Расчет осаждения гетита
Требуется рассчитать осаждение гетита из растворов (после восстановления железа), состав которых дан ранее. Определить надо необходимое для нейтрализации гидролизной кислоты количество ZnO, выход железистого кека и содержание в нем железа. Осаждение железа в гетит можно описать суммарной реакцией
2FeSO4 + О2 + Н2О + 2ZnO = 2FeOOH + 2ZnSO4.
Расход ZnO для нейтрализации гидролизной кислоты равен 81,4•35,5/55,8=51,72 т/сут.
Количество осажденного гетита (его мольная масса 88,8) составляет 88,8•35,5/55,8=56,49 т/сут. Принимаем, что за счет нерастворимого остатка нейтрализатора и неотмытых сульфатов выход кека выше на 25% и, следовательно, составляет 56,49•1,25=70,61 т/сут. Содержание железа в кеке равно 35,5/70,61•100=50%.
37.4 РАСЧЕТ ВОССТАНОВЛЕНИЯ Fe3+ ДО Fe2+
Сульфидным цинковым концентратом
Необходимо рассчитать расход ZnS на восстановление Fe3+ до Fe2+ в растворах после выщелачивания цинковых кеков, состав которых определен ранее. Количество железа в растворах после выщелачивания кеков равно 35,5 т.
Количество трехвалентного железа, которое необходимо восстанавливать, 24,85 т/сут. Для упрощения расчета принимаем, что в восстановлении участвует только ZnS. Тогда, согласно реакции
Fe2(SO4)3 + ZnS = 2FeSO4 + ZnSO4 + S,
для восстановления 24,85 т Fe3+ требуется 97,3•24,85/111,6=21,67 т/сут ZnS.
Содержание ZnS в концентрате составляет 75,9% (см. таблицу 78). Количество сульфидного цинкового концентрата без избытка равно 21,67/0,759=28,55 т/сут.
При 30%-ном избытке сульфидной серы расход цинкового концентрата составит 28,55•1,30=37,12 т/сут. При выходе сульфидного остатка около 50% количество его составит 37,12•0,50=18,56 т/сут. Образующийся сульфидный остаток обычно содержит около 60% S и до 20% Zn.
Необходимое количество тепла (ккал/сут) для нагрева растворов определяется по формулам, приведенным в §4.2. Исходная температура электролита 350С. Нагрев производится до 950С. Подогрев обычно осуществляют при помощи змеевиков, погруженных в раствор. При этом будут происходить потери тепла (около 20%).
Список рекомендуемой литературы
1 Лоскутов Ф.М., Цейдлер А.А. Расчеты по металлургии тяжелых цветных металлов. М., Металлургиздат, 1963. 591 с. с ил.
2 Диомидовстй Д.А. Расчеты пиропроцессов и печей цветной металлургии. М., Металлургиздат, 1963. 459 с. с ил.
3 Диомидовский Д.А. Металлургические печи. М , «Металлургия», 1970. 701 с.
с ил.
4 Гудима Н.В., Щейн Я.П.- Краткий справочник по металлургии цветных металлов. М., «Металлургия», 1975. 541 с. с ил.
5 Севрюков Н.Н., Кузьмин Б.А., Челищев Е.В. Общая металлургия. М., «Металлургия», 1976. 567 с. с ил.
6 Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Кваша В.Б. Основы техники псевдоожижения. М., «Химия», 1967. 664 с. с ил.
7 Основы металлургии. Т. VII. М,, «Металлургия», 1975. 1008 с. с ил.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Выбор оптимальной плотности тока для электролитического рафинирования меди, методические указания
Во время выбора плотности тока для электролитического рафинирования меди следует учитывать большое число технологических факторов, их изменение с изменением плотности тока. Интервал возможных плотностей тока в настоящее время довольно широк: от 250 до 450 А/м2.
Плотность тока в 300–320 А/м2 может быть достигнута в благоприятных условиях (чистые аноды, опытный персонал, надежные средства контроля) в обычных условиях работы, т.е. на ящичных ваннах и стационарном постоянном токе. Более высокие Dк могут быть освоены с применением нестационарного (реверсивного) тока. Применение реверса, т.е. временное изменение направления тока на обратное, обеспечивает электрохимическое выравнивание концентраций меди и примесей у катода и анода, улучшает качество поверхности катодов, уменьшает скорость роста дендритов и число коротких замыканий и дает возможность работать при Dк=360 ÷ 380 А/м2.
