Состав сухого сульфидного цинкового концентрата

16

ВВЕДЕНИЕ

Источником получения цинка является рудное сырье, которое обычно находится в сульфидном состоянии, а цинк представлен преимущественно сфалеритом (ZnS). Руды всегда комплексные, содержат кроме цинка свинец, медь, железо, серебро и др. В последнее время используется вторичное сырье в странах с высоким потреблением.

Примерно 50% мирового производства цинка расходуется на покрытие железных изделий с целью защиты их от ржавления.

Более 30% всего производства в мире цинка употребляется на производство сплавов. Сплав цинка с медью и оловом называется бронзой. Различные сорта бронз широко применяют в машиностроении. Сплавы цинка с медью и никелем называют мельхиором и нейзильбером. Благодаря способности давать сплавы с серебром и золотом, цинк используется в металлургии для извлечения благородных металлов.[2, c.187]

Цинковая пыль применяется для осаждения золота и серебра из растворов при их получении гидрометаллургическим путем, для очистки растворов от меди и кадмия перед электролизом растворов цинка.

Оксид цинка широко используют при производстве резины и ее обработке. Он улучшает качество резиновых шин и ряда других резиновых изделий. Широко используют чистый цинковый купорос при производстве корда-осных шин.

Соединения цинка, в частности его антимонид, используют в качестве интерметаллических полупроводников в приборах для превращения электрической энергии в тепловую. Антимонид цинка применяют также для точечного охлаждения детекторных приборов при изучении космоса.

В промышленности окисленный ZnS перерабатывают, получая ZnO гидрометаллургическим способом, состоящим в том, что водный раствор ZnSO4 , полученный кислотным растворением ZnO, подвергают электролизу при температуре электролита не более 400C. [1, c.128, 216]

При гидрометаллургическом способе получения цинка обжиг ведут с получением огарка порошка при температуре 800−10000С. Высокая дисперсность огарка способствует быстрому и полному выщелачиванию его в растворе серной кислоты. В данной курсовой работе будет рассмотрена технология переработки сульфидно−цинковых концентратов.
1 РАСЧЁТ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА ЦИНКОВОГО КОНЦЕНТРАТА

1.1 Состав сухого сульфидного цинкового концентрата

     Вещественный состав концентрата представлен минералами: ZnS, PbS, FeS2, CdS,  CuFeS2, Fe7S8, CaO, SiO2, Al2O3.  

     Расчёт ведётся на 100 кг сухого концентрата

     Из цинк содержащих минералов присутствует только сфалерит ZnS.

     Количество серы, связанное в ZnS cоставит

48,6· = 23,83 кг.

     Количество  ZnS  в концентрате составит

48,6· = 72,43 кг.

    Из свинец-содержащих минералов в концентрате содержится только галенит PbS. Считаем, что весь свинец содержится в галените. Тогда масса серы, связанная в галенит, составит

0,34·= 0,053 кг.

Количество PbS в концентрате составит

0,34·= 0,393 кг.

     Из медь-содержащих минералов в концентрате содержится только халькопирит CuFeS2. Считаем, что вся медь находится в виде халькопирита. Тогда количество серы, содержащееся в халькопирите, составит

1,33·= 1,34 кг.

Количество железа, содержащееся в халькопирите, составит

1,33· = 1,17 кг.

Масса халькопирита в концентрате составит

1,33·= 3,84 кг.

      Из кадмий-содержащих минералов в концентрате находится только CdS. Считаем, что весь кадмий содержится только в нём. Тогда количество серы, содержащееся в CdS, составит

0,14· = 0,04 кг.

Тогда количество CdS  в концентрате составит

0,14· кг

     Остальное железо и сера содержатся в минералах пирите FeS2 и пирротине Fe7S8. Тогда количество серы, содержащееся в этих минералах, составит

34,36 – 23,83 – 0,053 – 1,34 – 0,04 = 9,1 кг

Количество железа, содержащееся в минералах FeS2 и  Fe7S8, составит

10,56 – 1,17 = 9,39 кг

     В пирите содержится 46,55% Fe и 53,45% S, а в пирротине 60,38% Fe и 39,62% S. Обозначим через х массу пирита, а через у - массу пирротина. Тогда балансовое уравнение по железу будет иметь вид

0,4655х  + 0,6038у = 9,39

Балансовое уравнение по сере будет иметь вид

0,5345х + 0,3962у = 9,1

Решая систему уравнений, получим

х  = 12,82 кг     у = 5,66 кг

Количество серы в пирите составит

12,82·0,5345 =6,85 кг

Количество железа в пирите составит

12,82·0,4655 = 5,97 кг

Количество серы в пирротине составит

5,66·0,3962 = 2,24 кг

Количество железа в пирротине составит

5,66·0,6038 = 3,42 кг

Масса компонентов пустой породы и прочих составит

     СаO – 1,1 кг; SiO2 – 2,3 кг; Al2O3 – 0,6 кг; прочие – 0,67 кг.

На основании выполненных расчётов составляем таблицу.

    Таблица 1- Вещественный состав цинкового концентрата (кг)

2 ОБЖИГ ЦИНКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ

2.1 Расчёт рационального состава огарка

     При обжиге цинковых концентратов в кипящем слое обожжённый продукт представляет собой смесь огарка и пыли, которая выносится из печи вместе с отходящими газами и  улавливается в системе очистки газов. Из хоисходя и опыта работы промышленных печей кипящего слоя принимаем, что в смеси пыли и огарка содержатся: цинк- ZnO, ZnSO4, ZnS, ZnO·Fe2O3,; Cdbytw- 50%- PbO, 50%- PbSO4; медь-70%-CuO, 30%- СuO·Fe2O3; Cd- 70%-CdO, 30% -CdO·Fe2O3; Fе- 90%- ферриты, 5%-FeO, 5%-Fe2O3; Ca- 100%-CaSO4.

  Принимаем, что в огарке содержится 0,3% сульфидной серы и 3% сульфатной серы. Влажность концентрата 7% масс, влажность дутья 6 г/м3.

   В процессе обжига протекают следующие основные реакции:

ZnS+ 1,5O2 = ZnO + SO2

ZnS+ 2O2 = ZnSO4

PbS + 1,5O2 = PbO + SO2

PbS + 2O2 = PbSO4

2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 0,5O2

Cu2S + O2 = 2CuO + SO2

CdS + 1,5O2 = CdO + SO2

2FeS2 = FeS + 2SO2

Fe7S8 + 7FeS + 0,5O2

2FeS +3O2 = 2FeO +2SO2

2FeS + 3,5O2 = Fe2O3 +2SO2

CuO + Fe2O3 = CuO ·Fe2O3

CdO + Fe2O3 = CdO ·Fe2O3

ZnO + Fe2O3 = ZnO ·Fe2O3

CaO + SO2 – CaSO4

S + O2 = SO2

     В соответствии с принятым распределением в огарке  05 кг Pb находятся в виде PbO  и   0,5 кг в виде PbSO4.

    Тога в огарке содержится

                                        0,17·= 0,1831 кг PbO.

В нём содержится кислорода

                                                        0,17·= 0,0131 кг.

В огарке содержится PbSO4

0,17· = 0,2488 кг.

В нём содержится серы

0,17· = 0,0263 кг

и кислорода

0,17· = 0,0525 кг.

     В соответствии с принятым для меди распределением      в огарке содержится меди в виде CuO

0,7·1,33 = 0,931 кг.

Тогда в огарке содержится CuO

0,931· = 1,1654 кг.

В CuO содержится кислорода

1,1654 – 0,931 = 0,2344 кг.

Количество меди, содержащееся в огарке в виде CuO·Fe2O3, составит

1,33·0,3 = 0,399 кг.

Тогда количество CuO·Fe2O3 в огарке составит

0,399·= 1,5023 кг.

В CuO·Fe2O3 содержится железа

1,5023·= 0,7024 кг

и кислорода                                                     

1,5023·= 0,4019 кг.

     В соответствии с принятым распределением в огарке содержится Cd в виде CdO

0,7·0,14 =  0,098 кг.

Тогда масса CdO в огарке составит

                                                    0,098· = 0,112 кг.

Количество кислорода в СdO составит

                                                       0,112· = 0,014 кг.

Количество Cd в виде СdO·Fe2O3 в огарке составит

0,3·0,14 = 0,042 кг.

Тогда количество СdO·Fe2O3 в огарке составит

                                                        0,042· = 0,1077 кг.

Количество Fе в СdO·Fe2O3 составит

0,1077· = 0,0418 кг.

Количество кислорода в феррите СdO·Fe2O3 составит

                                                 0,1077· = 0,0239 кг

Кальций, находящийся в концентрате  в виде СаО,   в огарке полностью находится в виде CaSO4. Тогда количество CaSO4 в огарке составит:

1,1· = 2,6704 кг.

Количество серы в CaSO4 составит

                                            2,6704· = 0,6289 кг.

Количество кислорода в CaSO4, несвязанное с CaO, составит

                                         2,6704 – 1,1 – 0,6289 = 0,9415 кг.

   Считаем, что SiO2, Al2O3 и прочие из концентрата полностью без изменений переходят в огарок. Их количество в огарке составит:  

SiO2 – 2,3 кг,  Al2O3 – 0,6 кг, прочие – 0,67 кг.

    Рассчитаем количество ZnFe2O4 в огарке. По распределению железа было принято, 90% железа находится в виде феррита.  Количество железа, содержащееся в виде феррита, составит

0,9·10,56 = 9,504 кг.

Тогда, количество железа, содержащееся в феррите цинка составит

9,504 – 0,7014(CuO·Fe2O3) - 0,0418(СdO·Fe2O3) = 8,7607 кг.

Тогда масса феррита цинка составит

8,7607· = 18,9075 кг.

Количество цинка в феррите цинка составит

18,9075· = 5,1271 кг.

Количество кислорода в феррите цинка составит

18,9075·= 5,0196 кг.

     В соответствии с принятым распределением, количество железа, связанное в виде FeO, составит

10,56·0,05 = 0,528 кг.

Тогда количество FeO в огарке составит

0,528· = 0,6793 кг.

Количество железа, связанное  в виде Fe2O3 составит

0,05·10,56 = 0,528 кг.

Количество Fe2O3 в огарке составит

0,528· = 0,7549 кг.

Количество кислорода в Fe2O3 cоставит

0,7549· = 0,2269 кг.

     Считаем, что вся сульфидная сера в огарке связана  в виде ZnS. Обозначим массу огарка через х. Тогда количество серы в ZnS cоставит

0,003х кг.

Тогда количество ZnS в огарке составит

0,003·x· = 0,0091 кг.

Количество Zn в ZnS  определим из разницы:

0,0091х – 0,003х = 0,0061х.

Количество сульфатной серы в огарке составляет

0,03х кг

Тогда количество сульфатной серы связанное с цинком составит

0,03х  - 0,0263(PbSO4) – 0,6289 (CaSO4) =  0,003x- 0,6552 кг.

Количество ZnSO4 в огарке составит

(0,003x- 0,6552)· = 0,1511х - 3,2991 кг

Количество цинка ZnSO4  составит

(0,1511х - 3,2991)· = 0,0612х – 1,3359 кг.

Количество кислорода в ZnSO4 cоставит

(0,1511х -3,2991)· = 0,06х – 1,308  кг.

Количество Zn в ZnO  составит

48,6 - 0,0061х(ZnS) – (0,0612х – 1,3359(ZnSO4) – 5,1271(ZnFe2O4) =

= 44,8088 – 0,0673х   кг.

Количество ZnO в концентрате составит

(44,8088 – 0,0673х)· = 55,7762 – 0,084 кг

Количество кислорода в ZnO составит

(55,7762 – 0,084х)· =10,9674 – 0,0165x  кг.

     На основании рассчитанных масс компонентов огарка  определяем массу огарка по балансовому уравнению.

х = g(PbO) + g(PbSO4) + g(CuO) + g(CuO·Fe2O3) + g(CdO) + g(CdO·Fe2O3)+

+g(ZnO·Fe2O3)+ g(FeO) + g(F2O3) + g(CaSO4) + g(SiO2) + g(Al2O3) +g(пр)+g(ZnS)+g(ZnSO4)+g(ZnO)

После подстановки получим

х = 0,1831 + 0,2488 + 1,1654 + 1,5023 + 0,112 + 0,1077 + 18,9075 + 0,6793 +

+ 0,7549 + 2,6704 +2,3 +0,6 + 0,0091х + (0,1511х – 3,2991) + (55,7762 –

- 0,084х) + 0,67 = 82,3782 + 0,0762х

Решая уравнение относительно х, получим

                                                 х = 89,1732 кг.

Таким образом, масса обожжённого концентрата составит 89,1732 кг.

Рассчитаем массу отдельных компонентов огарка.

     g(ZnS) = 0,0091x = 0,0091·89,1732 = 0,8115 кг.

     g(S)ZnS = 0,003x = 0,003·89,1732 = 0,2675 кг.

     g(Zn)ZnS = 0,0061x = 0,0061·89,1732 = 0,544 кг.

     g(ZnSO4) = 0,1511x – 3,2991 = 0,1511·89,1732 – 3,2991 =10,175 кг.

     g(S)ZnSO= 0,03x – 0,6552 = 0,03·89,1732 – 0,6552 = 2,02 кг.

     g(Zn) ZnSO= 0,00612x – 1,3359 = 0,00612·89,1732 - 1,3359 =4,1215 кг.

      g(O) ZnSO= 0,06x – 1,308 = 0,06·89,1732 – 1,308 =4,0424 кг.

     g(ZnO) = 55,7762 – 0,084x = 55,7762 - 0,084·89,1732 =48,2857 кг

      g(Zn)ZnO = 44,8088 – 0,0673x = 44,8088 - 0,0673·89,1732 = 38,8075 кг.

     g(O)ZnO = 10,9674 – 0,0165x = 10,9674 - 0,0165·89,1732 = 9,4961 кг.

Количество сульфатной серы в огарке составит

g(S)SO = g(S)PbSO + g(S)CaSO + g(S)ZnSO = 0,0263 + 0,6289 + 2,02=2,6752 кг

    или

·100 % = 3 %.

Сульфидной серы   (S)ZnS  в огарке содержится 0,2675 кг

или                                ·100% = 0,3%

     Отношение растворимого цинка в огарке к общему количества цинка составит

                   = 88,3313%.

     На основании расчётных данных составляем таблицу рационального состава огарка.

   Таблица 2 - Рациональный состав обожжённого цинкового концентрата (кг)

2.2 Расчёт дутья и отходящих газов

     Количество серы, перешедшее в газовую фазу, составит

g(Sгаз )= g(Sконц). - g(SSO ) – g(SS) = 34,36 - 2,6752 – 0,22675 = 31,4173 кг.

     Степень десульфуризации в процессе обжига составит

                                          = 91,4357%.

     Количество кислорода на образование оксидов и сульфатов составит

     g(Oог.) = g(O)Z nO + g(O)ZnSO4 + g(O)ZnO·Fe2O3 + g(O)CuO + g(O)CuO·Fe2O3  +

+ g(O)CdO + g(O)CdO·Fe2O3 + g(O)PbO + g(O)PbSO4 + g(O)FeO +g(O) Fe2O3 –g(O)CaSO4

     Из таблицы 2 находим

                                  g(Oог) = 20,7876 кг.

         Считаем, что сера  в газовой фазе находится в виде SO2. Тогда теоретически необходимое количество кислорода для обжига 100 кг цинкового концентрата составит

      g(Oтеор) = 20,7876 + 31,4173 ·= 52,1461 кг.

      Обжиг сульфидных цинковых концентратов проводится с избытком воздуха. Коэффициент избытка колеблется в пределах  α = 1,15-1,35. Принимаем α = 1,25. Тогда практически необходимое количество кислорода потребуется

52,1461 ·1,25 = 65,1826 кг.

или

                                      65,1826· = 45,6278 м3             

     С этим количеством кислорода поступит азота

                                            65,1826 ·   = 218,22 кг

или

218,22 · =174,576 м3

    Практически необходимое количество сухого дутья составит

65,1826 + 218,22 = 283,4026 кг.

    или

45,6278 + 174,576 = 220,2038 м3

     В газовую фазу перейдёт влаги из концентрата

  = 7,5269 кг

или

                                              7,5269·  = 9,3668 м3

С дутьём  поступает влаги

220,2038 · = 1,3212 кг

или

1,3212· = 1,6442 м3

Всего поступит влаги в газовую фазу

7,5269 + 1,3212= 8,8481 кг

или

9,3668 + 1,6442 = 11,011 м3

  Количество SO2 в отходящих газах составит

                 g(SO2)  =  g(Sгаз) + g(O)SO= 31,4173 + 31,4173 · = 62,7758 кг

или

62,7758· = 21,951 м3.

     Избыточное количество кислорода в обжиговых газах составит

65,1826 – 52,1461 = 13,0365 кг

или

13,0365 ·= 9,1256 м3

Рассчитанные  данные сводим в таблицу 3.

Таблица 3 - Состав обжиговых газов

   По результатам выполненных расчётов составляем материальный баланс процесса обжига и рациональный состав обожжённого концентрата.

37

3 ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ОБОЖЖЁННОГО ЦИНКОВОГО КОНЦЕНТРАТА

3.1 Исходные данные для расчёта

Расчёт ведём на 100 кг обожжённого концентрата, рациональный состав которого приведён в таблице 2.4. Выщелачивание проводим отработанным электролитом.

     Для расчёта на основе заводских данных задаёмся условиями:

     1 Состав отработанного электролита: 45 г/л Zn и 130 г/л H2SO4.

     2 При выщелачивании 95 % ZnO переходит в раствор в виде ZnSO4.

     3 PbO и PbSO4 полностью переходят в кек.

     4 СuO  переходит в раствор на 95%,  где гидролизуется на 30%.

     5 СdO  переходит в  раствор на 95%.

     6 FeO  переходит в раствор на 100%.

     7 ZnSO4, содержащийся в огарке, на 95% переходит в раствор.

     8 Сульфиды и ферриты металлов из огарка полностью переходят в кек.

     9 Fe2O3, SiO2, CaSO4, Al2O3 на 100% переходят в нерастворимый остаток.

     10 Состав марганцевой руды: MnO2- 70%, прочие -30%.  Прочие при выщелачивании полностью переходят в кек.

3.2 Расчёт необходимого количества серной кислоты.

     Оксид цинка при выщелачивании переходит в раствор по реакции

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

     Для растворения 95% Zn из ZnO потребуется кислоты:

0,95·43,4349·= 61,8979 кг.

  При этом образуется воды

0,95·43,4349 ·= 11,3620 кг

Для растворения 95% Сu из CuO по реакции

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

потребуется кислоты:                            

0,95·1,0420 ·= 1,5277  кг.

При этом образуется воды

              0,95·1,0420 ·= 0,2804 кг.

Для растворения 95% Сd из CdO по реакции

CdO + H2SO4 = CdSO4 + H2O

потребуется кислоты

0,95·0,1097 ·= 0,0909  кг.

При этом образуется воды

0,95·0,1097 ·= 0,0167 кг.

Для растворения Fe из FeO по реакции

FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O

потребуется кислоты:

0,591·= 1,0377 кг.

При этом образуется воды

0,591·=  0,1905 кг

Оксид свинца сульфатизируется по реакции:

PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O,

на что потребуется серной кислоты:

0,1903·= 0,0901  кг.

При этом образуется воды

0,1903 ·= 0,0165 кг

Всего потребуется кислоты

61,8979 + 1,5277 + 0,0909 + 1,0377  +  0,0901  = 64,6443 кг.

В процессе выщелачивания для окисления Fe (II)  в пульпу добавляют марганцевую руду. Количество МnО2, которое потребуется на окисление железа по реакции

2FeSO4 + MnO2 + 2H2SO4 = Fe2(SO4)3 + MnSO4 + 2H2O,

cоставит:

0,591· = 0,46 кг.

Количество кислоты, расходуемое на протекание этой реакции, составит:

0,46· = 1,0377 кг.

При этом образуется воды

0,591 · = 0,191 кг

Количество добавляемой марганцевой руды составит:

= 0,6571 кг

В процессе выщелачивания  Fe (III)  гидролизуется  по уравнению  

Fe2(SO4)3 + 6H2O = 2Fe(OH)3 + 3H2SO4

с образованием осадка Fe(OH)3 и серной кислоты. В процессе гидролиза Fe (III)  образуется кислоты:

0,591· = 1,5565 кг.

При этом расходуется воды

0,591· = 0,5714 кг

Количество образующегося Fe(OH)3 составит:

0,591· = 1,1307 кг.

Медь на 30%  гидролизуется  по уравнению

Cu(SO4) + 2H2O = Cu(OH)2 + H2SO4

При этом образуется

0,3·0,95·1,0420· = 0,4483 кг Н2SO4

и

0,3·0,95·1,0420 · = 0,4559 кг Cu(OH)2

и расходуется воды

0,3·0,95·1,0420· = 0,1683 кг

Таким образом,  расход серной кислоты на выщелачивание 100 кг огарка составит:

64,6443 + 1,0377 - 1,5565 - 0,4483   = 63,6772 кг.

3.3 Расчёт  количества и состава кека

Количество Zn в кеке  в виде ZnO cоставит:

0,05·43,4349 = 2,1717 кг.

Тогда количество ZnO в кеке составит

2,1717· = 2,7032 кг.

В нём содержится кислорода

2,1717· = 0,5315 кг.

Количество Zn в виде ZnSO4

0,05·4,6129 = 0,2306 кг.

Тогда количество ZnSO4 в кеке составит:

0,2306· = 0,5695 кг.

В нём содержится кислорода                                      

0,2306· = 0,2258 кг.

Количество серы в сульфате цинка составит:

0,2306· = 0,1131 кг.

Количество феррита  цинка в кеке составит 21,1619 кг.

В нём содержится цинка 5,7385 кг, железа  9,8053 кг, кислорода  5,6184 кг.

Количество сульфида цинка в кеке составит 0,9083 кг.

В нём содержится цинка 0,6089 кг, серы 0,2994 кг.

Количество свинца в кеке составит 0,3806 кг.

Тогда количество PbSO4 в кеке составит:

0,3806·=0,5571 кг.

В нём содержится кислорода

0,5571· = 0,1176 кг,

серы

0,5571· = 0,0589 кг.

Гидроксид меди можно записать в виде  CuO·H2O. Содержание меди  в гидроксиде составит:

0,4559· = 0,297 кг

Количество кислорода в гидроксиде меди в виде CuO содержится

0,4559· = 0,0748 кг,

количество CuO

0,4559·= 0,3718 кг

и количество гидратированной воды

0,4559·= 0,0841 кг.

В ней содержится водорода

0,0841· = 0,0093 кг

и кислорода

0,0841·= 0,0748 кг

Количество феррита меди в кеке составит: 1,6814 кг

В нём содержится меди 0,4466 кг, железа 0,785 кг и кислорода 0,4498 кг.

Количество Сu в кеке в виде  CuO   составит:

0,05·1,0420 = 0,0521 кг.

Тогда количество CuO в кеке составит

0,0521· = 0,0652 кг.

В нём содержится кислорода:

0,0521· = 0,0131 кг.

Количество Cd в виде СdO в кеке составит:

                                 0,05·0,1097 = 0,0055 кг.

Тогда количество CdO в кеке составит:

                                                0,0055 · = 0,0063 кг.

В нём содержится кислорода

                                          0,0055· = 0,0008 кг.

Количество феррита кадмия в кеке содержится 0,1223 кг.

В нём содержится кадмия 0,047 кг, железа 0,0468 кг и кислорода 0,0267 кг.

Гироксид железа (III)  можно записать в виде  2Fe(OH)3 → Fe2O3·3H2O. Количество Fe2O3 в гидроксиде железа содержится

1,1307· = 0,845 кг.

В Fe2O3 содержится железа:

0,845· = 0,591 кг

и кислорода

0,845· = 0,254 кг.

Гидратированной воды в гидроксиде железа содержится

1,1307· = 0,2857 кг.

В ней содержится водорода

0,2857·= 0,0317 кг

и кислорода

0,2857·= 0,254 кг

Сульфата  кальция перейдёт в кек: 2,9889 кг

С сульфатом кальция в кек поступает СаО: 1,2312 кг.

В сульфате содержится серы: 0,7039 кг

и  кислорода, не связанного с СаО: 1,0538 кг.

В кек перейдёт также SiO2: 2,5743 кг и Al2O3 0,6715 кг,

а также прочие огарка 0,7499 кг

и прочие марганцевой руды 0,3·0,6571 = 0,1971 кг.

Результаты расчёта заносим в таблицу 6

             3.4 Расчёт количества и состава нейтрального раствора

Объём отработанного электролита, который необходимо подать на выщелачивание обожжённого цинкового концентрата, можно рассчитать по формуле:

V =

     где  g - необходимое количество кислоты для выщелачивания , кг;

              С- концентрация кислоты в отработанном электролите, г/дм3;

             1000- перевод количества кислоты из килограмм в граммы.

После подстановки численных значений  получим

V = = 489,8246 дм3.

С этим количеством электролита поступит цинка

45·489,8246 = 22042,107 г = 22,0421 кг.

В отработанном электролите цинк содержится в виде сульфата. Тогда количество ZnSO4, поступающее с отработанным электролитом составит:

22,0421· = 54,4326 кг.

В сульфате цинка содержится серы

54,4326 · = 10,8103 кг

и кислорода

54,4326 · = 21,5802 кг.

В серной кислоте содержится серы

63,6772· = 20,8188 кг,

кислорода

63,6772 · = 41,5597 кг

и водорода

63,6772 · = 1,2987 кг.

Тогда в отработанном электролите содержится серы  

10,8109 + 20,8188 = 31,6291 кг

и  кислорода

                             21,5802 + 41,5597 = 63,1399 кг.

              Для расчёта плотности отработанного электролита определим удельные объёмы растворов компонентов электролита. Плотность раствора ZnSO4 с концентрацией  цинка 45 г/дм3 составляет 3770 кг/м3, а раствора кислоты с содержанием 130 г/ дм3 – 1834 кг/м3. Тогда удельный обьем раствора ZnSO4 составит

V=   = = 0,0295 м3

кислоты

V=   = = 0,0709 м3

и воды

V= 1- V- V= 1- 0,0295 – 0,0709 = 0,8996 м3.

Тогда  1 масса в воды в 1 м3 отработанного электролита составит

g= V·= 0,8996·1000 = 899,6 кг.

Масса 1 м3 раствора составит

gрас = + +  g=+ + 899,6 =1140,7388 кг

Тогда удельная плотность отработанного электролита составит

1140,7388 кг/м3.

Тогда масса отработанного электролита, пошедшего на выщелачивание, составит:

gэл. = ρэл.·Vэл.= 1140,7388·0,4898 = 558,7339 кг.

Масса воды в отработанном электролите составит

gвод. = ρвод·Vэл = 899,6 · 0,4898 = 440,6241 кг.

В отработанный электролит из огарка прейдёт цинка

0,95·43,4349 + 0,95·4,6129 = 45,6454 кг.

Цинк в нейтральном растворе содержится в виде ZnSO4. Тогда количество ZnSO4 в нейтральном растворе составит:

45,6454·= 112,7205 кг.

В нём содержится серы

112,7205· = 22,3863 кг

и кислорода

112,7205 · = 44,6888 кг.

В нейтральный раствор из огарка перейдёт меди

1,4886 - 0,8184 = 0,6702 кг

Медь в нейтральном растворе находится в виде сульфата, тогда количество СuSO4 в нейтральном растворе составит:

                                          0,6702 ·= 1,6834 кг.

В нём содержится серы:

0,6702 ·= 0,1344 кг

и кислорода

0,6702 · = 0,2682 кг.

В нейтральный раствор из огарка перейдёт кадмия

0,95·0,0055 = 0,0052 кг.

В нейтральном растворе кадмии находится в виде сульфата. Тогда количество CdSO4 в нейтральном растворе составит:

0,0052 · = 0,0096 кг.

В нём содержится серы

0,0052 · = 0,0008 кг

и кислорода                                         

0,0052 · = 0,0016 кг.

В нейтральный раствор переходит также марганец, который находится  в нём виде сульфата. Тогда количество MnSO4 в растворе составит:

0,46 ·= 0,7989 кг.

В нём содержится серы

0,7989 ·= 0,1696 кг,

кислорода

0,7989 ·= 0,3386 кг

и марганца                             

0,7989 ·= 0,2907 кг.

Содержание цинка в нейтральном растворе составит:

45,6454 + 22,0421 = 67,6875 кг.

Так как цинк в нейтральном растворе находится в виде сульфата. То количество сульфата цинка в нейтральном растворе составит:

67,6875 · = 167,1530 кг.

Тогда в сульфате цинка  содержится серы

167,1530 · = 33,1966 кг

и кислорода                                               

167,1530 · = 66,2689 кг.

В нейтральном растворе содержится всего сульфатной  серы:

33,1966 + 0,0008 + 0,1344 + 0,1696 = 33,5014 кг.

В процессе выщелачивания за счёт химических реакций образовалось воды:

11,3620 + 0,2804 + 0,0167 + 0, 1905 + 0,0165 + 0,191 – 0,5714 – 0,1683 = 11,3174 кг

С ней связано кислорода

                                           11,3174 · = 10,0599 кг

и водорода

              11,3174 · = 1,2575 кг

Количество кислородав нейтральном растворе составит:

gO= g+ g+ g+ g+ g=

= 66,2689 + 0,0016 + 0,2682 + 0,3386 + 10,0559 = 76,9372 кг.

     К прочим нейтрального раствора отнесём следующие компоненты:

g, gвода,    воду отработанного электролита и водород образовавшейся в процессе выщелачивания воды, масса которых составит

440,6241 + 1,2575 = 441,8817

Тогда масса  нейтрального раствора составит:

67,6875+0,6702+0,0052+33,5014+0,2907+76,9372+ 441,8817 = 620,9739 кг

На основании выполненных расчётов составляем материальный баланс процесса выщелачивания.

19

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовой работе рассмотрена часть гидрометаллургического способа производства цинка. В работе выполнен расчет вещественного состава цинкового концентрата, обжиг цинкового концентрата в кипящем слое, выщелачивания цинкового огарка.

Преимуществами гидрометаллургического способа производства цинка являются:

1)  высокая степень извлечения основных и попутных компонентов исходного сырья, особенно если учесть, что цинковая промышленность яв­ляется основным производителем кадмия, индия, таллия ;

2)  обеспечиваются наиболее благоприятные условия для охраны окружающей среды от вредных выбросов;

3)  создается возможность переработки цинксодержащего сырья раз­личного качества, в том числе низкосортного с высоким содержанием вред­ных примесей;

4)  обеспечивается возможность строительства предприятий любой мощности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.      В.Я.Зайцев, Е.В.Маргулис «Металлургия свинца и цинка». Учебное пособие для вузов-М.: Металлургия, 1986г., 263с.

2.      Н.П.Диев, И.П.Гофман «Металлургия свинца и цинка». Учебник для вузов.- Металлургия, 1961г., 390с.

3.      Баймаков Ю.В., Журин A.M. Электролиз в гидрометаллургии. М.: Металлургия, 1963. 616 с.

4.      Валиев Х.Х., Романтеев Ю.П. Металлургия свинца, цинка и со­путствующих металлов. Алма-Ата, 2000. 437 с.

5.      Лоскутов Ф.М., Цейдлер А.А. Расчеты по металлургии тяжелых цветных металлов. М.: Металлургия, 1963. 591 с.

6.      Романтеев Ю. П., Федоров А.Н., Быстрое С.В. Металлургия цин­ка и кадмия. М.: МИСиС, 2006. 192 с.