоинством плавки в электрических печах является простота

регулирования температуры жидкой ванны путем изменения напря-

жения на электродах и глубины их погружения.

Состав шлака зависит от применяемых флюсов и должен обес-

печивать оптимальную величину его электропроводности, вязкости

и жидкоплавкости.

Электропечи могут быть круглыми либо прямоугольными. Диа-

метр графитовых электродов (200—600 мм) определяется мощно-

стью печи.

Процесс электроплавки характеризуется высокими технико-эко-

номическими показателями. Так, удельный проплав при переработ-

ке аккумуляторного лома достигает 13 т/(м

-сут), расход электро-

энергии на 1 т свинца составляет 380—620 кВт-ч, извлечение ме-

таллов с учетом переработки штейна и пыли достигает 96—97%.

При этом прямое извлечение свинца и сурьмы в сплав составляет

соответственно 95 и 90%.

По данным румынских металлургов, при плавке шихты соста-

ва, ч.: аккумуляторный лом 100; кокс 4; известняк 4; железные

опилки 8, получают черновой свинец, содержащий, %: 88—95 РЬ;

3—6Sb; 0,5—3,0 Си; 0,01—0,25 Sn. В штейне содержится 9—20%

РЬ; 1—3% Sb; 5—10% Си. Содержание свинца в шлаке составляет

13—800

209