Расчёт количества и состава нейтрального раствора.

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

где H₂SO_4О.Э. – концентрация серной кислоты в отработанном

                      электролите, г/дм³;

1000 – для перевода количества кислоты из килограмм в

             граммы.    

С этим количеством раствора поступит

 

32

где Zn_О.Э. – концентрация цинка в отработанном электролите.

Так как цинк в растворе представлен в сульфатной форме, то

Количество серы в сульфате цинка:

Количество кислорода в нём:

Количество серы в серной кислоте:

Количество кислорода в серной кислоте:

Количество водорода в серной кислоте:

Итак, сера суммарно в отработанном электролите:

Кислорода суммарно в отработанном электролите:

Плотность отработанного электролита (45 г/дм³ Zn и 130 г/дм³ серной кислоты).

 

33

Чтобы найти плотность отработанного электролита необходимо рассчитать удельные объёмы, занимаемые компонентами в 1 м³ раствора, м³:

Так как масса воды

а масса 1 м³ раствора

Тогда удельная плотность отработанного электролита:

Масса отработанного электролита, пошедшего на выщелачивание:

Масса воды в отработанном электролите:

В отработанный электролит перейдут компоненты в следующих количествах. Цинка перейдёт в раствор:

Так как цинк в нейтральном растворе представлен в сульфатной форме, то

 

34

Тогда количество серы в сульфате цинка:

Количество кислорода в нём:

В нейтральный раствор перейдёт меди:

Так как медь в нейтральном растворе представлена в сульфатной форме, то

Количество серы в сульфате меди:

Количество кислорода в нём:

В нейтральный раствор перейдёт кадмия:

         

Так как кадмий в растворе представлен в сульфатной форме, то

Тогда количество серы в сульфате кадмия:

 

35

Количество кислорода в нём:

Количество MnSO₄ в нейтральном растворе:

Содержание цинка в нейтральном растворе с учётом цинка, пришедшего с отработанным электролитом

Так как цинк в нейтральном растворе представлен в сульфатной форме, то

Суммарное количество серы в сульфате цинка:

Количество кислорода в нём:

Состав нейтрального раствора:

 

36

где О_ВОДА – количество кислорода в образующейся по реакциям (1 – 8) воде.

Количество образующейся воды:

Количество водорода в ней:

В “Прочие” нейтрального раствора отнесём следующие компоненты:

Тогда масса нейтрального раствора равна

 

37

По данным расчёта составляем таблицу материального баланса выщелачивания.

2. 4. Расчёт количества механических агитаторов

Примем для расчёта периодический способ выщелачивания в агитаторах с механическим перемешиванием пульпы объёмом V_АГ = 150 м³. Для простоты расчёта не будем учитывать изменение объёма пульпы за счёт испарения, нагрева и перехода в раствор растворимых компонентов огарка.

Суточное количество огарка, поступающего на выщелачивание.

При средней плотности огарка r_ОГ = 4800 кг/м³ составит

Суточное количество отработанного электролита, поступающего на выщелачивание.

Что при плотности отработанного электролита 1140,2268 кг/м³ составит

Суточное количество марганцевой руды, поступающей на выщелачивание составит

 

 

39

Что при плотности марганцёвой руды r_МН = 3700 кг/м³ составит

Итого в сутки поступает компонентов, составляющих пульпу

 

По практическим данным примем следующие показатели выщелачивания. Коэффициент заполнения агитатора К_З=0,85, коэффициент использования по времени К_М=0,9. Продолжительность цикла одной операции, мин:

1. Заливка отработанного электролита составляет 30 мин.

2. Загрузка огарка составляет 15 мин.

3. Выщелачивание – 90 мин.

4. Выпуск пульпы на отстаивание – 45 мин.

Итого на весь процесс выщелачивания необходимо

 t_ПР = 180 мин. или 3 ч.

Тогда необходимое количество операций выщелачивания равно

Необходимое количество агитаторов равно

Примем с учётом резерва на ремонты 3 шт.

 

3. Агломерация свинцовых концентратов

 

Требуется выполнить основные технологические расчёты процесса агломерационного обжига 200000 тонн сухого свинцового концентрата в год.

Исходные данные:

Состав сухого концентрата (на 100 кг):

40

Pb = 51, 0 кг;            Fe = 7,0 кг;               Прочие = 4,0 кг;

Zn = 6,0 кг;               S = 17,0 кг;              Итого = 100 кг.

Cu = 2,0 кг;              CaO = 2,0 кг;     

SiO₂ = 8,0 кг;           Al₂O₃ = 3,0 кг;

   Металлы в концентрате представлены в виде следующих соединений:

PbS, ZnS,CuFeS₂, FeS₂, Fe₂O₃.

Требуется рассчитать:

1. Рациональный минералогический состав концентрата.

2. Выбрать шлак и предварительно рассчитать расход флюсов.

3. Рациональный состав агломерата.

4. Количество аглошихты и количество машин.

Дополнительные данные будут введены по ходу расчёта.

