Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Плавка свинца в Металлургическом производстве - файл 1.doc


Плавка свинца в Металлургическом производстве
скачать (678 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc678kb.19.11.2011 15:28скачать

содержание

1.doc

  1   2
Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

«Государственный университет цветных металлов и золота»

Ачинский филиал

Кафедра Металлургия цветных металлов

Специальность Экономика и управление на предприятии

Группа МЭ – 04


курсовая работа

Плавка свинца
Преподаватель ______________________ Колмакова Л.П.

(подпись, дата)
Разработал студент _________________________

(подпись, дата)
Ачинск, 2006 г.

Содержание

стр.

Введение…………………………………………………………………………………...3

1 Общая часть……………………………………………………………………………...5

1.1 Свойства свинца………………………………………………………………..5

1.2 Применение свинца…………………………………………………………….7

1.3 Источники сырья ………………………………………. …………………… .8

1.4 Характеристика месторасположения предприятий по производству свинца

2 Технологическая часть………………………………………………………………...11

2.1 Выбор и технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии переработки свинца……………………………………………………………….11

2.2 Шахтная плавка……………………………………………………………….14

3 Специальная часть………………………………………………………………... .….22

3.1 Металлургические расчеты…………………………………………………..22

3.1.1Расчет рационального состава свинцового агломерата…………….22

3.1.2 Расчет количества и состава получаемого при плавке штейна…..27

3.1.3 Расчет количества пыли……………………………………………..29

3.1.4 Расчет количества и состава получаемого при плавке шлака…….30

3.1.5 Расчет количества чернового свинца……………………………….32

3.1.6 Расчет горения кокса и количества отходящих газов……………..33

3.1.7 Расчет состава и количества отходящих газов……………………..34

3.2 Выбор и расчет количества оборудования…………………………………..42

4 Экологическая часть…………………………………………………………………...43

Заключение……………………………………………………………………………….44

Список литературы………………………………………………………………………45

Введение
Цветные металлы относятся к числу важнейших материалов, потребление которых прямо или косвенно связано с существо­ванием и развитием всех без исключения отраслей хозяйства в любом государстве и особенно в промышленно развитых стра­нах. Трудно найти область хозяйственной деятельности, где было бы возможно обойтись без цветных металлов и изделий из них.

Цветная металлургия постоянно развивается и совершенствуется. Основными направлениями дальнейшего развития цветной металлургии являются повышение комплексности использо­вания перерабатываемого сырья и извлечение из него всех цен­ных компонентов, увеличение степени вовлечения в металлурги­ческую переработку вторичного (лома и отходов) и трудно пе­рерабатываемого рудного сырья, расширение ассортимента и резкое повышение качества выпускаемой продукции, расшире­ние использования новых прогрессивных энергосберегающих процессов. Особое внимание при этом должно быть уделено ускоренному внедрению в промышленное производство авто­генных методов плавки, современных гидрометаллургических процессов и осуществлению всех мероприятий, направленных на действенное улучшение экологической обстановки на пред­приятиях цветной металлургии.

Потребность в металлах из года в год растет. Развитие техники, науки и культуры немыслимо без машин, механизмов, приборов и множества других изделий из металлов. Увеличению выпуска многих металлов в современных условиях способ­ствует также бурное развитие атомной энергетики, космической техники и скорост­ной авиации, радиоэлектроники и компьютерной техники.

Бурный рост в последние годы производства и потребления различных синте­тических материалов, во многих случаях заменяющих металлы, способствует лишь более рациональному использованию металлических материалов с учетом их специ­фических физико-механических, электрических, химических и других свойств.

Распространенность металлов в земной коре различна — от нескольких процен­тов до миллионных долей. Техническое значение металлов определяется, однако, не только распространением в природе, но и производственными возможностями их получения. Последнее наряду с потребностью и определяет масштабы производства отдельных металлов.

Целью данной курсовой работы является изучение технологического процесса плавки свинца. Изучение и составление материальных балансов процесса плавки.
^ 1 Общая часть

1.1 Свойства свинца

Свинец – элемент IV группы периодической системы Д.И. Менделеева, металл серовато-белого цвета, атомный номер 82, атомная масса 207,19, валентность 2 или 4. Температура плавления свинца 327,4° С, температура кипения 1740°С.

