Количественный анализ меди, свинца и мышьяка  в продуктах шахтной сократительной плавки

Технические науки. Металлургия

К.т.н. Досмухамедов Н.К., д.т.н. Даулетбаков Т.С., Сатимова Е.Г.

Казахский Национальный технический университет им.К.И.Сатпаева,

Казахстан

Количественный анализ меди, свинца и мышьяка

в продуктах шахтной сократительной плавки

Результаты ранее выполненных работ [1,2] показали, что при переработке промпродуктов, оборотных материалов и других свинец содержащих материалов в шахтной печи достичь равновесного распределения цветных металлов между продуктами плавки не удается. Вполне очевидно, что для получения достаточно полной и достоверной информации о влиянии каждого отдельно взятого продукта на условия труда, безопасность рабочего персонала и окружающую среду в условиях плавки полученных сведений по распределению вредных веществ между продуктами плавки недостаточно. Необходимо иметь сведения по количественному соотношению, прежде всего, меди, свинца и мышьяка в продуктах плавки.

В настоящее время, как показывают результаты практики, при непрерывной работе процесса шахтной сократительной плавки, предусмотренные мероприятия контроля условия труда и безопасности обслуживающего персонала, проводимые с периодичностью один раз в месяц, представляются не эффективными. Как показывают ежемесячные результаты получаемых продуктов плавки, их составы, несмотря на постоянство состава исходной шихты, особенно, в части содержания в них меди, свинца и мышьяка, сильно разнятся между собой. Это свидетельствует о том, что в течение месяца рабочий персонал, обслуживающий процесс получает не точечную (месячную), а ежесуточную различную нагрузку указанных металлов.

На наш взгляд, при осуществлении процессов с высокой степенью опасности для оценки его влияния на условия труда, безопасность людей и окружающую среду необходимо предусматривать такие мероприятия, которые позволили бы осуществлять контроль содержания, количества вредных веществ в исходных и получаемых материальных потоках в динамике. Это позволит не только принимать превентивные меры по устранению безопасности процесса, но и проводить регулярную оценку производственно-санитарных норм в цехе.

В данной работе приведены решения выдвинутых вопросов на основании исследования количественных соотношений входных и выходных материальных потоков, изучения перемещения меди, свинца и мышьяка между продуктами плавки и составления их материального баланса при шахтной сократительной плавке. При исследованиях использованы ежесуточные результаты составов продуктов плавок шахтной сократительной плавки, включающие результаты по количеству получаемого штейна, чернового свинца и пыли.

На практике при организации процесса шахтной сократительной плавки количество и состав исходной шихты остается постоянным. Контролируемыми параметрами процесса являются ежемесячные выходы количества шлака, чернового свинца, штейна и пыли, а также химический анализ их составов. Хотя общая технолого-экономическая оценка процессу дается по результатам ежемесячных анализов, средние результаты которых сравнительно близки между собой, имеющиеся ежесуточные данные по выходу штейна и пыли свидетельствуют о значительных колебаниях оценочных параметров в каждом отдельно взятом месяце. Так, как показывает анализ промышленных данных, ежесуточные выходы штейна и пыли в течение месяца характеризуются значительными колебаниями. При этом составы штейна и пыли остаются в пределах незначительных изменений. Отметим, что суточного контроля выхода шлака и чернового свинца на практике не производится. Обычно контролируют их ежемесячные выходы. По данным практики ежемесячные выходы шлака и чернового свинца в процессе шахтной сократительной плавки остаются примерно стабильными, и в пределах незначительных колебаний (+/-5%), составляют ~3765 и 780 тонн, соответственно. При дальнейших расчетах суточный выход шлака и чернового свинца был принят, из расчета стабильного их ежемесячного выхода, равным 125,5 и 26 тонн соответственно.

Проведенный в работе анализ массива промышленных данных, состоящий из 185 наблюдений, включающий количественное соотношение продуктов плавок и соответствующие им составы позволили проанализировать движение меди, свинца и мышьяка в динамике и дать прогнозную оценку их влияния на условия труда, безопасность людей и окружающую среду.

Первичный анализ массива показал, что ежесуточные данные по составам получаемых продуктов и количеству контролируемых штейна и пыли характеризуются определенным разбросом. Диапазон колебания выхода штейна в течение месяца составлял 80-141 т, в то время как колебания ежесуточного выхода пыли в течение месяца были менее значительными и варьировали в пределах от 12 до 20 т.

Установленные сильные изменения количества выхода штейна в течение месяца не могут быть отнесены к ошибке при взвешивании получаемых продуктов. По-видимому, отклонения от оптимально стабильных значений объясняются нарушением технологических режимов, вызванных изменениями технологических параметров вследствие влияния различных факторов на технологию ведения процесса.

По имеющимся данным по количеству и составу продуктов плавки были рассчитаны ежесуточные выходы меди, свинца и мышьяка с продуктами плавки. Количество Cu, Pb и As в образующихся жидких продуктах и пыли рассчитывали по формуле:

G_Ме_i = G_i* Me_i /100, (2)

где, G_Ме_i – количество металла в конкретном продукте, т;

G_i – количество полученного продукта, т;

Me_i – содержание металла в полученном продукте, %;

i – количество наблюдений.

На основании полученных результатов построены диаграммы динамики изменения выхода меди, свинца и мышьяка с пылью, штейном и шлаком в течение месяца (см.рисунок).

Динамика ежесуточного изменения количества меди, свинца и мышьяка в продуктах плавки, т/сут:

А – в штейне; В – в пыли; С – в шлаке.

Видно, что изменения количества меди, свинца и мышьяка в штейне в течение месяца остаются практически на одном уровне, подвергаясь незначительным колебаниям, которые можно отнести, к допускаемым на практике ошибкам, равным +/-10%.

Установлено, что изменения выходных значений свинца, на фоне изменения аналогичных значений меди и мышьяка во всех рассматриваемых продуктах плавки выражено более ярко. Особенно сильны изменения выходных значений свинца в шлаках и пыли. Значительно изменяются выходные количества в пыли и меди. Интересным представляется то, что характер кривой изменения выхода свинца практически повторяет ход изменения кривой выхода меди. Это свидетельствует о том, что отношение содержания меди к свинцу в штейне в процессе шахтной сократительной плавки практически остается постоянным и соответствует значению ~1,5. Аналогичная картина наблюдается и по выходу меди и свинца в пыли: изменение хода кривой выхода меди в пыли повторяет ход изменения выхода свинца в нем. Данное обстоятельство вполне согласуется с теорией процесса, согласно которой состав пыли соответствует составу загружаемой исходной шихты, следовательно, и штейна.

Полученные результаты показывают, что в процессе шахтной сократительной плавки наибольшее негативное влияние на условия труда и окружающую среду ожидается от количества свинца и меди, в пыли и шлаке. Высокая концентрация свинца и мышьяка в штейне свидетельствует о недостаточной эффективности технологии и требует проведения дополнительных исследований. При этом нельзя пренебрегать количеством мышьяка в получаемых шлаках и пыли.

Литература

1. Досмухамедов Н.К. Исследование распределения меди и сопутствующих металлов при переработке медьсодержащего свинцового сырья. // Цветные металлы, 2006, № 3, С. 30-33.

2. Досмухамедов Н.К.,Меркулова В.П., Даулетбаков Т.С., Сатимова Е.Г. Условия поддержки экологической безопасности:утилизация и переработка отходов. // Поиск, 2010, №1, С.90-94.