Расчет рационального состава обожженного цинкового концентрата

 

При обжиге цинковых концентратов в кипящем слое обожженный продукт получают в виде огарка, выгружаемого из печи через порог, а также в виде пыли, которая выносится из печи с обжиговыми газами и затем улавливается.

В зависимости от условий осуществления обжига в кипящем слое из печи выносится до 50% конечного продукта. По сравнению с огарком в пыли обычно выше содержание серы. Так, если в огарке содержится сульфатной серы 1,0–1,3% и сульфидной серы 0,25–0,4%, то в пыли сульфатной серы 3–4% и сульфидной серы 0,5–1,0%. Пыль чаще всего направляют на дальнейшую переработку совместно с огарком. Поэтому производим расчет рационального состава огарка в смеси с пылью. Данные анализов производственных проб позволяют для расчета принять, что металлы содержатся в обожженных цинковых концентратах в виде следующих соединений: цинк – в виде ZnO, ZnSO₄, ZnS и ZnO•Fe₂O₃; свинец – 50% PbO и 50% PbSO₄; медь – 70% CuO и по 10% CuSO₄, CuS и CuO•Fe₂O₃; кадмий – 60% CdO, 10% CdSO₄ и по 15% CdS и CdO•Fe₂O₃; железо – 90% ферриты, 6,66% FeO и 3,33% Fe₂O₃; магний – в виде MgSO₄; кальций – в виде CaSO₄. В огарке содержится 0,3% Ss, 2,8% Sso₄.

Определяем массу этих соединений. Находим количество Рb в PbO: 1,5•0,50=0,75 кг. Тогда количество РbО равно 223,2•0,75/207,2=0,81кг, в том числе 0,06 кг О₂.

Количество PbSO₄ равно 303,2•0,75/207,2=1,0 кг, в том числе 64•0,75/207,2=0,23 кг О₂ и 32•0,75/207,2=0,12 кг S.

Данный расчет и все последующие сделаны по одному способу: по известной массе свинца (0,75 кг), разделяя ее на массу кг-атома, т.е. на 207,2, и находим атомную долю, участвующую в образовании соединения (PbSO₄), затем, умножая ее на кг-мольные массы PbSO₄ (303,2), S (32,0) и О₂ (64), находим их массу.

Количество СuО равно 79,6•0,7•0,7/63,6=0,61 кг, в том числе 0,12 кг О₂.

Здесь 0,7 масса меди в огарке, а сомножитель

0,7 – доля меди, участвующая в образовании СuО.

Количество CuSO₄ равно 0,7•0,1•159,6/63,6=0,18 кг, в том числе 0,07 кг О₂ и 0,04 кг S.

Количество CuS равно 0,7•0,1•95,6/63,6=0,11 кг, в том числе 0,04 кг S.

Количество CuO•Fe₂O₃равно 0,7•0,1•191,2/63,6=0,26 кг, в том числе 0,12 кг Fe и 0,07 кг О₂.

Количество CdO равно (0,44•0,6/112,4)•128,4=0,3 кг, в том числе 0,04 кг О₂.

Количество CdSO₄ (мольная масса 208,4) равно (0,44•0,1/112,4)•208,4=0,07 кг, в том числе 0,01 кг S и 0,02 кг О₂.

Количество CdS равно (0,44•0,15/112,4)•144,4=0,09 кг, в том числе 0,02 кг S.

Количество CdO•Fe₂O₃ равно (0,44•0,15/112,4)•288=0,18 кг, в том числе 0,07 кг Fe и 0,04 кг О₂.

Количество MgSО₄ (мольная масса 120,4) равно (0,5/40,3)•120,3=1,5 кг, в том числе 0,4 кг S и 0,6 кг О₂.

Количество CaSО4 равно (1/56,1)•136,1=2,43 кг, в том числе 0,57 кг S и 0,86 кг О₂.

Количество ZnO•Fe₂0₃ (мольная масса 241,0). Количество железа в ZnO•Fe₂O₃ 7,43•0,90=(0,12+0,07)=6,5 кг,

где 0,12 и 0,07 – масса железа в CuО•Fe₂O₃ и CdO•Fe₂O₃ соответственно.

По найденной массе железа находим массу феррита: (6,5/111,6)•241=14,04кг, затем Zn: (6,5/111,6)•65,4=3,81 кг. Аналогично находим количество кислорода, которое, равно 6,5/111,6•65,4=3,73 кг.

Количество FeO. Количество Fe в FeO равно 7,43•0,666=0,49 кг. Масса FeO равна 71,8•0,49/55,8=0,63 кг, в том числе 0,14 кг О₂. Масса Fe в Fe₂O₃ равна 7,43•0,333=0,25кг, тогда масса Fe₂O₃ равна 159,6•0,25/111,6=0,36 кг, в том числе 0,11 кг О₂.