Плотность твердого свинца 11,35 г/см3, с повышением температуры после перехода металла в жидкое состояние его плотность линейно снижается (в интервале от 328 до 750° С с 10.68 до 10,19 г/см3). Свинец плохой проводник тепла и электричества: теплопроводность при 18° С равна 34,69 Дж/ (см·с) (7,5% от теплопроводности серебра) при 0° С и 116,4 мкОм/см при 800°С.

Механические свойства невысокие: твердость по Бринеллю всего (28÷42) МПа, металл – мягок, пластичен, легко прокатывается в тончайшую фольгу.

Удельная теплоемкость свинца при 18° С равна 12 кДж/ (кг·К), а жидкость металла 0,142 кДж/ (кг·К). Металлургам большей частью приходится иметь дело с жидким металлом. При переходе в жидкое состояние теплота плавления свинца составляет 5,1 кДж/моль, теплота испарения свинца 176±0,9 кДж/моль.

Давление насыщенного пара свинца при высоких температурах имеет следующие значения:

Т,К 973 1162 1234 1309 1358 1750

рPb(пар), мПа 0,133 1,33 13,3 133 1330 101

Столь высокая летучесть свинца уже при сравнительно низких температурах заставляет принимать дополнительные меры по технике безопасности при организации свинцового производства или при работе с этим металлом в других отраслях промышленности.

В жидком состоянии свинец жидкотекуч, вязкость его в интервале температур (340÷550)° С изменяется от 1,89 до 1,23 мПа·с. Поверхностное натяжение в интервале (328÷1000)° С изменяется от 4,44 до 3,97 кН/м.

В химическом отношении свинец достаточно инертен. Во влажном воздухе он медленно окисляется с образованием плотной пленки из PbO или основных углекислых и сернокислых солей, предохраняющей его от дальнейшего окисления. В свинце практически не растворяются такие газы, как O2, SO2, H2, N2, CO и CO2. При комнатной температуре свинец не реагирует с серной и соляной кислотой, но хорошо растворяется в азотной. Свинец устойчив по отношению к водному раствору аммиака, хлору, щелочам и органическим маслам.

При повышенных температурах свинец с кислородом воздуха образует ряд химических соединений; Pb2O, PbO (глёт), Pb2O3 и Pb3O4 (сурик). Последнее соединение широко используется для изготовления красок. Все кислородные соединения свинца (кроме PbO) при повышенных температурах нестойки и распадаются на PbO и O2.

Свинец образует твердые растворы с целым рядом металлов: с оловом, кадмием, медью, висмутом, сурьмой, кальцием, ртутью. Особенностью этого металла является то, что он практически не растворяет железо. Это позволяет вести металлургические операции даже при высоких температурах в аппаратуре, изготовленной из стали и чугуна.

Свинец по сравнению с другими цветными металлами имеет наиболее высокий массовый коэффициент поглощения рентгеновских лучей /1/.

1.2 Применение свинца

По объему производства и потребления свинец занимает четвертое место среди цветных металлов после алюминия, меди и цинка.

Области потребления свинца определяются особенностями его физико-химических и механических свойств. Главный потребитель свинца – аккумуляторная промышленность. Устойчивость свинца к щелочным растворам позволяет изготавливать пластины аккумуляторных батарей из листового свинца. Решетки делают из свинцовосурьмяного сплава и заполняют смесью свинца и глёта.

Значительное количество свинца идет на нужды электротехнической промышленности для изготовления кабелей и покрытий к ним. Большое количество свинца идет на производство тетраэтила свинца, который добавляют в бензин для улучшения его качеств.

Хорошие антикоррозийные свойства этого металла позволяют использовать его в химической и металлургической промышленности, а также в строительстве.

Развитие атомной энергетики поставило вопрос о защите от гамма-излучения. Свинец лучше других материалов способен поглощать гамма-лучи и поэтому как защитное средство очень широко используется в этой области.

