- •Глава I основы металлургических расчетов
- •§ 1. Оценка сырья
- •1.1 Руды
- •1.2. Концентраты
- •1.3 Комплексное использование сырья
- •§ 2. Минеральный состав сырья
- •2.1 Значение минерального состава сырья
- •2.2. Примеры расчета рационального состава концентратов
- •§ 3. Справочные данные о шлаках, штейнах и металлах
- •3.1. Свойства шлаков
- •3.2.Св0йства штейнов
- •3.3. Свойства важнейших металлов
- •§ 4. Справочные данные о растворах, парах и газах
- •4.1. Справочные данные о некоторых растворах
- •4.2. Энтальпия водяного пара и газов
- •§ 5. Основы расчета экстракционных и сорбционных процессов
- •Расчеты по металлургии меди
- •§ 6. Обжиг медных концентратов в кипящем слое
- •6.1. Обжиг при обогащении дутья кислородом
- •6.2. Обжиг при воздушном дутье
- •§ 7. Отражательная плавка
- •7.1 Расчет десульфуризации и состава штейна
- •7.2. Расчет количества флюсов для ведения плавки на заданном составе шлаков
- •7.3. Расчет расхода топлива и состава отходящих газов
- •§ 8. Автогенная плавка
- •8.1. Плавка на подогретом воздушном дутье
- •§ 9. Продувка штейна в конверторе
- •§10. Медно-серная плавка
- •10.1 Расчет состава штейна и десульфуризации
- •10.2 Расчет расхода флюсов и количества газов
- •§ 11. Шлаковозгоночный процесс
- •11.1 Расчет материального баланса
- •11.2. Расчет горения природного газа и расхода воздуха
- •§ 12. Огневое рафинирование меди
- •12.1 Расчет материального баланса
- •12.2 Расчет теплового баланса
- •§ 13. Электролитическое рафинирование меди
- •13.1. Расчет расхода злектроэнергии
- •13.2. Расчет количества ванн и преобразовательных агрегатов
- •13.3. Расчет количества катодов и размеров электролизной ванны
- •13.4. Расчет напряжения на ванне
- •13.5. Расчет количества катодов и матричных ванн
- •Глава III расчеты по металлургии никеля
- •§ 14. Агломерация окисленной никелевой руды
- •14.1. Расчет материального баланса агломерации
- •§ 15. Сушка окисленной никелевой руды*
- •§ 16. Плавка окисленных никелевых руд в шахтных печах
- •16.1. Расчет шихты для плавки агломерата
- •16.2 Тепловой баланс плавки
- •16.3 Расчет шахтной печи
- •§ 17 Продувка никелевого штейна в конверторе
- •17.1 Определение расхода воздуха
- •17.2 Определение количества и состава отходящих газов
- •17.3 Расчет теплового баланса
- •§ 18 Обжиг никелевого файнштейна
- •18.1 Расчет расхода воздуха
- •18.2 Расчет теплового баланса
- •§ 19 Обеднение конверторных шлаков
- •19.1 Определение количества штейна, необходимого для обеднения 100 кг шлака*
- •19.2. Определение количества шлака, образующегося в конверторах рафинирования
- •19.3. Определение количества конечной обогащенной массы
- •§ 20. Электроплавка закиси никеля
- •20.1 Расчет расхода восстановителя и размеров электрической печи
- •§ 21. Электроплавка руд на ферроникель
- •§ 22. Рафинирование и обогащение ферроникеля
- •22.1 Расчет материального баланса конвертирования ферроникеля (I стадия)
- •22.2 Расчет материального баланса конвертирования ферроникеля в основном конверторе (II стадия)
- •§ 23. Агломерационный обжиг сульфидного медно-никелевого концентрата
- •§ 24. Электроплавка агломерата и основы расчета рудно-термической электропечи
- •24.1 Расчет материального баланса плавки
- •24.2 Расчет теплового баланса плавки
- •24.3 Основы расчета рудно-термической электропечи
- •§ 25. Продувка никелевого концентрата кислородом в вертикальном конверторе
- •25.1 Расчет расхода кислорода
- •25.2 Расчет теплового баланса
- •§ 26. Очистка никелевого электролита
- •26.1 Технологическая схема очистки
- •26.2 Очистка от железа
- •26.3 Очистка от меди
- •26.4 Очистка от кобальта
- •§ 27. Циркуляция электролита на одну катодную ячейку ванны электролитического рафинирования никеля
- •§ 28. Автоклавно-окислительное разложение пирротинового полупродукта
- •Глава IV расчеты по металлургии свинца
- •§ 29. Агломерация свинцовых концентратов
- •29.1 Расчет расхода концентратов и числа сушильных барабанов
- •29.2 Расчет минералогического состава сульфидного свинцового концентрата
- •29.3 Выбор шлака и предварительный расчет расхода флюсов
- •29.4 Рациональный состав агломерата
- •29.5. Расчет количества аглошихты и числа агл0машин
- •§ 30. Шахтная плавка
- •30.1 Расчет состава продуктов плавки
- •30.2 Расчет расхода воздуха
- •30.3 Расчет количества и состава отходящих газов
- •30.4 Расчет oсhobhыx размеров шахтной печи и определение параметров воздуходувной машины
- •30.5 Расчет теплового баланса шахтной плавки
- •30.6 Проверка правильности расчета высоты печи
- •§ 31. Рафинирование чернового свинца
- •31.1 Расчет обезмеживания чернового свинца
- •31.2 Расчет щелочного рафинирования чернового свинца
- •31.3 Расчет гидрометаллургической переработки щелочного плава
- •31.4 Расчет обессеребривания свинца
- •31.5 Расчет электротермической переработки серебристой пены
- •31.6 Расчет обесцинкования свинца
- •31.7 Расчет обезвисмучивания свинца
- •31.8 Расчет переработки свинцововисмутового сплава
- •31.9 Расчет качественного рафинирования
- •31.10 Расчет оборудования для рафинирования свинца
- •Глава V расчеты по металлургии цинка
- •§ 32. Обжиг сульфидного цинкового концентрата при воздушном дутье
- •32.1 Расчет минералогического состава цинкового концентрата
- •32.2 Расчет рационального состава обожженного цинкового концентрата
- •32.3 Расчет расхода воздуха
- •32.4 Расчет количества и состава обжиговых газов на выходе из печи кс
- •32.5 Принципы расчета печей для обжига в кипящем слое
- •32.6 Расчет теплового баланса печи кс при обжиге цинковых концентратов
- •32.7 Расчет га3oхoднoй системы
- •32.8 Расчет необходимого количества сырья и печей кс для получения в год 200 тыс. Т обожженного цинкового концентрата
- •§ 33. Обжиг сульфидного цинкового концентрата при дутье, обогащенном кислородом
- •33.1 Расчет расхода дутья
- •33.2 Расчет количества и состава обжиговых газов
- •33.3 Расчет печи кс
- •33.4 Расчет теплового баланса печи
- •§ 34. Выщелачивание обожженного цинкового концентрата
- •34.1 Расчет выхода и состава цинковых кеков
- •34.2 Расчет количества нейтрального раствора и извлекаемых из него цинка, кадмия и меди
- •34.3 Расчет количества цинка, меди и кадмия, поступающих в процессе с растворами от выщелачивания вельц-окислов
- •34.4 Расчет выхода и состава медно-кадмиевого кека
- •34.5 Расчет объема оборотных растворов кадмиевого производства и количества цинка в них
- •34.6 Расчет медно-кадмиевой очистки
- •Расчет отмывки цинковых кеков
- •34.8 Расчет баланса растворов и пульп при выщелачивании
- •34.9 Расчет необходимого оборудования
- •§ 35. Вельцевание цинковых кеков
- •35.1 Расчет выхода и состава вельц-окисн
- •35.2 Расчет расхода коксовой мелочи
- •35.3 Уточнение состава вельц-окиси
- •35.4 Расчет выхода и состава клинкера
- •35.5 Расчет баланса Zn, Pb и Cd
- •35.6 Расчет основных размеров вельц-печи
- •§ 36. Электролиз цинкового раствора и переплав катодного цинка
- •36.1 Расчет количества катодного цинка
- •36.2 Расчет производительности одной электролизной ванны
- •36.3 Расчет количества электролизных ванн
- •36.4 Выбор источника тока
- •36.5 Расчет переплавки катодного цинка и выбор печ£й
- •§ 37. Гидрометаллургическая переработка цинковых кеков
- •37.1 Расчет выщелачивания цинковых кеков
- •Расчет осаждения ярозита
- •Расчет осаждения гетита
- •Сульфидным цинковым концентратом
- •Список рекомендуемой литературы
- •Выбор оптимальной плотности тока для электролитического рафинирования меди, методические указания
§ 34. Выщелачивание обожженного цинкового концентрата
Требуется выполнить технологические расчеты и расчеты оборудования для передела выщелачивания производительностью 200 тыс. т в год обожженного цинкового концентрата, химический и рациональный состав которого приведен в таблице 79. Растворитель – отработанный электролит, содержащий 130 г/л H2SO4.
Главными задачами выщелачивательного передела являются обеспечение наиболее полного перевода цинка в раствор, отделение раствора от остатка и очистка цинкового раствора от примесей. Все указанные задачи решают, стремясь обеспечить комплексное использование сырья.
Выщелачивание обожженного цинкового концентрата производят обычно отработанным электролитом, получаемым в результате электроосаждения цинка из очищенного раствора. Остаток от выщелачивания – цинковый кек – перерабатывают с целью доизвлечения из него ценных цветных металлов. В отечественной практике принято его вельцевание. В последние годы разработаны гидрометаллургические методы переработки цинковых кеков, получившие наименования в зависимости от способов очистки от железа: «ярозит-процесс» и «гетит-процесс». Гидрометаллургические методы переработки цинковых кеков, как более прогрессивные, получают все большее распространение в практике производства цинка.
При построении технологической схемы выщелачивания обожженного цинкового концентрата с использованием гидрометаллургического метода переработки цинковых кеков обычно основное выщелачивание проводят в одну стадию.
34.1 Расчет выхода и состава цинковых кеков
Расчет выхода и состава цинковых кеков ведем на 100 кг обожженного цинкового концентрата. Рациональный состав огарка приведен в таблице 79. Химический состав его следующий: 56,63% Zn, 1,67% Pb, 0,78% Сu, 0,49% Cd, 8,23% Fe, 2,8% SSO4, 0,3% Ss, 21,76% O2, 0,55% MgO, 1,11% CaO, 3,33% SiO2, 1,22% AI2O3 и 1,11% прочих.
По данным заводской практики, содержащаяся в огарке окись цинка (свободная и связанная с SiO2) взаимодействует с H2SO4 и переходит в ZnSO4 (99,7%). Сульфиды и ферриты металлов в слабой серной кислоте прн обычных условиях выщелачивания не растворяются и практически целиком переходят в цинковый кек. Можно принять для расчета, что весь свинец в процессе выщелачивания переходит в PbSO4. Допускаем, что СuО из огарка растворяется на 94%, CdO - на 95%. Поскольку выщелачивание цинкового огарка осуществляют в замкнутом цикле, то для расчета можно принять, что поступающие с огарком SiO2, AI2O3, CaSO4 практически полностью выводятся с кеками.
Основываясь на данных практики, принимаем следующий состав кеков: 4,5% ZnH2О (или 11,11% ZnSO4), 0,05% СuН2О (или 0,13% CuSO4), 0,03% СdН2О (или 0,06% CdSO4).
Содержание в кеках сульфатов металлов можно рассчитать, зная содержание металлов в растворе, выход и влажность кеков (точнее зная отношение масс раствора, захваченного кеком к сухому кеку). Содержание прочих в кеках 2,83% (эта цифра принимается предварительно по содержанию прочих в огарке и выходу кеков, который составляет обычно 25–40% от огарка).
Определяем количество ZnO. Переходит в кеки 100–99,7=0,3% ZnO, или 60,73•0,003=0,18 кг; цинка здесь содержится 48,79•0,0030,15 кг, кислорода 11,94•0,003=0,03 кг. Количество ZnS составляет 0,71 кг, в нем 0,48 кг Zn и 0,23 кг S. Количество ZnO•Fe2O3 составляет 15,59 кг; в нем 4,23 кг Zn, 7,22 кг Fe, 4,14 кг О2. Количество PbSO4 находим по содержанию свинца в огарке (1,67%): 303,2•1,67/207,2=2,45 кг; в нем 0,26 кг S и 0,52 кг О2. Количество CuО составляет 0,68•0,06=0,04 кг; в нем 0,03 кг Сu и 0,01 кг О2, Количество CuS, составляет 0,12 кг; в нем 0,08 кг Сu и 0,04 кг О2. Количество CuO•Fe2O3 составляет 0,29 кг; в нем 0,08 кг Сu, 0,13 кг Fe и 0,08 кг О2. Количество CdО составляет 0,33•0,05=0,0165 кг; в нем 0,0145 кг Cd и 0,0020 кг О2. Количество CdS составляет 0,05 кг; в нем 0,04 кг Cd и 0,01 кг S. Количество CdO•Fe2O3 составляет 0,10 кг; в нем 0,04 кг Cd, 0,04 кг Fe и 0,02 кг О2. Количество MgSO4 составляет 1,67 кг; в нем 0,55 кг MgO; 0,45 кг S и 0,67 кг О2. Количество CaSO4 составляет 2,70 кг; в нем 1,11 кг СаО; 0,64 кг S и 0,95 кг О2. Количество SiO2 составляет 3,33 кг, количество А12О3 1,22 кг.
Суммарное содержание ZnSO4 + CuSO4 + CdSO4 равно 11,1+0,13+0,06=11,30%. Сумма известных компонентов составляет 100–(11,3+2,83)=85,87%.
На основании полученных данных рассчитываем выход цинковых кеков:
(0,18+0,71+15,59+2,45+0,04+0,12+0,29+0,02+0,05+0,10+1,67+2,70+3,33+ 1,22)/0,8587=28,47/0,8587=33,15 кг из 100 кг выщелачиваемого огарка, или 33,15%.
Теперь определяем количество ZnSO4: 33,1•0,1111=3,68 кг, в нем содержатся 1,49 кг Zn, 0,73 кг S и 1,46 кг О2.
Количество CuSO4 в кеках составляет 33,15•0,0013=0,04 кг,-в нем 0,02 кг Сu, ~0,01 кг S и ~0,01 кг О2..
Количество CdSO4 равно 33,15•0,0006=0,02 кг,, в нем 0,012 кг Cd, 0,003 кг S и 0,006 кг О2.
Теперь уточняем количество прочих: 33,15–(28,47+3,68+0,04+0,02) 0,94 кг, что составляет (0,94/33,15)•100=2,84%.
Полученный в результате расчета состав цинкового кека приведен в таблице 83.
ТАБЛИЦА 83 Рациональный состав цинкового кека
Соединения |
SSO4 |
SS |
O2 |
Всего |
||||
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
|
ZnO |
– |
– |
– |
– |
0,03 |
0,09 |
0,18 |
0,54 |
ZnSO4 |
0,73 |
2,20 |
– |
– |
1,46 |
4,40 |
3,68 |
11,10 |
ZnS |
– |
– |
0,23 |
0,69 |
– |
– |
0,71 |
2,14 |
ZnO•Fe2O3 |
– |
– |
– |
– |
4,14 |
12,49 |
15,59 |
47,03 |
PbSO4 |
0,26 |
0,78 |
– |
– |
0,52 |
1,57 |
2,45 |
7,39 |
CdO |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,02 |
0,06 |
CuO |
– |
– |
– |
– |
0,01 |
0,03 |
0,04 |
0,12 |
CuS |
– |
– |
0,04 |
0,12 |
– |
– |
0,12 |
0,36 |
CuO•Fe2O3 |
– |
– |
– |
– |
0,08 |
0,25 |
0,29 |
0,88 |
CuSO4 |
0,01 |
0,03 |
– |
– |
0,02 |
0,06 |
0,04 |
0,12 |
CdSO4 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,02 |
0,06 |
CdS |
– |
– |
0,01 |
0,03 |
– |
– |
0,05 |
0,15 |
CdO•Fe2O3 |
– |
– |
– |
– |
0,02 |
0,06 |
0,10 |
0,30 |
MgSO4 |
0,45 |
1,36 |
– |
– |
0,67 |
2,02 |
1,67 |
5,04 |
CaSO4 |
0,64 |
1,93 |
– |
– |
0,95 |
2,86 |
2,70 |
8,14 |
SiO2 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
3,33 |
10,05 |
Al2O3 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
1,22 |
3,68 |
Прочие |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,94 |
2,84 |
Итого |
2,09 |
6,30 |
0,28 |
0,84 |
7,90 |
22,83 |
33,15 |
100,00 |
Сравнительно высокий выход кека от огарка (33,15%) объясняется высоким, содержанием в сырье железа и образованием большого количества нерастворимых в условиях обычного выщелачивания ферритов.
Общее содержание в кеках цинка составляет 19,16%, в том числе растворимого в кислоте 4,95%, из него растворимого в воде 4,5% (такого содержания достигают при хорошей организации отмывки).
В кеке содержится 5,04% Pd, 0,63% Сu, 0,33% Cd, 6,3% сульфатной серы, 0,84% сульфидной серы, 22,29% Fe.
Полученный состав кека близок к заводскому.