8.6.1 Теоретическая сущность процесса

Сущность горновой плавки заключается в обработке смеси богатого сульфидного свинцового концентрата с твердым топливом струей сжатого воздуха. При этом происходит частичный обжиг PbS с образованием РbО и PbSO₄ и реакции взаимодействия между PbS и продуктами его окисления — РbО и PbSO₄. Обжиг и реакционная плавка проводятся одновременно; кроме того, часть свинца восстанавливается углеродом топлива.

Реакция обжига PbS и ее тепловой эффект следующий:

2PbS + ЗО₂ = 2РbO + 2SO₂ + 201 360 кал (8450 кдж), (1)

приведенная реакция является суммарной, так как процесс окисления сульфида свинца протекает в несколько ступеней;

2РbО + 2SO₂ + О₂ = 2PbSO₄ + 183 400 кал (7680 кдж). (2)

Заметные количества сульфата свинца образуются при окислении сульфида уже при 200—300°С, процесс протекает крайне медленно.

После частичного обжига шихта содержит в твердом состоянии следующие химические соединения свинца: PbS, РЬО и PbSO₄. При нагревании этих веществ, взятых в определенном соотношении, протекают следующие реакции:

PbS + 2РЬ0 = ЗРЬ + SO₂ — 52 540 кал (2200 кдж), (3)

PbS + PbSO₄ = 2Pb + 2SO₂— 97 380 кал (4070 кдж). (4)

При определенных температуре и давлении SO₂ наступает химическое равновесие: реакции протекают с одинаковой скоростью в обоих направлениях. При повышении температуры равновесие нарушается, и реакции идут слева направо в сторону образования РЬ и SO₂. Таким образом, повышение температуры полезно для реакционной плавки, так как при этом возрастает выход металлического свинца и ускоряется обжиг PbS. Но как для обжига (во избежание комкования), так и для самой реакционной плавки шихту необходимо сохранять в твердом состоянии. Поэтому процесс реакционной плавки осуществляется при температурах не выше 800—850°С. При более высоких температурах РbО расплавляется, происходит расслаивание по плотности, отчего нарушается контакт между сульфидом и окислом свинца в вытапливание свинца прекращается.

Избыточная окись свинца восстанавливается за счет С и СО по реакциям:

РbО + С = Рb + СО; (5)

РbО + СО = Рb + СО₂. (6)

Для осуществления этих реакций в шихту горновой плавки вводят некоторое количество углеродистого топлива. Обычно это коксовая мелочь в количестве 4—10% от веса шихты. Чем интенсивнее процесс и чем больше в шихте содержится сульфидной серы, тем меньше требуется топлива для горновой плавки.

Оптимальная крупность кокса от 5 до 15мм. Более крупные частицы кокса способствуют сегрегации шихты, а более мелкие выносятся с пылью.

8.6.2 Реакционная плавка в короткобарабанной печи

Короткобарабанная печь представляет собой стальной клепанный кожух, футерованный высокоглиноземистым кирпичом состава, %: 65—70 А1₂О₃; 20—25 SiO₂; 3TiO₂; 5Fe₂O₃; 0,5СаО. Между кожухом печи и огнеупорной футеровкой находится утрамбованный слой пластической глины толщиной 50 мм на случай расширения футеровки при ее нагревании.

Плавка осуществляется прерывно, каждая операция длится около 4 ч. Загрузив несколько тонн шихты, короткобарабанную печь вращают со скоростью 0,5—1,0 об/мин и энергично подогревают сжигаемой угольной пылью до температуры интенсивного протекания реакции (1100°С). Печь может вращаться в двух противоположных направлениях. Благодаря вращению осуществляется хороший контакт между сульфидами и окислами свинца, необходимый для успешной реакционной плавки. Топочные газы проходят котел-утилизатор и фильтруются в мешочных фильтрах.

К концу плавки ее продукты (свинец, шпейза, штейн, шлак) хорошо разделяются по плотности в печи с глубокой ванной и выпускаются раздельно.