Свинец применяют для приготовления различных сплавов – бронз, латуней, баббитов, припоев, типографского сплава и др., - из которых делают вкладыши подшипников, типографские литеры и другие изделия.

Из оксидов свинца наиболее широко используется сурик, идущий на нужды лакокрасочной промышленности. Из новых перспективных областей применения этого металла следует отметить электронику и энергетику, где намечается в широких масштабах использовать ферриты и другие соединения на основе свинца /1/.

1.3 Характеристика сырьевых источников

Основным сырьем для производства свинца являются сульфид­ные полиметаллические руды. Наибольшее распространение имеют свинцово-цинковые и медно-свинцово-цинковые руды. Помимо свинца, в таких рудах обычно содержатся цинк, медь, кадмий, висмут, золото, серебро, мышьяк, сурьма, таллий, селен, теллур, германий и индий. В природе встречаются также смешанные и окисленные руды, которые имеют в настоящее время ограничен­ное промышленное значение.

Важное место в общем балансе производства свинца занимает вторичное сырье - промышленные лом и отходы: аккумуляторный бой, оболочки кабелей, свинцовые сплавы и т.д. На долю вторич­ного сырья приходится до 40 % от общего выпуска свинца.

Важнейшим свинцовым минералом является галенит PbS. В смешанных и окисленных рудах встречаются церуссит РЬСО3 и англезит PbS04. Основные сопутствующие металлы в свинец­содержащих рудах присутствуют в форме сфалерита ZnS, халько­пирита CuFeS2, гринокита CdS, арсенопирита FeAsS2, пирита

FeS2 и пирротина Fe7S8. Пустая порода представлена различными силикатами и карбонатами.

Свинцовые руды, содержащие менее (8 ÷ 9) % РЬ, для непосред­ственной металлургической переработки непригодны. По этой причине практически все добываемые руды подвергают обога­щению методом селективной флотации.

При обогащении свинецсодержащих руд преследуют две цели: отделить большую часть пустой породы и одновременно разделить основные ценные компоненты по самостоятельным концентратам. Максимально при обогащении полиметаллических руд получают шесть продуктов - свинцовый, цинковый, медный, пиритный и баритовый концентраты и отвальные хвосты. Селекция металлов по одноименным концентратам, перерабатываемым на соответ­ствующих заводах, обеспечивает упрощение и удешевление технологии их переработки и повышенное извлечение всех цен­ных компонентов.

При производстве свинца обычно перерабатывают свинцовые концентраты, содержащие, %: РЬ 30 ÷ 80; Zn 1 ÷ 14, Сu до 10, Fe 2 ÷ 15, S 9 ÷ 15, Si02 2 ÷ 13; до 5 кг/т Аu + Ag.

На свинцовых предприятиях в качестве сырьевых материалов используют также пыли сернокислотных установок, медеплавиль­ных и цинковых заводов и заводов вторичной металлургии.

Для переработки сульфидных свинцовых концентратов приме­нимы в принципе как пирометаллургическая, так и гидрометал­лургическая технология. Однако гидрометаллургические способы извлечения свинца вследствие технологического несовершенства не конкурентоспособны с пирометаллургией и до сего времени не нашли применения в промышленности.

Возможны три метода выплавки свинца из сульфидных кон­центратов: реакционной, осадительной и восстановительной плавкой.

Реакционная плавка известна с древних времен. Классичес­кий вариант этого способа получения свинца - горновая плавка пригодна для переработки только очень богатых свинцовых концентратов, содержащих (75 ÷ 78) % РЬ.

В основе реакционной плавки свинца лежит принцип частич­ного окислительного обжига концентрата по реакциям:

2PbS + 3О2 = 2РЬО + 2S02; (1)

PbS + 2О2= PbS04, (2)

с последующим взаимодействием продуктов обжига с остатком неокислившегося сульфида свинца:

PbS + 2РЬО = 3РЬ + S02; (3)

PbS + PbSO4 = 2РЬ + 2S02. (4)

По принципу реакционной плавки в настоящее время получают свинец методом электроплавки и кивцэтным процессом.