Примерный режим реверсирования состоит из 15–20 сек периода подачи тока в основном рабочем направлении (осаждение меди) и короткого периода длительностью всего в 1 с подачи тока в обратном направлении.
Ниже приводятся основные данные о влиянии изменения Dк на технологические и некоторые экономические показатели электролиза, полученные в результате обработки отечественных и зарубежных материалов.
1. Расход сырья не зависит от плотности тока. Расход материалов, кроме добавок, тоже не зависит oт Dк. Количество затрачиваемой в цехе электролиза серной кислоты зависит в основном от чистоты анодов, например, от содержания в них никеля.
Расход добавок (желатина, клея и тиомочевины) зависит от DK следующим образом:
р=31+0,111•Dк;
здесь: р – расход желатина или тиомочевины, г/т;
DK – катодная плотность тока, А/м2.
Например, если DK=250 А/м2, то р=31+0,111•25=31+27,75=59 г/т. Следует подавать по 59 г желатина и тиомочевины на 1 т катодной меди.
2. Расход электроэнергии и пара сильно зависит от DK. Обычно всю затраченную на рафинирование электроэнергию распределяют на два вида: технологические и силовые затраты.
Расход технологической энергии растет с ростом DK. В виде уравнения зависимость выражается следующим образом:
Рт=45+1,2•Dк,
здесь Рт — расход технологической электроэнергии, кВт•ч/т;
DK – А/м2.
Расход силовой электроэнергии (Рс, кВт•ч/т), напротив, снижается с ростом DK (А/м2). Установлена следующая примерная зависимость:
РС=10+4000/DK.
Расход пара (Рп) с ростом DK снижается. Имеется следующая примерная зависимость расхода пара (т на 1 т Сu) от DK (А/м2)/Рп=110/DK.
3. Трудовые затраты дежурных по электролизу, циркуляции, крановщиков, насосчиков и катодчиков снижаются обратно пропорционально плотности тока. Но затраты труда шламовщиков и загрузчиков-выгрузчиков возрастают в прямой пропорции от DK (А/м2). В целом для цеха получена следующая зависимость:
т.з.=1+160/DK
здесь: т.з. – трудовые затраты, чел. •ч/т.
4. Цеховые затраты (ц.з.) и затраты на содержание оборудовання (с.о.) в одном из подробно изученных случаев зависели от DK следующим образом, руб/т:
ц.з.=1+300/DK,
с.о.=2,3+432/DK.
5. Потери серебра и золота существенно зависят от содержания их в анодах, расстояния между катодом и анодом и плотности тока. При высоком содержании в анодах золота и серебра расстояние катод – катод следует поддерживать на уровне 110 мм, при низких – около 95 мм.
В пределах изменения DK от 200 до 320 А/м2 в катодах теряется 9–12 г/т серебра и 0,2–0,3 г/т золота.
В виде уравнений предложены следующие зависимости, г/т:
Аu=0,07+0,00072•DK,
Ag=2,0+0,033•DK.
Обобщение отдельных связей на ЭВМ приводит к следующему уравнению для определения наиболее экономичной плотности тока:
Dэ
=Dф•
.
Здесь: Dэ – экономичная плотность тока;
Dф – фактическая плотность тока;
Т – зарплата с начислениями;
Ц – цеховые расходы;
С – содержание оборудования;
П – расход пара;
Э – расход электроэнергии технологической,
Аu и Ag – потери золота и серебра. При исходном (Аu1) и фактическом (Аu2) режимах,
Ен– нормативный коэффициент,
Кз – капитальные затраты,
Кн – затраты на формирование незавершенного производства,
Ку –затраты на усиление ошиновки и подстанции, необходимые в-связи с переходом на интенсивный режим.
Приведем пример расчета по этой формуле по материалам одного из отечественных предприятий. По отчету имеются следующие данные, руб/т:
Т=0,25; Ц=2,0; С=3,7; П=1,4; Э=4,40;
Аu2–Аu1=0,73–0,66; Ag2–Ag1=1–0,8; K3=36;
Кип=20; Ку=6; Ен=0,24; Dф=270.
Подставляем эти данные в общее уравнение:
Dэ=270•
.
Отсюда Dэ=270•1,60=432 А/м2.
В заключение отметим, что увеличение производительности цеха может быть достигнуто путем увеличения поверхности катодов за счет увеличения числа электродов в ванне (сближение одноименных электродов до 92–95 мм) или увеличения размеров катодов и анодов.
Последнее легче всего удается, если аноды содержат мало благородных металлов.
ПРИЛОЖЕНИЕ II
Основные данные по агломерации свинцовых концентратов
Показатели |
ЧСЗ (СССР) |
«Электроцинк» (СССР) |
«Порт-Пири» (Австралия) |
«Геркулениум» (США) |
«Бьюик» (США) |
«Эль-Пасо» ( США) |
Полезная площадь машины, м2 |
2,5х30 |
1,5х12 |
3х30 |
82,0 |
59,5 |
19,5 |
Число камер, шт |
16 |
6 |
9 |
13 |
12 |
- |
Содержание S в готовой шихте, % |
6,5-8 |
4,2-4,5 |
6,8 |
5,5-6,0 |
5,5-6,0 |
8-8,5 П; 4-5 О |
Количество оборота, % от массы шихты |
170 |
270 |
- |
100 |
80 |
- |
Влажность шихты, % |
5,5-6 |
- |
5-6 |
5-5,5 |
- |
6-8 |
Разрежение или давление воздуха, мм вод. ст. |
250 |
- |
- |
200-510 |
530 |
300 |
Высота слоя, мм |
300 |
200 |
260 |
350 |
280 |
127 П; 177 О |
Скорость ленты, м/мин |
1,25 |
0,8 |
1,1 |
0,8-1,1 |
0,8-0,9 |
1,8 П; 1,0 О |
Содержание в агломерате, %: |
|
|
|
|
|
|
SS |
2,2 |
2,0-2,5 |
1,5 |
1,2-1,6 |
1,1-1,4 |
1,1-1,4 |
Pb |
41-42 |
41-43 |
42-45 |
45-52 |
42-48 |
20-30 |
Удельная производительность, т/(м2•сут): |
|
|
|
|
|
|
по выжигу S |
1,3 |
- |
1,3-1,6 |
2,14 |
1,68 |
1,5 |
по готовому агломерату |
11,0
|
8,5
|
14-18
|
-
|
-
|
22,5 П; 26,2 О |
Содержание SO2 в богатых газах, т |
5,0-5,5 |
1,5-2,0 |
6-7 |
4,5-6,5 |
4,5-6,5 |
1,5-1,7 |
Примечание: 1 Заводы за исключением «Эль-Пасо» и «Электроцинк», используют машины с дутьем. На «Эль-Пасо» и «Электроцинке» - с прососом.
2 П – предварительный обжиг; О – окончательный обжиг.
ПРИЛОЖЕНИЕ III
Состав шлаков свинцовой шахтной плавки, %
Завод (страна) |
FeO |
SiO2 |
CaO |
ZnO |
S |
Pb |
«Электроцинк» (СССР) ЧСЗ (СССР) УКСЦК (СССР) «Порт-Пири» (Австралия) «Трейл» (Канада) «Геркулениум» (США) «Бьюик» (США) «Келлог» (США) «Эль-Пасо» (США) |
29-31 25-29 25-27 25,6 35,1 33,0 30,0 24-25 32-35 |
19-20 21-23 20-25 21,0 21,5 20,0 20,0 24-25 22,0 |
17-19 15-16 8-10 14,7 10,5 9,0 19,0 13-14 17-18 |
15-18 11-12 25-29 23,0 21,5 19,0 8,0 24-25 12-15 |
- 1,4-2,0 - 1,7 - 1,0 1,3 - - |
1-1,5 1-3 1-2 2,3 2,5 3,5 1,5-2,0 1-2 1,0 |
Примечание: кроме того, в шлаках содержится до, %: Al2O3 - 6; MgO – 5, Cu - 1.
ПРИЛОЖЕНИЕ IV
Состав чернового свинца шахтной плавки, %
Завод (страна) |
Pb |
Cu |
Sb |
As |
Sn |
Bi |
Ag, г/т |
S |
ЧСЗ (СССР) УКСЦК (СССР) «Электроцинк» (СССР) «Порт-Пири» (Австралия) «Трейл» (Канада) «Бункер Хилл» (США) «Ля Оройя» (Перу) «Сан-Гавино» (Италия) «Пшибрам» (ЧССР) |
92-94 90-92 95 - 98,3 - 95,5 97 90 |
2-2,5 3-3,5 1-1,5 1,0 - 2,1 0,6 0,5 0,9 |
0,3 1-2 1,0 0,5 1,00 1,80 2,90 0,3 5-6 |
0,8 1-1,5 0,5 0,20 0,30 0,50 0,52 0,80 0,60 |
- - - - - 0,01 0,04 - - |
0,2 ~0,1 ~0,2 0,003 0,06 0,02 - - - |
- - ~1000 1460 - ~5000 3000 800 6000 |
0,2 - 0,4 0,25 - - - - - |
ПРИЛОЖЕНИЕ V
Основные данные о шахтной свинцовой плавке
Показатели |
ЧСЗ* (СССР) |
«Электроцинк» (СССР) |
«Порт-Пири» (Австралия) |
«Трейл» (Канада) |
«Геркулениум» (США) |
«Бьюик» (США) |
«Бункер-Хилл» (США) |
«Эль-Пасо» (США) |
Тип печи ** |
А |
Б |
Б |
А |
Б |
Б |
А |
А |
Длина, м |
5,75 |
5,53 |
7,77 |
6,86 |
8,54 |
6,4 |
6,4 |
5,5 |
Ширина в области фурм, м: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Низ |
1,6 |
1,3 |
1,52 |
1,66 |
1,52 |
1,52 |
1,83 |
1,68 |
Верх |
– |
2,6 |
2,99 |
– |
– |
– |
– |
– |
Площадь сечения в области фурм, м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Верх |
9,2 |
13,0 |
23,3 |
11,5 |
– |
– |
11,7 |
9,25 |
Низ |
– |
7,0 |
11,7 |
– |
13,1 |
9,75 |
– |
– |
Число фурм, шт: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Верхние |
– |
17 |
40 |
– |
– |
– |
– |
– |
Нижние |
28 |
33 |
30 |
76 |
44 |
28 |
57 |
32 |
Диаметр фурм, мм |
100 |
100 |
76 |
38 |
102 |
100 |
58 |
100 |
Высота насыпи, м |
4,5–5,0 |
5,5 |
6,4 |
– |
5,3 |
5,45 |
5,25 |
4,9 |
Давление воздуха, мм вод. ст. |
2400 |
1500-1800 |
1400-1600 |
2400 |
1760 |
1450-2100 |
1650-1850 |
1550–1750 |
Расход воздуха: |
|
|
|
|
|
|
|
|
м3/мин |
– |
230 |
– |
280 |
300 |
285-310 |
395 |
280 |
м3/(м2•мин) |
31,0 |
34,0 |
14,5-22,2*** |
23,3 |
21,4*** |
14,9*** |
31,7 |
28,2 |
Расход кокса, % от шихты |
15–17 |
12,5 |
11,0 |
10,0 |
10,2 |
9–10 |
8,8–10 |
9,0 |
Скорость сгорания кокса, т/(м2•сут) |
6,5 |
4,8 |
– |
5,9 |
5,95 |
2,9*** |
6,7 |
4,8 |
Содержание агломерата в шихте, % |
90 |
95 |
– |
85 |
100 |
100 |
100 |
100 |
Удельный проплав шихты, т/(м2•сут) |
41–50 |
47 |
60 |
– |
65,0 |
65,0 |
85,0 |
60,0 |
Температура отходящих газов, 0С |
500–700 |
150–200 |
– |
300-500 |
– |
– |
– |
– |
* - На воздушном дутье. Сейчас завод использует обогащенное кислородом и подогретое дутье.
** - Тип печи: А- с прямым кессоном; Б-переменного сечения. *** - В расчете на площадь печи верхнего ряда фурм.