Глава V расчеты по металлургии цинка
Первичным сырьем для производства цинка являются почти исключительно сульфидные цинковые концентраты. При этом основное количество цинка получают гидрометаллургическими способами по разным технологическим схемам. Но во всех случаях, они, как правило, включают следующие переделы: обжиг цинковых концентратов, выщелачивание огарка с очисткой растворов и электролитическое осаждение цинка с последующим переплавом катодов.
§ 32. Обжиг сульфидного цинкового концентрата при воздушном дутье
Требуется выполнить технологические расчеты процесса обжига на воздушном дутье сульфидного цинкового концентрата в кипящем слое. Необходимо рассчитать состав продуктов обжига, основные размеры печи КС производительностью 180 т/сут сухого концентрата и выбрать вспомогательное оборудование. Состав сухого концентрата: 51% Zn, 1,5% Pb, 0,7% Сu, 0,44% Cd, 7,43% Fe, 31,0% S, 1,0% CaO, 0,5% MgO, 3,0% SiO2, 1,1% Al2O3, 1,0% прочие. Влажность концентрата 7,0%.
Рассчитать расход цинковых концентратов и необходимое число печей для получения в год 200 тыс. т обожженного концентрата.
Основной целью обжига сульфидных цинковых концентратов при гидрометаллургическом методе переработки является окисление сульфидов и перевод цинка в растворимое состояние. В СССР концентраты на гидрометаллургических заводах обжигают только в кипящем слое с применением воздушного дутья и дутья, обогащенного кислородом до 30–35%. Огарок получают в виде порошка. Общее содержание серы в цинковом огарке, после объединения всех продуктов обжига, составляет 2–3,5%, в том числе сульфидной серы 0,2–0,5% и сульфатной серы 1,8–3,0%. Образовавшиеся в результате обжига сернистые газы используют для производства серной кислоты.
32.1 Расчет минералогического состава цинкового концентрата
Для расчета принимаем, что металлы в концентрате находятся в виде следующих соединений (см. таблицу 5): сфалерита, галенита, халькопирита, пирита, пирротина, кадмий в виде CdS в решетке ZnS.
Расчет рационального состава проводим на 100 кг концентрата.
Количество ZnS равно 97,4•51/65,4=75,9 кг, в том числе серы 24,9 кг.
Количество PbS равно 239,2•1,5/207,2=1,73 кг, в том числе серы 0,23 кг.
При определении количества CuFeS2 принимаем, что вся медь в концентрате находится в виде халькопирита. Тогда железа в нем имеется 55,8•0,7/63,6=0,61 кг и серы 64•0,7/63,6=0,7 кг. Всего CuFeS2 имеем 0,7+0,61+0,7=2,01 кг.
Количество CdS равно 144,4•0,44/112,4=0,57 кг, в том числе 0,13 кг S.
При определении пирита и пирротина исходим из того, что количество железа в пирите и пирротине равно 7,43–0,61=6,82 кг. Количество серы в пирите и пирротине равно 31–(24,9+0,23+0,7+0,13)= 5,04 кг.
Принимаем, что количество железа в пирите n, тогда в пирротине его (6,82–n). Количество серы в пирите равно n•64/55,8, а количество серы в пирротине равно (6,82–n)•8•32/(7•55,8).
S
пирита+ Sпирротина=
.
Решая уравнение, получаем железа в пирите n=1,16 кг и железа в пирротине 6,82–1,16=5,66 кг. Отсюда количество серы в пирите равно: 1,16•64/55,8=1,33 кг, а в пирротине 5,04-1,33=3,71 кг.
Количество FeS2 равно 1,16+1,33=2,49 кг и Fe7S8 соответственно 5,66+3,71=9,37 кг.
Количество СаСО3 равно 1•100/56,1=1,78 кг, в том числе 0,78 кг СО2.
Количество MgCO3 равно 0,5•84,3/40,3=1,05 кг, в том числе 0,55 кг СО2.
По результатам расчета составляем таблицы 78.
ТАБЛИЦА 78 Рациональный состав цинкового концентрата, %
Соединения |
Fe |
S |
Всего |
ZnS |
– |
24,9 |
75,9 |
PbS |
– |
0,23 |
1,73 |
CuFeS2 |
0,61 |
0,7 |
2,01 |
CdS |
– |
0,13 |
0,57 |
FeS2 |
1,16 |
1,33 |
2,49 |
Fe7O8 |
5,66 |
3,71 |
9,37 |
CaCO3 |
– |
– |
1,78 |
MgCO3 |
– |
– |
1,05 |
SiO2 |
– |
– |
3,0 |
Al2O3 |
– |
– |
1,1 |
Прочие |
– |
– |
1,0 |
Итого |
7,43 |
31,0 |
100 |