Осадительная плавка основана на реакции вытеснения свинца из его сульфида металлическим железом

PbS + Fe = Pb + FeS (5)

Хотя осадительная плавка не применяется в настоящее время в промышленности, реакция, лежащая в ее основе, частично реализуется в практике шахтной восстановительной плавки.

По указанным причинам современная металлургия свинца практически полностью базируется на использовании технологи­ческих схем, включающих восстановительную плавку.

Прямое восстановление сульфидов традиционными углеродистыми восстановителями - задача очень сложная и технологи­чески в промышленных условиях не осуществимая. В то же время оксид свинца (глет) очень легко восстанавливается уже при (160 ÷ 180)°С даже в слабо восстановительной атмосфере.

Чтобы получить металлический свинец методом восстанови­тельной плавки из сульфидных концентратов, их нужно предварительно подвергнуть окислительному обжигу с одновременным спеканием, так как плавку на черновой свинец ведут в шахт­ных печах. Обожженный агломерат плавят с коксом; свинец при этом восстанавливается по реакции РЬО + СО = РЬ + СО2 (6).

Примеси с большим сродством к кислороду при плавке образу­ют шлак, а с малым - восстанавливаются до металлов и раство­ряются в свинце. Загрязненный свинец, содержащий обычно не ме­нее десяти примесей, называется черновым. После выпуска из печи черновой свинец в жидком виде направляют на рафиниро­вание.

Метод шахтной восстановительной плавки технологически и экономически эффективен при переработке сульфидных концентратов, содержащих не менее 65 % РЬ. При плавке очень богатых концентратов возникают трудности на стадии агломерации, которые выражаются в получении недостаточно обожженного агломерата вследствие оплавления материала.

Рафинирование чернового свинца проводится преимущественно пирометаллургическим способом, хотя на некоторых заводах для этого используют электролиз /3/.


2 Технологическая часть

2.1. Выбор и технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии переработки свинца

Основные задачи металлургической переработки свинцовых концентратов:

  1. отделить элементы пустой породы от основных металлов (свинец, медь, цинк) и их спутников: золота, серебра, кадмия, селена, теллура, висмут;

  2. разделение основных металлов друг от друга с получением их в металлическом состоянии;

  3. очистка полученного чернового свинца от сопутствующих элементов.

Эти задачи решаются гидро- и пирометаллургическим способами.

Гидрометаллургическими способами являются хлоридный, щелочной, с применением органических растворителей.

К пирометаллургическому способу относятся: восстановительная, реакционная, осадительная, щелочная и содовая плавки.

^ Восстановительная плавка основана на способности углеродистых восстановителей восстанавливать свинец из оксидов по реакциям:

PbО + СО = Pb + СО2, (7)

СО2 + С = СО, (8)

Pb + С = Pb + СО (9)

Процесс избирателен и технологичен, но требует обязательного предварительного окислительного обжига свинцовых сульфидных концентратов. Таким образом, в процессе восстановительной плавки предварительно окисленного сырья можно получить:

  • черновой свинец, содержащий медь, серебро, и другие металлы;

  • шлак, в который перейдут щелочные и щелочно-земельные металлы: железо, цинк и другие минералы пустой породы;

  • пылегазовые возгоны, в которые переходят летучие компоненты, такие как кадмий, цинк, редкие металлы и др.;

  • шлак: сплав сульфида Cu2S, FeS, PbS.

Жидкие продукты плавки друг в друге не растворяются и в следствии разности плотностей в процессе отстаивания разделяются внизу свинца, затем штейн, вверху шлак. Черновой свинец идет на рафинирование, а шлак и штейн на переработку.

Восстановительная плавка имеет преимущества:

  • высокое извлечение свинца в металл (около 93%);

  • высокая комплексность использования ценных составляющих до 90%;

  • высокая производительность;

  • универсальность в технологии.

Недостатки восстановительной плавки:

  • необходимость дополнительных металлургических операций окислительно-агломерирующего обжига;

  • Большой расход дорогого кокса;

  • высокая запыленность и токсичность отходящих газов.