Труднее найти массы соединений цинка, поскольку они зависят от количества S_S и Sso₄ в огарке, выход которого пока не известен. Составляем уравнение в соответствии с заданием.

A. Количество ZnS: масса Ss в ZnS равна

m•0,3•0.01–(0,04+0,02)=(0,003•m–0,06) кг,

где m – масса огарка;

0,04 и 0,02 – масса Ss в CuS и CdS соответственно.

Отсюда масса ZnS составит 97,4•(0,003•m–0,06)/32; в том числе Zn 65,4•(0,003•m–0,06)/32.

Б. Количество ZnSO₄: масса Sso₄ в ZnS0₄ равна

m•2,8•0,01–(0,12+0,04+0,01+0,4+0,57)=(0,028•m–1,14) кг,

где 0,12;. 0,04; 0,01; 0,4 и 0,57 –количество Sso₄ в PbSO₄, CuSO₄, CdSO₄, MgSO₄ и CaSO₄ соответственно, кг.

Отсюда масса ZnSO₄ равна 161,4•(0,028•m–1,14)/32, в том числе Zn 65,4•(0,028•m–1,14)/32; О₂=64•(0,028•m–1,14)/32 (обратите внимание: масса ZnSО₄ найдена ранее разъясненным способом, т.е. масса ZnSO₄ в кг-молях (161,4) умножена на атомную долю серы, участвующую в его образовании).

B. Количество ZnO: массу Zn в ZnO определяем также:

51–[65,4•(0,003•m–0,06)/32+65,4•(0,028•m–1,14)/32+3,81]=47,19–65,4•(0,031•m–1,2)/32 кг.

Здесь 3,81 –масса Zn в феррите.

Теперь по массе цинка определяем массу ZnO.

Она равна 81,4/65,4•[47,19–65,4/32•(0,031•m–1,2)]. На основании полученных данных и состава концентрата составляем уравнение

m=0,81+1,10+0,61+0,18+0,11+0,26+0,30+0,07+0,09+0,18+1,5+2,43+14,04+0,63+0,36+ •(0,003•m–0,06)+ •(0,028•m–1,14)+ •(47,19– )•(0,031•m–1,2)+3,0+1,1+1,0=27,37+0,00912•m–0,1824+0,14112•m–5,7456+1,24•[47,19–2,04•(0,031•m–1,2)].

Решая его, находим массу обожженного цинкового концентрата: m=90,06 кг или выход его равен 90,06%.

Далее определяем: количество ZnS 0,64 кг, в том числе 0,43 кг Zn и 0,21 кг S; количество ZnSO₄ 6,96 кг, в том числе 2,82 кг Zn, 1,38 кг S, 2,76 кг О₂; количество ZnO 54,69 кг, в том числе 43,94 кг Zn и 10,75 кг О₂.

Сульфатной серы в обожженном цинковом концентрате содержится 1,38+0,12+0,04+0,01+0,40+0,57=2,52 кг, а сульфидной серы 0,21+0,04+0,02=0,27 кг. Отсюда количество серы в газах равно 100•0,31–(2,52+0,27)=28,21 кг.

Степень десульфурации при обжиге составляет (28,21/31)•100=91,0%.

По данным расчета составляем таблмцу 79.

 

ТАБЛИЦА 79 Рациональный состав обожженного цинкового концентрата*

Соединения	SSO4	Ss	O2	Всего
кг	%	кг	%	кг	%	кг	%
ZnO	–	–	–	–	10,75	11,94	54,69	60,73
ZnSO4	1,37	1,53	–	–	2,76	3,06	6,96	7,72
ZnS	–	–	0,21	0,23	–	–	0,64	0,71
ZnO•Fe2O3	–	–	–	–	3,73	4,14	14,04	15,59
PbO	–	–	–	–	0,06	0,07	0,81	0,90
PbSO4	0,12	0,13	–	–	0,23	0,26	1,10	1,22
CuO	–	–	–	–	0,12	0,13	0,61	0,68
CuSO4	0,04	0,04	–	–	0,07	0,08	0,18	0,20
CuS	–	–	0,04	0,04	–	–	0,11	0,12
CuO•Fe2O3	–	–	–	–	0,07	0,08	0,26	0,29
CdO	–	–	–	–	0,04	0,04	0,30	0,33
CdSO4	0,01	0,01	–	–	0,02	0,02	0,07	0,08
CdS	–	–	0,02	0,02	–	–	0,09	0,10
CdO•Fe2O3	–	–	–	–	0,04	0,04	0,18	0,20
FeO	–	–	–	–	0,14	0,16	0,63	0,70
Fe2O3	–	–	–	–	0,11	0,12	0,36	0,40
MgSO4	0,40	0,45	–	–	0,60	0,67	1,50	1,67
CaSO4	0,57	0,64	–	–	0,86	0,95	2,43	2,70
SiO2	–	–	–	–	–	–	3,00	3,33
Al2O3	–	–	–	–	–	–	1,10	1,22
Прочие	–	–	–	–	–	–	1,00	1,11
Итого	2,52	2,8	0,27	0,30	19,60	21,76	90,06	100,00

