Методика выполнения работы

Порядок проведения работы

Перед проведением плавок рассчитывают состав шихты. Необхо­димые данные для расчета даются преподавателем. Методика расче­та приводится ниже.

Компоненты шихты измельчают до крупности 3...5 мм, взвеши­вают, тщательно перемешивают и помещают в предварительно про­каленный графитошамотный или алундовый тигель. Тигель с навес­кой шихты устанавливают в предварительно разогретую до 1250-1300°С электрическую печь (рис. 4).

Рисунок 4. Установка для

 

Во время нагрева и плавления необходимо проследить за началом протекания реакции восстановления (образование корольков свинца на поверхности твердой шихты) и началом образования жидкой фазы (оседание шихты).

После того как все реакции в основном закончатся, (поверхность расплава успокоится), тигель из печи вынуть и охладить. Из холод­ного тигля выбить шлак и веркблей (черновой металл), отделить их друг от друга, взвесить и рассчитать их выход.

РАСЧЕТ ШИХТЫ

В плавку поступает свинцовый агломерат следующего состава, %: 38,4 Рb; 2,0 Сu; 9,0 Zn; 2,5 S; 13,6 Fe; 9,5 SiO₂; 8,5 СаО; 3,0 MgO; 3,0 А1₂О₃ и проч.

Расчет ведется на 100 г агломерата.

При десульфуризации в процессе плавки 30 % количество серы, переходящей в штейн, составит

2,5 • 0,7 = 1,75 г.

Содержание серы в штейне примем 20 %, тогда количество штей­на составит

1,75: 0,2 = 8,75 г.

Количество меди в штейне при извлечении 80% составит

2 • 0,8 = 1,6 г.

Содержание меди в штейне

Содержание свинца в штейне примем 12 %, цинка 9 %.

Содержание железа определяется по разности

100 - (12 + 18,3 + 20 + 9) = 40,7 %.

Количество железа, переходящее в штейн, составит

8,75 • 0,407 = 3,56 г.

Состав штейна приведен в таблице 8.

Таблица 8 - Состав штейна

 

Компонент	Состав штейна
г	%
Медь	1,60	18,3
Сера	1,75	20,0
Свинец	1,05	12,0
Цинк	0,79	9,0
Железо	3,56	40,7
Итого	8,75	100,0

 

При условии самоплавкости агломерата шихта плавки будет со­стоять из 100 г агломерата.

Примем расход кокса на современных заводах равным 10 % от шихты плавки, или 10 г.

В коксе 10 % золы состава: 48 % SiO₂, 37 % А1₂О₃, 12 % Fe₂O₃ (8,4% Fe) и 2% СаО.

В шлак перейдет из агломерата и из золы кокса, г:

SiO₂ - 9,5 + 10 ∙ 0,1∙ 0,48 = 9,98;

FeO - (13,6+ 10 ∙ 0,1∙ 0,084) ∙ = 17,25;

СаО - 8,5 + 10 ∙ 0,1∙ 0,02 = 8,52;

MgO - 3,0;

A1₂O₃ - 3,0 + 10 ∙ 0,1 ∙0,37 = 3,37;

ZnO - 9,0 ∙ 0,75 ∙ = 8,4.

Переход цинка в шлак в количестве 75% принят по данным практики. Приняв сумму основных шлакообразующих оксидов (SiO₂, СаО, FeO, ZnO) за 85 % шлака, подсчитаем выход шлака:

(9,98 + 17,25 + 8,52 + 8,4) ∙ = 51,94 г.

Состав шлака сведем в табл. 9.

Таблица 9 - Состав шлака

 

Компонент	Состав шлака
г	%
SiO2	9,98	19,2
СаО	8,52	16,4
ZnO	8,40	16,2
FeO	17,25	33,2
Прочие	7,79	15,0
Итого	51,94	100,0

 

Как видно из таблицы 9, состав шлака отвечает условиям плавки, поэтому добавки флюсов не требуется.

Выход продуктов плавки рассчитывается следующим образом. Как было показано выше, при плавке 100 г агломерата образуется

8,75 г штейна и 51,94 г шлака.

При плавке свинец из агломерата (38,4 г) частично переходит в штейн (1,05 г - табл. 8), шлак и пыль.

Приняв содержание свинца в шлаке 1 % и улетучивание свинца в виде пыли 2,5 % от его содержания в агломерате (шихте плавки), по­лучим потери свинца со шлаком:

51,94 ∙ 0,01 = 0,52 г

и пылью 33,4 ∙ 0,025 = 0,96 г.

Приняв содержание свинца в пыли равным 65 %, выход послед­ней составит

0,96: 0,65 = 1,48 г.

Количество свинца в черновом свинце составит

38,4 - (1,05 + 0,52 + 0,96) = 35,87 г.

Примем содержание свинца в черновом металле 98 %, тогда чер­нового свинца будет 35,87: 0,98 = 36,60 г.

Теоретический выход продуктов плавки приводим в таблице 10.

На основании полученных данных студент рассчитывает действи­тельный выход шлака, штейна и чернового свинца при плавке офлю­сованного и неофлюсованного агломератов и сравнивает полученные данные с расчетными.

 

Таблица 10 - Расчетный выход продуктов плавки

Продукты плавки	Выход продукта
г	%
Черновой свинец	36,6	33,3
Штейн	8,75	8,0
Шлак	51,94	47,2
Пыль	1,48	1,3
Газы (по разности до 110г)	11,23	10,2
Итого	110,0	100,0

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Краткое описание физико-химических процессов, протекающих в шахтной печи.

2. Описание аппаратуры и методики проведения работы. Эскиз лабораторной установки.

3. Необходимые расчеты и полученные результаты с выводами и заключением.

Результаты опыта заносятся в рабочий журнал, составляемый по следующей форме:

Загружено, г	Получено, г	Выход, %	Извлече ние свинца в черновой металл, %
агломерата	кокса	Черно вого свинца	шлака	штейна	Черно вого свинца	шлака	штейна

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какова цель проведения шахтной плавки свинцового агломерата?

2. Что загружается в шахтную печь?

3. Отчего зависит расход кокса при шахтной плавке?

4. Можно ли применять антрацит как топливо для шахтной плав­ки?

4. В каких случаях при плавке получается штейн?

5. Какие продукты получаются при шахтной плавке?

6. Куда направляются продукты шахтной плавки?

8. Каков механизм восстановления оксидов металлов?

9. За счет, каких реакций может восстанавливаться свинец при плавке?

10. За счет чего происходит десульфуризация при шахтной плавке и какова ее степень?

11. Как определяется конец плавки при проведении лабораторного опыта?

 

 

Задание на дом:

1. Ознакомиться с новыми способами и основными теоретическими закономерностями восстановительного процесса шахтной плавки свинцового агломерата.

2. Изучить технологию и основные показатели процесса нетрадиционных методов получения свинца.

Задание к СРС

Студент должен приготовить СРС по следующим темам:

1. Изучить теоретические основы содовой и щелочной плавки.

2. Знать особенности применения вакуумного способа плавки свинцового агломерата.

3. Ознакомиться с основным и вспомогательным оборудованием применяемых при шахтной плавки свинцового агломерата.

4. Предложить основные пути улучшения технологического процесса шахтной плавки свинцового агломерата.

5. Изучить теоретические основы гидрометаллургического способа получения свинца.

 

Список используемой литературы

Основная:

1. Газалиев А.М. Общая металлургия: уч-к. /А.М.Газалиев, В.В.Егоров, Д.К. Исин. Под ред. Акад.НАН РК А.М. Газалиева. – Алматы: Бiлiм, 2010. – 777с

2. Романтеев Ю.П., Быстров В.П. Металлургия тяжелых цветных металлов. Свинец. Цинк. Кадмий.: - М.: Изд. дом МИСиС, 2010 – 575 с.

3. Уткин Н.И. Производство цветных металлов. –М.: Интермет инжиниринг. 2004.

Дополнительная:

4. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. М.: Академкнига, 2002. 786 с.

5. Шевко В.М. Общая металлургия. Учебное пособие. Шымкент ЮКГУим.М.Ауезова, 2013. -357с.

6. Валиев Х.Х., Романтеев Ю.П. Металлургия свинца, цинка и сопутствующих металлов. Алматы: КазНТУ, 2000. 441 с.

7. Коржова Р.В. Сырьевая база и обогащение руд. М.: МиСиС. 2002. -149с.

8. Шевко В.М., Каратаева Г.Е.,Даулетбаева Д.А.Металлургия свинца, цинка, вольфрама и молибдена / Учебное пособие. – Шымкент.: Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауэзова, 2016. -235 с.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4

АНАЛИЗ ЦИНКСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ НА СОДЕРЖАНИЕ ЦИНКА И СВИНЦА

Цель работы -изучение методов анализа цинксодержащего сырья, определения цинка и свинца объемным методом.

 

План занятия:

1. Проверка домашнего задания

2. Краткое объяснение целей и задачи лабораторной работы

3. Выдача исходных данных для расчета

4. Проведение студентами необходимых теоретических и технологических расчетов

5. Получение допуска и выполнение лабораторной работы

6. Обработка полученных результатов, написание выводов и заключение

7. Защита лабораторной работы

 

Теоретические сведения

Основным источником получения цинка являются сульфидные медно-свинцово-цинковые, медно-цинковые и свинцово-цинковые руды.

Общие разведанные и мировые запасы цинка в этих рудах составляет 350млн.т. Основные запасы цинка сосредоточены в следующих странах:

Россия – 50,4 млн.т (14,4%)

Австралия – 43,4 млн.т (12,4%)

Казахстан – 37,1 млн.т (10,6%)

Канада – 26,6 млн.т (7,6%)

США – 25,9 млн.т (7,4%)

Китай – 17,5 млн.т (5%)

На долю всех остальных стран приходится 42,7% разведанных запасов цинка. Цинксодержащие руды делят на сульфидные, смешанные и оксидные. Известно 66 минералов цинка. В природе наиболее распространены сульфидные (коренные) руды. В сульфидных рудах цинк присутствует в виде сфалерита или вюрцита (ZnS), марматита (nZnS·mFeS). В сульфидных рудах содержание цинка составляет 1-3%. Окисленные руды обычно встречаются в верхних слоях месторождений. Оксидные минералы этой зоны – смитсонит (ZnСО₃), каламин, виллемит имеют вторичную природу, так как образовались они в результате окисления коренных сульфидных минералов. В окисленных рудах содержание цинк может достичь 9-11%. Между оксидными и коренными сульфидными рудами располагаются область смешанных руд, в которых присутствуют и оксидной и сульфидные минералы. В среднем на долю оксидных и смешанных руд приходится не более 5-7%. Характеристика цинксодержащих минералов приведена в таблице 6.

 

Таблица 6 – Главнейшие минералы цинка

Минерал	Химическая формула	Содержание цинка,%	Твер дость, кг/мм2	Плотно сть, г/см3	Цвет
Сфалерит или цинковая обманка	ZnS	67,1	3,5-4	3,9-4,1	Желтый, бурый, черный
Вюртцит	ZnS	67,1	3,5-4	3,98	Буровато-черный, желтый
Марматит	nZnS·mFeS	60,0	4,0	4,2	Буровато-черный
Цинкит (красная цинковая руда)	ZnО	80,3	4-4,5	5,4-5,7	Темно-красный, оранжевый
Ганит (цинковая шпинель)	ZnО·Al2O3	44,3		4,1-4,6	Зеленоватый, буроватый
Франклинит	(Fe, Zn, Mn)O · (Fe, Mn2O3)	Перемен ное		5-5,2	Черный
Смитсонит	ZnСО3	64,8 ZnО		4,3-4,45	Белый, серый, зеленоватый
Монгеймит	(Zn, Fe)СО3		-	-	-
Гидроцинкит	2ZnCO3·3Zn(OH)2	Перемен ное	2-2,5	3,6-3,8	Белый, сероватый, желтоватый
Аурихальцит	2(Zn,Cu)CO3·3(Zn, Cu)	-		3,3-3,6	Зеленоватый, голубой
Виллемит	Zn2SiО4	73,0 ZnО	5,5	3,9-4,2	Белый, зеленоватый, желтоватый
Каламин	H2Zn2SiО2	67,5 ZnО	4,5-5,0	3,4-3,5	Белый, зеленоватый, желтоватый
Галмей	Смесь каламина и смитсонита
Цинкозит	ZnSО4	В природе редко встречается
Госларит	ZnSО4·7H2O	28,2	2-2,5	2,0	Белый, красноватый, желтоватый