3.1. Расчёт рационального состава концентрата

Из свинецсодержащих минералов присутствует только галенит, будем считать, что весь свинец содержится в нём. Тогда

Так как из цинксодержащих минералов присутствует только сфалерит, будем считать, что весь цинк содержится в нём. Тогда

 

Так как из медьсодержащих минералов присутствует только халькопирит, будем считать, что вся медь содержится в нём. Тогда

 

 

41

Остаточное количество серы

Так как из серосодержащих минералов остался только пирит, будем считать, что

Тогда

Остаточное количество железа

1.7. По остатку железа определяем количество гематита:

Количество породообразующих:

СаО = СаО_КОН = 2,0 кг,

SiO₂ = SiO_2КОН = 8,0 кг,

Al₂O₃ = Al₂O_3КОН = 3,0 кг.

Количество прочих:

Прочие = Прочие_КОН - O(Fe₂O₃) = 4,0 – 0,7002 = 3,2998 кг.

По результатам расчёта составляем таблицу 8.

43

3.2. Выбор шлака и предварительный расчёт расхода флюсов

Определяем состав шлака при условии переработки концентрата без флюсов. Примем извлечение цинка в шлак 95 % (  = 0,95). Количество цинка в шлаке в виде ZnO составит

Количество ZnO в шлаке:

Кислорода в ZnO:

Al₂O₃, SiO₂, СаО и железо (в виде FeO) переходят в шлак полностью. Рассчитаем их количество в шлаке.

СаО_ШЛАК = СаО_КОН = 2,0 кг.

SiO_2ШЛАК = SiO_2КОН = 8,0 кг.

Al₂O_3ШЛАК = Al₂O_3КОН = 3,0 кг.

Fe(FeO)_ШЛАК = Fe_КОН = 7,0 кг.

Количество кислорода в FeO:

Итого количество шлакообразующих составляет:

 

Предположим, что эти компоненты составляют 90 % шлака. Тогда масса шлака составит:

Процентный состав такого шлака:

 

44

Прочие = 10 %.

Шлак признаём нетехнологичным. Выбираем следующий состав шлака:

(ZnO + Al₂O₃) = 22 %;

FeO = 32,0 %;

SiO₂ = 23,0 %;

СаО = 15,0 %;

Прочие = 8 %.

 Рассчитаем необходимое количество флюсов. Исходя из выбранного состава шлака, по содержанию (ZnO + Al₂O₃) определяем массу шлака с флюсами.

где  - долевое содержание суммы этих компонентов

                           в выбранном шлаке, д.е.

В таком шлаке содержится:

Из концентрата поступает в шлак:

FeO = 9,0054 кг;

SiO₂ = 8,00 кг;

СаО = 2,0 кг.

45

 Следовательно, необходимо добавить с флюсами:

Для получения шлака выбранного состава вводим в шихту железо- и кальцийсодержащие флюсы (пиритный огарок и известняк). Учитывая, что в золе топлива и флюсах содержится SiO₂, а добавлять его требуется всего 2,554 кг, кварцевый флюс в шихту не вводим. Некоторые заводы с целью увеличения пористости аглошихты добавляют в шихту некоторое количество коксика (обычно 2 – 3 %), в золе которого содержатся шлакообразующие компоненты. Следовательно, используем коксик в целях увеличения пористости и в целях флюсования.

  Таблица 9. Состав флюсов (% или на 100 кг).

Наименование	обозначение	FeO	CaO	SiO2
пиритный огарок	X	65,0	-	15,0
известняк	Y	-	50,0	10,0
коксик (зола)	Z	7,0	2,0	50,0

 

Составим уравнения материального баланса шлака.

где  - количество i-го компонента, вносимого с k–ым флюсом.

С учётом состава флюсов и принятыми обозначениями эти уравнения будут иметь следующий вид:

46

Решаем эту систему уравнений методом Крамера.

 

          

Количество пиритного огарка:

Количество известняка:

Количество золы коксика:

 

47

Принимаем в соответствии с выбранной точностью расчётов:

С пиритным огарком поступит:

С этим количеством FeO поступят:

С пиритным огарком также поступят следующие компоненты:

С известняком поступит:

С золой коксика поступит:

С этим количеством FeO поступит:

С золой коксика поступят также следующие компоненты:

48

Количество коксика при  равно:

Масса концентрата вместе с флюсами:

Рассчитаем количество оборотной мелочи. Примем содержание серы в шихте 6 %. Примем количество серы в готовом агломерате равное 2 %.Тогда количество оборотной мелочи можно определить следующим образом:

     

где  – количество оборотной мелочи;

     2, 17,6 – содержание серы в готовом агломерате, концентрате и шихте соответственно, %.

Решая уравнение, получим:

,

,

Количество оборотной мелочи по отношению к массе шихты составит:

Другие обороты (шлаки шахтной свинцовой плавки) в нашем расчёте учитывать не будем.

Состав шихты, поступающей на агломерацию, без учёта оборотов, сведём в таблицу 10.