* Химический состав дан в § 34.1.

Отношение растворимого цинка (Zn в виде ZnO и ZnSO₄) в обожженном цинковом концентрате к общему цинку составляет (43,94+2,82)/51•100=91,7%.

Настоящий расчет составлен без учета потерь компонентов огарка. По данным практики потери составляют, %: Zn 0,7–1,1; Pb 1,1–1,3; Cd 1,3–1,6; Сu 0,7–1,1; S 2–3; в обожженном продукте остается 5,5–6,5% S от ее содержания в сырье.

 

РАСЧЕТ РАСХОДА ВОЗДУХА

По данным выполненных технологических расчетов определяем расход воздуха, необходимого для окисления концентрата.

При обжиге 100 кг сухого сульфидного цинкового концентрата на образование окислов и сульфатов металлов, согласно данным таблицы 79, расходуется из воздуха 19,6 кг О₂. Так как содержание SO₃ в обжиговых газах незначительное (в пределах 0,1–0,3%), в расчете принимаем, что вся сера (28,21 кг) в обжиговых газах находится в виде SO₂, количество которой составляет 28,21+28,21=56,42 кг.

Теоретически необходимое количество кислорода на 100 кг сухого концентрата по таблице 79 составляет 19,6+28,21=47,81 кг (33,47 м³). С ним поступит азота 47,81•77/23=160,06 кг (128,05 м³).

Теоретически необходимое количество воздуха составляет 47,81+160,06=207,87 кг (161,52 м³).

Количество SO₂ в обжиговых газах 56,42 кг (19,75 м³).

Поступит Н₂О с концентратом (Н₂О)_К=100/0,93–100=7,53 кг (9,37 м³).

При влажности воздушного дутья 6 г/м³ поступит Н₂О с воздухом:

(Н₂О)_В=161,52•6/1000=0,97 кг (1,21 м³).

Всего поступит Н₂О 7,53+0,97=8,5 кг, или 9,37+1,21=10,58 м³.

Количеством СО₂, образующимся от диссоциации карбонатов, пренебрегаем. Для определения практически необходимого количества воздуха можно задаться коэффициентом избытка дутья. На практике он колеблется в пределах 1,15–1,35. Кроме того, для обеспечения оптимальных условий обжига необходимо, чтобы остаточное содержание кислорода в обжиговых газах составляло 4–5%.

Для расчета принимаем, что в обжиговых газах на выходе из печи КС содержится 4,2% О₂; составляем уравнение: 0,21•Р•100/(128,05+19,75+9,37+1,21+0,0075•Р+Р)=4,2%.

Здесь Р – количество избыточного дутья,

0.21•Р – количество избыточного кислорода в обжиговых газах;

128,05 – количество азота в обжиговых газах при подаче теоретического количества воздуха;

19,75 – количество SO₂ в обжиговых газах;

9,37 – количество Н₂О, поступившей из концентрата;

1,21 – количество Н₂О, поступившей из теоретически необходимого количества дутья;

6•Р/1000•22,4/18=0,0075•Р – количество Н₂О, поступившей из избыточного количества дутья.

Решая уравнение, находим что Р=39,67 м³. Таким образом, a=(161,52+39,67)/161,52=1,25.

Исходя из этого, определяем практически необходимое количество и состав дутья. Расход воздушного дутья составляет 207,87•1,25=259,84 кг, или 161,52•1,25=201,9 м³. Кислорода в дутье 47,81•1,25=59,76 кг, или 33,47•1,25=41,84 м³. Азота в дутье 160,06•1,25=200,08 кг, или 128,05•1,25=160,06 м³. Влаги в дутье 0,97•1,25=1,21 кг, или 1,21•1,25=1,51 м³.

Удельный расход воздуха на 1 кг сухого концентрата составляет 2,02 м³, а на 1 кг влажного концентрата 201,9/107,53=1,876 м³ (1876 м³ на 1 т).

 

⇐ Предыдущая27282930313233343536Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: