鼓风炉炼锌的冶金计算

1、J I A N G S U U N I V E R S I T Y 课 程 设 计 报 告 鼓风炉熔炼年产20万吨粗锌的冶金计算学院名称： 材料学院 专业班级： 冶金1301 学生姓名： 丁叶凯 指导教师姓名： 刘云建 2017年1月10日鼓风炉熔炼年产20万吨粗锌的冶金计算摘要 ：本文通过研究鼓风炉炼锌的工艺流程，以100为基准计算，得出精矿物相组成、溶剂及燃碳量、烧结块物相组成、烧结鼓风量及烟气量，从而得出鼓风炉熔炼物料平衡表，计算出鼓风炉熔炼年产20万吨粗锌所需的物料情况。关键词：鼓风炉炼锌 精矿物相组成 烧结块物相组成 鼓风炉熔炼物料平衡引言鼓风炉炼锌是英国于1950年发展的方法,称为

2、法。此法与罐式蒸馏法间接加热的方式不同，它是将热交换和氧化锌还原过程在同一容器内进行。鼓风炉既能处理锌、铅混合硫化矿或锌铅氧化矿，也能处理铅锌烟尘等。硫化锌铅精矿经烧结焙烧成烧结矿,配以焦炭,加入鼓风炉内，鼓入预热空气，使炭燃烧，在高温和强还原性气氛中进行还原熔炼。还原所得锌蒸气从炉顶排出，经铅雨冷凝得粗锌，同时从炉底排出还原熔炼所产的粗铅。一般所说的标准炉，炉身断面为17.2,风口区断面为11.2，配有一套5.5铅雨冷凝器。鼓风炉的处理能力以燃烧焦炭量表示,经强化操作,炉的日燃焦炭量已超过200吨。燃烧一吨焦炭可产锌11.2吨以上。锌的回收率为9094，铅的回收率为9396。中国韶关冶炼厂采

3、取鼓风炉法【1】。目录第一章鼓风炉炼锌工艺流程51.1工艺流程概述51.2工艺流程图5第二章原始资料52.1精矿62.2焦炭62.3石灰石6第三章精矿物相组成计算83.1铅的形态83.2锌的形态83.3镉的形态83.4铜的形态83.5砷的形态83.6铁的形态83.7钙的形态93.8镁的形态9第四章溶剂及燃碳量计算104.1溶剂量计算104.2炉渣重量104.3燃碳量计算10第五章烧结物料135.1石灰石量135.2烧结烟尘135.3浮渣135.4蓝粉135.5烧结返粉13第六章烧结块物料组成146.1烧结块物料组成146.2硫146.3铅156.4硅156.5锌156.6铁166.7砷166.

4、8铜16第七章烧结鼓风量及烟气量计算187.1点火助燃空气量187.2脱硫理论鼓风量及烟气187.3烧结成品烟气19第八章熔炼物料计算218.1含砷浮渣218.2冷凝补充铅218.3黄渣218.4金属损失218.5炉渣218.6粗锌及粗铅量228.7焦炭量22第九章熔炼空气量与烟气量计算239.1碳燃烧需氧气量239.2氧化物还原放出氧量249.3水还原放出氧量249.4 L.C.V煤气量249.5理论空气量249.6理论炉气量组成24第十章熔炼物料平衡表26结论27参考文献28第1章 鼓风炉炼锌工艺流程1.1 工艺流程概述1.1.1反应原理将热交换和氧化锌还原过程在同一容器内进行，鼓风炉既能

5、处理锌、铅混合硫化矿或锌铅氧化矿，也能处理铅锌烟尘等。硫化锌铅精矿经烧结焙烧成烧结矿，配以焦炭，加入鼓风炉内，鼓入预热空气，使炭燃烧，在高温和强还原性气氛中进行还原熔炼。还原所得锌蒸气从炉顶排出，经铅雨冷凝得粗锌，同时从炉底排出还原熔炼所产的粗铅。1.1.2工艺参数一般所说的标准炉，炉身断面为17.2，风口区断面为11.2，配有一套5.5铅雨冷凝器。鼓风炉的处理能力以燃烧焦炭量表示，经强化操作，炉的日燃焦炭量已超过200吨。燃烧一吨焦炭可产锌11.2吨以上。锌的回收率为9094，铅的回收率为9396。1.1.3工艺设备主要设备有炼锌鼓风炉、热风炉、和焦炭预热炉三部分组成。1.2 工艺流程图第二

6、章 原始资料2.1精矿 2.1.1概述鼓风炉炼锌的原料既有锌精矿和铅精矿，也有高银锌精矿、高铅锌精矿、高锌铅精矿、铅锌混合精矿、挥发或烟化氧化锌以及湿法炼锌厂的中性浸出渣等。各种原料经配料后，其中的铅锌品味和应不小于50，铅锌比值宜大于2.2。2.1.2精矿组成设精矿成分（）如下：表1 精矿成分（）成分223含量36.1016.4029.409.604.200.600.150.55成分，/，/含量0.200.120.160.100.0050.00450.33302.2焦炭 炼锌鼓风炉使用的焦炭，除含固定碳要高、强度要好和合适的粒度外，尚要求低反应性，值宜在1.01.1之间，不应使用>1.

7、25的焦炭【2】。2.2.1设焦炭工业分析（）如下：表2 焦炭工业分析（）成分固定含量82.000.900.060.803.0013.242.2.2焦炭灰分组成(）如下：表3 焦炭灰分组成(）成分223组成473.611.828.42.3石灰石 早期将硬煅石灰直接加入炼锌鼓风炉，现在仍有这样操作的工厂。多数厂已改用石灰石与精矿一起烧结，也有的厂用生石灰代替石灰石进行烧结。设石灰石成分()如下： 表4 石灰石成分() 成分223含量50.05.20.31.31.2第三章 精矿物相组成计算以100为基准，进行相应计算。3.1铅的形态 设全部为，其中：16.40×32.06/207.2=2

8、.54：16.40+2.54=18.94 3.2锌的形态 设全部为，其中：36.10×32.06/65.38=17.70 ：36.10+17.70=53.803.3镉的形态 设全部为，其中：0.12×32.06/112.4=0.03，：0.12+0.03=0.15。3.4铜的形态 设全部为2，其中：0.20×2×32.06/63.54=0.20：0.20×55.85/63.54=0.182：0.20+0.20+0.18=0.58 3.5砷的形态 设全部为，其中：0.16×32.06/74.92=0.07 ：0.16×55.8

9、5/74.92=0.12 ：0.16+0.07+0.12=0.353.6硫的形态 剩余的硫与铁结合成2与78，余硫为8.86，余铁为9.30。设2与78含量分别为，则有 2×32.06+8×32.06=8.86 解得=0.10，=9.45×10-3 55.85+7×55.85 =9.302中，：2×32.06=6.52：55.85=5.592：6.52+5.95=12.4778中，：8×32.06=2.34：9.30-5.59=3.7178：2.34+3.71=6.03.7 的形态 以3形态存在，其中2：0.60×44.01

10、/56.08=0.473： 0.60+0.47=1.07 3.8 的形态以3形态存在，其中2：0.15×44.01/(23.41+16)=0.16 3：0.15+0.16+0.31将以上计算结果列入表1表5 精矿物组成，组成2232其他合计36.1017.7053.8016.402.5418.940.120.030.1520.200.180.200.580.120.070.160.3525.596.5212.47783.712.346.0524.204.20230.550.5530.600.471.0730.150.160.31其他1.531.53合计36.1016.400.120.

11、209.6029.400.164.200.550.600.150.631.53100.00第四章 溶剂及燃碳量计算国内的鼓风炉炼锌溶剂只用石灰石，通常确定炉渣中的/2比值，再计算石灰石加入量。国内外近几年来采用的/2值为0.81.2，本计算取1.0。设石灰石加入量为 ，燃碳量为 。4.1 溶剂量计算配入溶剂后，炉渣主要组成如下： 表6 炉渣主要组成组成223精矿9.60×0.604.200.55焦炭灰分0.118×0.036×0.47×0.284×石灰石0.0030.500.0520.013当/2为1.0时，有 0.60+0.036×

12、 +0.50 = 4.20+0.47× +0.052解得=8.036+0.1564 4.2 炉渣重量 炉渣主要造渣成分+2+23之和通常占无锌炉渣量的8288，本计算取85。当炉渣含7时，炉渣重量为： = 28.336+0.29784.3 燃碳量计算4.3.1黄渣 设黄渣产出量为燃碳量的1.9，其中含2.0，1.0，15，50，6。4.3.2蓝粉 设蓝粉量为燃碳量的16，其中含32，36， 1.50。4.3.3浮渣 设浮渣量为燃碳量的16，其中含32，40， 1.50。4.3.4含砷浮渣 设含砷浮渣量为燃碳量的4.0，其中含1.6，47，5.0。4.3.5金属损失 烧结：锌为精矿中量

13、的1.5，铅为精矿中量的3.0。熔炼：锌为燃碳量的1.75，铅为燃碳量的1.2。4.3.6锍 精矿中/<0.03时，不产出锍，当高于0.03时，超出部分的铜进入锍，此时烧结块中的残锍应适当高些。4.3.7碳耗率 它与诸多因素相关。热风温度是主要影响因素;焦炭的质量尤其是焦炭的值是主要影响因素；空气是否脱湿也影响碳耗率。设热风温度800，焦炭<1.1，空气不脱湿时，=0.76。4.3.8粗锌中锌量粗锌中锌量=精矿中锌量-炉渣中锌量-损失锌量-黄渣中锌量 =36.10-0.07(28.336+0.2978)-36.10×0.015-0.0175=33.57-0.03834.3

14、.9蒸发锌量蒸发锌量=粗锌中锌量+浮渣中锌量+蓝粉中锌量+含砷浮渣锌量+熔炼损失锌量 =33.57-0.0383+0.36×0.16+0.40×0.16+0.47×0.04+0.0175 =33.57+0.11964.3.10燃碳量 =0.936×蒸发锌量+0.2713(渣量+黄渣量+锍量) =0.760.936(33.57+0.1196)+0.2713(28.336+0.2978+0.019) =30.038+0.1539 解得=35.50第五章 烧结物料5.1 石灰石量=8.036+0.1564=8.036+0.1564×35.50=13.

15、595.2 烧结烟尘烟尘产出率为精矿量1825，本计算取20。烟尘成分：60，3，10。烟尘重量：29.40×0.2=5.88：5.88×0.60=3.53：5.88×0.03=0.18：5.88×0.10=0.595.3 浮渣 浮渣量：0.16×35.50=5.68：5.68×0.32=1.82：5.68×0.32=1.82：5.68×0.015=0.09：2.27×16/65.38+(1.82-0.09×207.20/32.06)×16/207.2=0.635.4 蓝粉蓝粉量：0.

16、16×35.50=5.68：5.68×0.36=2.04：5.68×0.32=1.82：5.68×0.015=0.09 ：2.04×16/65.38+(1.82-0.09×207.20/32.06)×16/207.2=0.595.5 烧结返粉设加入返粉；量为，则有烧结原料中硫量+烧结烟尘中硫量+返粉中硫量=混合料含硫×（原料量+烟尘量+返粉量），即29.66+0.59+0.018=0.065（123.96+5.90+），解得=464.02。第六章 烧结块物料组成6.1 烧结原料组成 烧结原料组成如下表所示：表7 烧

17、结原料组成，物料2232其他合计精矿36.1016.400.209.600.160.1029.404.200.600.550.150.631.55100石灰石0.040.716.800.180.165.510.1913.59浮渣2.271.820.090.630.875.68蓝粉2.041.820.090.591.145.68合计40.4120.040.209.640.160.1029.584.917.400.730.316.141.223.73124.57 6.2 硫 6.2.1烧结块中硫的物相组成假设如下：（1）烧结块中硫以硫化物及硫酸盐形态存在，其比例为1：3。（2）硫化物中硫60与锌结

18、合，其余结合成。（3）硫酸盐中硫60与钙结合成4，其余结合成4。（4）烧结块中含硫1.0，烧结时烧结量可按下列公式计算：烧结量=0.5烧结原料中硫量+烧结原料中2量烧结块中硫：0.01123.96-(29.66/2+6.03)=1.03【3】 6.2.2 硫化物和硫酸盐物相重量计算如下：（1）：1.03×0.25×0.60=0.15：0.15×65.38/32.06=0.17：0.15+0.31=0.46（2）：1.03×0.25×0.40=0.10：0.10×55.85/32.06=0.1 ：0.10+0.17=0.27（3）4：1

19、.03×0.75×0.60=0.46：0.46×(40.08+16)/32.06=0.80：0.46×3×16/32.06=0.694：0.46+0.80+0.69=1.95（4）4：1.03-(0.15+0.10+0.46)=0.32：0.32×207.20/32.06=2.07：0.32×4×16/32.064：0.32+2.07+0.64=3.036.3 铅 6.3.1烧结块中铅量烧结块中铅量=原料中铅量-损失铅量=20.04-16.04×0.03=19.55 6.3.2氧化物中铅量设除4外，其余均

20、呈氧化物。铅含量为19.21-2.07=17.14 6.3.3 ·2 设氧化物存在的铅1/3以·2形态存在，其余呈形态存在。：17.48/3=5.83：5.83×16/207.20=0.452：5.83×(28.06+16×2)/207.20=1.69·2 ：5.83+0.45+1.69=7.97 6.3.4 ：17.48-5.83=11.65：11.65×16/207.20=0.90 ：11.65+0.90=12.55。6.4 硅 设2 除与结合形成·2外，其余与结合成·2。2 ：4.91-1.69=3

21、.33：3.22×55.85/(28.06+32)=2.99：3.22×16/(28.16+32)=0.86·2：3.22+2.99+0.86=7.076.5 锌6.5.1烧结块中锌量 烧结块中锌量=原料中锌量-损失锌量=40.41-36.10×0.015=39.87 6.5.2 ：39.87-0.31=39.87：39.56×16/65.38=9.68 ：39.56+9.68=49.246.6 铁 设除生成及·2外，其余均为氧化物，23与34中铁量相等。6.6.1 23：0.5（9.64-0.17-2.99）=3.24：3.24&#

22、215;3×16/(2×55.85)=1.39 23：3.24+1.39=4.636.6.2 34：3.24：3.24×4×16/(3×55.85)=1.2423：3.24+1.24=4.486.7 砷设原料中的砷93进入烧结块，并以25形态存在【4】。：0.16×0.93=0.15：0.15×5×16/(2×74.92)=0.08 25：0.15+0.08=0.236.8 锑：0.10×0.93=0.09：0.09×5×16/(2×121.76)=0.03 23：

23、0.09+0.03=0.126.9 铜：0.20×(1-0.005)=0.199：0.199×16/(2×63.54)=0.0252：0.199+0.025=0.224烧结块物相成分组成如下表8所示表8 烧结块物相组成表组成223其他合计11.650.9012.5542.070.320.643.03·25.831.690.457.9739.569.6849.240.310.150.4620.1990.0250.2240.171.100.27·22.993.220.867.07233.241.394.63343.241.244.48230.150

24、.080.23250.090.030.1240.460.800.691.956.606.60230.730.730.310.31其他3.733.73合计，19.5539.870.1999.640.150.091.034.917.400.730.3115.9853.73103.594含量，18.8838.490.1929.310.150.091.004.747.140.700.3015.433.31100.00第七章 烧结鼓风量及烟气量计算烧结混合料量=精矿+浮渣+蓝粉+石灰石+烟尘+返粉 =100+5.68+5.68+13.59+5.88+464.02=594.85。7.1 点火鼓风量及烟气量

25、7.1.1 点火助燃空气量（1） 煤气消耗量：594.85×125000/4880000=15.24³（2） 理论助燃空气量：15.24×0.988=15.06³（3） 湿空气量：15.06/(1-0.0394)=15.68³7.1.2 点火烟气（1） 烟气中2量煤气中生成：15.24×0.24=3.66³4生成：15.24×0.008=0.12³煤气带入：15.24×0.061=0.93³合计4.73³（2）烟气中2量煤气中2生成：15.24×0.142=2.16

26、³4生成：15.24×0.008×2=0.24 ³煤气带入：15.24×0.073=1.11³空气带入：15.68-15.06=0.62³合计4.15³（3） 烟气中2煤气带入：15.24×0.474=7.22³空气带入：15.06×0.79=11.96³合计19.08³（4） 点火烟气组成表9 点火烟气组成组成2222合计体积，³4.704.1519.080.0227.957.2 脱硫理论鼓风量及烟气7.2.1 烟气中2及3量（1） 烧结脱硫量烧结脱硫量

27、=原料中硫量-烧结块中硫量=29.58-1.03=28.52（2） 3量设烟气中2与3体积比为600：1，则：28.52×1/(1+600)=0.047,：0.047×3×16/32.06=0.073体积：0.047×0.7=0.033³（3）2量：28.52-0.047=28.473：28.473×2×16/32.06=28.4202体积：28.473×0.7=19.931³7.2.2 脱硫理论空气量（1） 理论耗氧量理论耗氧量=烧结块中氧量+2中氧量+3中氧量-炉料带入氧量 =15.985-28.42

28、0+0.07-1.22=43.26（2） 理论空气量：43.26/0.3=144.20³（3） 理论湿空气量：144.20/(1-0.0394)=150.11³6.2.3 理论烟气组成（1） 2空气带入：150.11-144.37=5.74³炉料带入：设炉料平均含水5，则594.8/(1-0.05)×0.05=31.31,体积为：31.31×22.4/18=38.96³。（2） 2：6.14×22.4/44.01=3.13³（3） 理论烟气组成 2：19.931³，3：0.033³，2：3.13

29、³，2：44.70，2：113.98³，合计：181.712³。7.3 烧结成品烟气 7.3.1 烧结成品烟气量（0.98×19.931+0.02）/0.062=315.367.3.2 鼓风过剩空气，点火吸风箱吸入空气，漏人空气等总量315.36-(181.712-44.70)+(27.98-4.15)+0.02(19.931+0.033)=154.92³7.3.3 烧结成品烟气组成2：19.931×0.98+0.02=19.55³3：0.033×0.98=0.032³2：4.73+3.13=7.86&#

30、179;：154.92×0.21=32.53³2：19.08+13.918+154.92×0.79=255.38³2：44.70+4.15+154.92×0.0394/(1-0.0394)=55.20³烧结烟气组成如下：表10 烧结烟气组成组成23222体积，³19.550.0327.8632.53255.3855.20第八章 熔炼物料计算8.1 含砷浮渣含砷浮渣量：0.04×35.50=1.42：1.42×0.47=0.67：1.42×0.16=0.23：1.42×0.05=0.07

31、8.2 冷凝补充铅补充铅锭：35.50×0.07=2.49铅锭含铅：2.49×0.99=2.478.3 黄渣黄渣量：35.50×0.019=0.67：0.67×0.02=0.01：0.67×0.01=0.006：0.67×0.15=0.10：0.67×0.50=0.34：0.67×0.06=0.048.4 金属损失：35.50×0.0175=0.62，：35.5×0.012=0.43。8.5 炉渣炉渣量：28.336+0.2978×35.50=38.69：38.69×0.07

32、=2.71：38.69×0.01=0.39：9.6+（0.118×0.1324/0.82×35.50+0.003×13.59）×55.85-0.34=9.81：0.60+0.036×0.1324/0.82×35.50+0.50×13.59=7.602：4.20+0.47×0.1324/0.82×35.50+0.052×13.59=7.6023：0.55+0.284×0.1324/0.82×35.50+0.013×13.59=2.35：0.885×

33、（1.03+0.09×35.50/0.82）=1.26：0.20×0.11=0.022：0.16×0.85-0.10=0.036炉渣组成如下：表11 炉渣组成223其他合计2.710.399.817.607.602.351.260.0220.0366.91238.697.001.0025.3819.6419.646.073.260.060.0917.86100.008.6 粗锌及粗铅量（1） 粗锌量：33.57-0.0383×35.50=32.21：32.21×0.012/0.98=0.39：0.16×0.05=0.008粗锌量：32

34、.21/0.98=32.87（2）粗铅量 ：精矿中铅量+补充铅中铅量-炉渣中铅量-黄渣中铅量-粗锌中铅量-损失铅量=16.40+2.49-0.39-0.006-0.39-0.03×16.40-0.012×35.50=17.19 ：17.19/0.98×0.001=0.017,：0.16-0.10-0.036-0.008=0.016 粗铅量：17.17/0.98=17.548.7 焦炭量：17.19/0.98=32.87第九章 熔炼空气量与烟气量计算9.1 碳燃烧需要氧气量 9.1.1 ：35.50×21.8/(21.8+11.5+0.2)=23.10：2

35、3.10×16/12.01=30.77：23.10+30.77=53.87,体积为：53.87×22.4/(12.01+16)=43.08³。 9.1.2 2：35.50×11.5/(21.8+11.5+0.2)=12.19：12.19×2×16/12.01=30.772：12.19+32.48=44.67,体积为：44.67×22.4/(12.01+2×16)=22.74³。9.1.3 理论需要氧气量30.77+32.48=63.259.2 氧化物还原放出氧气量 9.2.1 还原铅量=原料中铅量-炉渣中

36、铅量-黄渣中铅量-挥发铅量 =19.55+0.23-0.39-0.006-0.08×2×207.2/32.06=18.35 9.2.2 还原锌量=原料中锌量-炉渣中锌量-黄渣中锌量-粗铅中锌量 =39.87+0.67-2.7-0.01-0.018=37.82放出氧量=37.82×16/65.38=9.269.2.3 2设全部2还原为，放出氧量0.019 9.2.4 34放出氧量：3.24×16/(3×55.85)=0.31 9.2.5 23放出氧量：3.24×16/(2×55.85)=0.46 9.2.6 25,25全部还原

37、放出氧量：0.08+0.03=0.119.2.7氧化物还原放出氧量1.42+9.26+0.019+0.31+0.46+0.11=11.579.3 水还原放出氧量（1） 4 2+22 = 4+2：35.5-23.10-12.19=0.21，放出氧量：0.564 ：0.27，0.27×22.4/12.01=0.37³。 （2）2 +22 = 2+设低热值煤气中含2 ³，放出氧量16/22.4=/1.4（3）水还原放出氧量：0.56+/1.49.4 .煤气量 23.10×22.4/(12.01×0.218)=197.63³2：197.63-

38、23.10×22.4/12.01-12.19×22.4/12.01-=131.31-9.5 理论空气量（1） 理论空气量：(131.31-)/0.79=166.22-/0.79 ³ 2：0.3×（166.22-/0.79）=49.87-(0.3/0.79) 根据2平衡应有下列等式：63.25=11.57+0.56+/1.4+49.87-(0.3/0.79) 解得=3.74³ 理论空气量：166.22-3.74/0.79=161.49³ 2：161.49×0.79=127.57³（2） 理论湿空气量：161.49/(1-0.0394)=168.11³2：168.11-161.49=6