Реакционная плавка (автогенный процесс) основана на использовании взаимодействия сульфидных и оксидных соединений свинца по реакциям:

PbS + PbSО4 = Pb + SО2 (10)

PbS + PbО = Pb + SО2 (11)

Иногда сульфидные концентраты подвергают частичному обжигу:

PbS + О2 = PbО + SО2 (12)

PbS + О2 = PbSО4 (13)

Процесс проводят в электрических печах. Этот способ пригоден только для переработки богатых по свинцу концентратов с минимальным содержанием примесей.

Преимущества реакционной плавки:

  • не требует большого расхода кокса;

  • высокое извлечение свинца в металл;

  • возможность проведения процесса обжига и плавки в одном аппарате.

Недостатки реакционной плавки:

  • трудно перерабатывать сложное сырье, содержащее значительное количество цинка и меди

Для получения свинца из богатых руд и концентратов можно использовать осадительную плавку, осонованную на способности железа вытеснять свинец из его соединений с серой. При этом свинцовый концентрат плавят в сильновосстановительной атмосфере, в смеси с железным ломом.

PbS + Fe = Pb + FeS (14)

Получают черновой свинец, шлак и штейн.

При этой плавке можно использовать для переработки полупроводников свинцового производства, содержащих свинец в сульфидной форме.

Недостатки:

  • низкое извлечение свинца в металл, менее чем 80%;

  • большой расход кокса;

  • для переработки пригоден только богатый по свинцу концентрат;

  • большой расход огнеупоров;

  • низкая производительность печи.

Щелочная плавка заключается в плавке свинцового концентрата в электрической печи в смеси с NaOH при 850°С. В основе лежит реакция PbS + Na2S + O2 = Pb + Na2SO4 + H2O (15).

У данной плавки высокое извлечение свинца в металл и незначительное содержание примесей в свинце.

Недостатки: большой расход щелочи и малая комплексность использования сырья.

Сущность содовой плавки заключается в плавлении свинцового концентрата при температуре 1100°С по реакции PbS + Na2CO3 + O2 = Pb + Na2S + CO2 (16).

Преимуществом этой плавки является высокое извлечение свинца и небольшой пылевынос. Недостатками – большой расход соды, низкая комплексность использования ценных составляющих сырья. /4/.

2.2 Шахтная плавка

Свинец получают методом восстановительной плавки.

Цели восстановительной плавки свинцового агломерата:

  1. Получить максимальное количество свинца в виде чернового металла, в котором концентрируются золото и серебро и растворяются другие ценные металлы (медь, висмут, сурьма, мышьяк, олово, теллур);

  2. ошлаковать пустую породу и перевести в шлак возможно больше цинка, присутствующего в агломерате /4/.

Поскольку изобарно-изотермический потенциал образования окислов и соединений окислов свинца с SiO2 и Fe2O3 относительно небольшой, для восстановления свинца требуется слабовосстановительная атмосфера. Часть соединений свинца восстанавливается непосредственно коксом (прямое восстановление), однако превалирующей реакцией является взаимодействие с газообразным восстановителем – СО.

Реакция восстановления свинца из свободной окиси

PbO + CO = Pb + CO2 (17)

начинается при температуре (160÷180)°С и незначительной концентрации СО.

Термодинамические данные восстановления PbO окисью приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Изобарный потенциал и lg Kp для реакций восстановления окиси свинца окисью углерода

Тем-

пера-

тура, °С


- ∆ G


Lg Kр

Тем-

пера-

тура, °С


- ∆ G


Lg Kр

Тем-

пера-

тура, °С


- ∆ G


Lg Kр

150

200

300

400

500

16 511

16 587

16 808

16 940

17 191

8,5065

7,6756

6,4202

5,5089

4,8538

600

700

800

900

1000

17 415

17 611

17 854

17 892

17 767

4,3657

3,9611

3,6414

3,3393

3,0543

1100

1200

1300

1400

17 650

17 528

17 355

17 142

2,9470

2,6040

2,4140

2,3732
  1   2



Скачать файл (678 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации