Мое ДЗ по меди

1. Рассчитать рациональный состав медного концентрата следующего состава: Cu – 14%, Fe – 24%, Zn- 1,7%, S – 30%, SiO₂ – 15%, Al₂O₃ – 1%, CaO – 3%, MgO – 1%.

В руде содержатся следующие минералы: ковеллин (CuS), халькозин (Cu₂S), халькопирит (CuFeS₂), сфалерит (ZnS), пирит (FeS₂), известняк( CaCO₃), магнезит (MgCO₃). В форме халькопирита находится 65,4% меди, остальная медь распределена между CuS и Cu₂S.

Прочие, в том числе СО₂: 10,3%.

Расчет ведем на 100 кг руды.

(ZnS):

(CaCO₃):

(MgCO₃):

Прочие: 10,3-2,35-1,1=6,85 кг.

(CuFeS₂):

Масса Сu в халькопирите 14*0,654= 9,16 кг

(CuS):

Масса Cu в CuS: 14*0,173=2,4 кг.

(Cu₂S):

Масса Cu в Cu₂S: 14*0,173=2,4 кг.

(FeS₂):

	Cu	Zn	Fe	S	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	CO2	Проч.	Всего
CuFeS2	9,16		8,04	9,2							26,4
CuS	2,4			1,2							3,6
Cu2S	2,4			0,6							3
ZnS		1,7		0,8							2,5
FeS2			15,96	18,2							34,16
CaCO3							3		2,35		5,35
Al2O3						1					1
MgCO3								1	1,1		2,1
SiO2					15						15
Проч.										6,85	6,85
Всего	14	1,7	24	30	15	1	3	1	3,45	6,85	100

2. Рассчитать количества и составы штейна и шлака (на 100 кг сухой массы концентрата) и потребное количество флюсов при плавке медной руды и конвертерного шлака заданных составов в руднотермической печи при следующих данных:

- расход конвертерного шлака – 30 кг на 100 кг сухого концентрата; - состав конвертерного шлака,%: Cu – 4, Fe – 52, SiO₂ – 21, CaO – 0,5, Zn – 1,5, концентрация магнетита(Fe₃O₄) в конв.шлаке равна 30%;

- извлечение штейн: меди из концентрата – 99,2%, меди из конвертерного шлака – 85%, цинка из общей загрузки – 15%;

- извлечение в шлак: цинка-20%;

- степень десульфуризации при плавке рассчитать из рационального состава; - содержание в отвальном шлаке SiO₂ – 43%, CaO – 18%; - все железо в шлаке связано с FeO; - химический состав флюсов: кварца: SiO₂ – 90%,MgO– 4%, Al₂O₃ – 2% известняка: CaO – 51%, SiO₂ – 3%, Al₂O₃ – 0,6%.

Рассчитаем полный химический состав (Cu₂O, FeO, ZnO, Проч.)

Cu₂O:

М(Сu₂O) =

Кислорода в Cu₂O: 4,5-4=0,5 %

ZnO:

М(ZnO) =

Кислорода в ZnO: 1,87-1,5=0,37 %

FeO:

%Fe (Fe₃O₄)=

%O ( Fe₃O₄)=30-21,7=8,3%

%Fe (FeO)=52-21,7=30,3%

%FeO=

%O (FeO)=38,98-30,3=8,68%

∑(О)=0,5+0,37+8,3+8,68=17,85%

Проч.: 100-(4,5+1,87+38,98+30+21+0,5)=3,15%

	%
Cu2O	4,5
ZnO	1,87
FeO	38,98
Fe3O4	30
SiO2	21
CaO	0,5
Прочие	3,15
Сумма	100

С учетом пересчета на 30 кг:

	кг	%
Cu	4	1,2
Fe	52	15,6
Zn	1,5	0,45
SiO2	21	6,3
CaO	0,5	0,15
O	17,85	5,355
Проч.	3,15	0,945
Всего	100	30

3. Расчет степени десульфуризации по рациональному составу.

2CuFeS₂→Cu₂S+2FeS+1/2S₂ ; х=2,296 кг.

2CuS→Cu₂S+1/2S₂; х=0,6 кг.

FeS₂→FeS+1/2S₂; х=9,11 кг.

∑S=2,296+0,6+9,11=12 кг.

D=(30-18)/10=40%.

Данная степень десульфуризации мала, поэтому принимаем решением считать D=45%

4. Расчет состава штейна по степени десульфуризации.

Концентрат: D=45%

C – 14% ξ_Cu=99,2%

Zn – 1,7%

Fe – 24% ξ_Cu=85%

S – 30%

SiO₂ – 15%

Ak₂O₃ – 1% ξ_Zn=15%

CaO – 3%

MgO – 1%

Проч.+СО₂ – 10,3%

CO₂: CaO CO₂ MgO CO₂

56,1 - 44 40,31 - 44

3% - x 1% - x

x=2,35% x= 1,1%

∑CO₂= 2,35+1,1=3,45%

Прочие: 10,3-3,45=6,85% (кг в концентрате)

D=45% => %S в штейне = 55 %

30*0,55=16,5 кг S.

Согласно правилу Мостовича содержание серы в штейне должно составлять 25%, поэтому:

16,5 кг – 25%

Х – 100%

Х=66 кг - масса штейна

Сu: 14*0,992 = 13,89 кг в концентрате

1,2*0,85 = 1,02 кг в конв. шлаке

∑Cu = 13,89+1,02 = 14,91 кг в штейне.

14,91 – Х

66 – 100%

Х=22,59% Сu

Zn: 2,15*0,15 = 0,3225 кг

Х= (0,3225*100)/66=0,49%

[О] = 6,4 – 0,08*[Cu]=6,4 – 0,08*22,59=4,59%

Х=(4,59*66)/100=3 кг.

Содержание прочих в штейне колеблется от 1 до 1,5%. Примем для нашего случая 1,5 %.

66*0,015 = 0,99 кг.

Fe рассчитываем по разности:

100 – (%Cu+%S+%Zn+%O+%Проч.) = 100 – (22,59+25+0,49+4,59+1,5)=45,8%

Х=(66*45,8)/100=30,25 кг. Fe в штейне.

	кг	%
Cu	14,91	22,59
Fe	30,25	45,8
Zn	0,3225	0,49
S	16,5	25
O	3	4,59
Проч.	0,99	1,5
Всего	66	100

5. Расчет шлака

Требование: Кварц Известняк

SiO₂ - 43% SiO₂ – 90% CaO – 51%

CaO - 18% MgO - 4% SiO₂ – 3%

ξ_Zn =20% Al₂O_{3 –} 2% Al₂O₃ – 0,6%

Рассчитаем самоплавкий шлак (без добавления флюсов):

SiO₂ – 21,3 кг Fe(FeO): 39,6 – 30,25=9,35 кг в шлак.

Al₂O₃ – 1 кг FeO: Х=(71,85*9,35)/55,85=12 кг.

CaO – 3,15 кг ZnO: 2,15*0,2=0,43 кг Zn

MgO – 1 кг Х=(0,43*81,4)/65,4=0,535 кг ZnO

Для дальнейшего расчета требуется знать, сколько кислорода содержится в шлаке (FeO, ZnO)

m(FeO)+m(ZnO)-m(Fe)-m(Zn)=12+0,535-9,35-0,43=2,8 кг О.

Прочие: G_проч - G_проч = 6,85+0,945-0,99=6,8 кг.

Cu: 15,2-14,91=0,29 кг.

	кг	%
SiO2	21,3	46,18
Fe	9,35	20,27
Zn	0,43	0,93
CaO	3,15	6,83
O	2,8	6,07
Cu	0,29	0,63
Al2O3	1	2,17
MgO	1	2,17
Проч.	6,8	14,74
Всего	46,12	100

Значения SiO₂ и CaO не соответствуют требуемому содержанию.

Добавим флюсы и снова рассчитаем состав шлака

Кварц – х кг.

Известняк – y кг.

G_шл=G_{шл.самоплав}+ х+ y(1 - %СО₂/100)

%СО₂: 56,1 – 44

51% - х

х=40 %

G_шл=46,12+х+0,6y

По SiO₂: 21,3 + 0,9*x + 0,03*y = 0,43*(46,12 + x+ y*0,6)

По CaO: 3,15 + 0,51*y = 0,18*(46,12 + x+ y*0,6)

0=11,98-0,82y

y=14,6 кг(известняка); х=3,95 кг(кварца)

SiO₂: 21,3+0,9*3,95+0,03*14,6=25,3 кг.

CaO: 3,15+0,51*14,6=10,6 кг.

Al₂O₃: 1+0,02*3,95+0,006*14,6=1,17 кг.

MgO: 1+0,04*3,95=1,16 кг.

Прочие:6,8+0,04*3,95+0,054*14,6=7,75 кг

Состав шлака с учетом флюсов:

	кг	%
SiO2	25,3	43
Fe	9,35	15,89
Zn	0,43	0,73
CaO	10,6	18
Cu	0,29	0,49
O	2,8	4,76
Al2O3	1,17	1,99
MgO	1,16	1,97
Прочие	7,75	13,17
Всего	58,85	100

6. Рассчитать состав технологических и отходящих газов при плавке, если:

- подсосы воздуха в печь составляют 400% от объема технологических газов; - влажность концентрата – 2%, флюсов – 1,5%; - сера в газах присутствует в виде SO₂

6.1. Расчет состава технологических газов.

О: Штейн - 3 кг

Шлак – 2,8 кг

Сера: (по S): 30-16,5=13,5 кг.

(SO₂): (13,5*32)/32=13,5 кг O₂

∑O=3+2,8+13,5=19,3 кг.

19,3-5,355=13,9 кг О₂

23 – 77

13,9 – х

Х=46,5 кг N₂

Технологические газы: SO₂, CO₂

SO₂: 13,5*2=27 кг.

(27*22,4)/64=9,45 м³

CO₂: 3,45+14,6*0,4=9,29 кг.

(9,29*22,4)/44=4,73 м³

	кг	м3	%об.
SO2	27	9,45	66,6
CO2	9,29	4,73	33,4
Всего	36,29	14,18	100

6.2. Расчет состава технологических газов с учетом влажности и подсосов воздуха.

W_к-т – 2% V_п=400% от 14,18 м³

W_фл – 1,5%

Zn: 100-20-15=65%

H₂O: 100 – x x=2,04 кг H₂O

98% - 2%

m_к-та=102,04 кг.

Флюсы: 1) Кварц: 3,95 – х х= 0,06 кг

98,5 – 1,5

m_кв= 4,01 кг.

2) Известь: 14,6 – х х= 0,22 кг

98,5 – 1,5

m_изв=14,82 кг.

∑ H₂O = 2,04+0,06+0,22= 2,32 кг

(2,32*22,4)/18=2,89 м³

V_п= 4*14,18=56,72 м³

O₂: 56,72*0,21=11,9 м³; (11,9*32)/22,4=17,016 кг

N_2: 56,72*0,79=44,8 м³; (44,8*28)/22,4=56,011 кг

G_п= 17,016+56,011=73,027 кг – масса подсосов воздуха.

Газы:

Zn: 2,15*0,65=1,4 кг; (1,4*22,4)/65,4=0,48 м³

O₂: 17,016 кг.

N₂: 56,011 кг.

	кг	м3	%об.
SO2	27	9,45	12,73
O2	17,016	11,9	16,03
CO2	9,29	4,73	6,37
N2	56,011	44,8	60,34
Zn	1,4	0,48	0,65
H2O	2,32	2,89	3,89
Всего	113,037	74,25	100

Материальный баланс процесса электроплавки:

Материал	Количество	Cu	Fe	S	SiO2	CaO	O2	N2	H2O	CO2	Zn	Al2O3	MgO	Проч.
поступило
Концентрат	102,04	14	24	30	15	3			2,04	3,45	1,7	1	1	6,85
Кварц	4,0218				3,56	0,0118			0,06			0,079	0,158	0,153
Известняк	14,82				0,438	7,446			0,22	5,84		0,088		0,788
Конв. шлак	30	1,2	15,6		6,3	0,15	5,355				0,45			0,945
Воздух	60,4						13,9	46,5
Подсосы	73,027						17,016	56,011
ВСЕГО	284,3088	15,2	39,6	30	25,298	10,6078	36,271	102,511	2,32	9,29	2,15	1,167	1,158	8,736
получено
Штейн	65,9725	14,91	30,25	16,5			3				0,3225			0,99
Шлак	58,85	0,29	9,35		25,3	10,6	2,8				0,43	1,17	1,16	7,75
Газы	159,55			13,5			30,54	102,5	2,32	9,29	1,4
ВСЕГО	284,3725	15,2	39,6	30	25,3	10,6	36,54	102,5	2,32	9,29	2,1525	1,17	1,16	8,74