Конрольная робота
з дисципліни: «Металургія важких металів»
на тему: «Попередній випал
цинкових концентратів для дистиляційного процесу »
Виконав: студент гр
Челябінськ
2009
На цинковій дистилляционной заводі підлягають попередньому випалу концентрат такого складу (у мас.%):
Таблиця 1. Хімічний склад концентрату
Zn
Pb
Cu
Fe
S
Cd
SiO 2
CaO
MgO
Інші
52, 5
2,5
1,7
5,8
31,9
0,5
2,1
0,6
0,9
1,5
Потрібно розрахувати:
1. Раціональний склад сирого (необпаленої) концентрату;
2. Кількість обпаленої цинкового концентрату, а також його хімічний і раціональний склад;
3. Кількість повітря, необхідного для попереднього випалу концентрату до порошку;
4. Кількість і склад випалювальних газів;
5. Матеріальний баланс випалу;
6. Тепловий баланс випалу.
Підрахуємо раціональний склад сирого концентрату, вважаючи, що метали в ньому перебувають у вигляді наступних сполук: Zn у вигляді ZnS; Pb - PbS; Cu - CuFeS 2; Cd - CdS; Fe - FeS 2 і Fe 7 S 8; CaO - CaCO третій Mg - MgCO 3. Розрахунок ведемо на 100 кг концентрату.
Кількість рідкого мінералу за елементами, що входять до цього мінерал, розраховують за співвідношенням атомних мас. Наведемо приклади розрахунків.
Кількість ZnS (сфалерит) на 100 кг концентрату:
65,4 кг Zn вимагають 32 кг S (за молекулярною масам)
52,5 кг Zn - x кг S;
xs = (52,5 • 32) / 65,4 = 25,69 кг, mZnS = 78,19 кг.
Кількість PbS (галеніт) на 100 кг концентрату:
207,2 кг Pb вимагають 32 кг S
2,5 кг Pb - x кг S;
xS = (2,5 • 32) / 207,2 = 0,39 кг, mPbS = 2,89 кг.
Кількість CuFeS 2 (халькопірит) на 100 кг концентрату:
183,4 кг CuFeS 2 містять 63,6 кг Cu
x кг CuFeS 2 - 1,7 кг Cu;
xCuFeS 2 = (183,4 • 1,7) / 63,6 = 4,9 кг.
У халькопірит міститься сірки:
183,4 кг CuFeS 2 містять 64 кг S
4,9 кг CuFeS 2 - x кг S;
xS = (4,9 • 64) / 183,4 = 1,71 кг.
У CdS міститься сірки:
116,36 кг CdS містять 32 кг S
0,5 кг Cd містять x кг S;
xS = (32 • 0,5) / 116,36 = 0,14 кг.
Кількість заліза в халькопірит:
183,4 кг CuFeS 2 містять 55,8 кг Fe
4,9 кг CuFeS 2 - x кг Fe;
xFe = (4,9 • 55,8) / 183,4 = 1,49 кг.
Згідно розрахунку потрібне сірки для утворення, кг:
ZnS -25,69;
PbS -0,39;
CuFeS два -1,71;
CdS -0,14
Разом: 27,93.
Інша частина сірки в кількості 31,9-27,93 = 3,97 кг будуть пов'язана із залізом у вигляді FeS 2 (пірит) і Fe 7 S 8 (піротин). Для цих сполук залишилося заліза 5,8-1,49 = 4,31 кг.
Приймемо, що з піритом пов'язано «а» кг заліза, тоді з пірротіном (4,31-а) кг заліза. Якщо кількість сірки в піриті «b» кг, то в піротину (3,97 - b) кг сірки. Складаємо два наступні рівняння:
для піриту:
55,8 кг Fe вимагають 64 кг S
а кг Fe - b кг S;
x = b = (64 • a) / 55,8 = 1,147 a
для піротину:
(55,8 • 7) кг Fe вимагають (32 • 8) кг S
(4,31-а) кг Fe - (3,97 - b) кг S.
Звідси, (3,97-1,147 а) = (4,31-а) • 0,655;
а = 2,33 кг;
b = 2,67 кг.
Кількість FeS 2 = 2,33 +2,67 = 5 кг;
Кількість Fe 7 S 8 = (4,31-2,33) + (3,97-2,67) = 3,28 кг.
Кількість CaCO 3:
56,1 кг CaO вимагають 44,0 кг CO
0,6 кг CaO - x кг CO;
x СО 2 = (0,6 • 44) / 56,1 = 0,47 кг,
m З aCO 3 = 0,6 +0,47 = 1,07 кг.
Кількість MgCO 3:
40,3 кг MgO вимагають 44,0 кг CO 2
0,9 кг MgO - x кг CO;
xCO 2 = (0,9 • 44) / 40,3 = 0,98 кг,
mMgCO 3 = 0,9 +0,98 = 1,88 кг.
Дані щодо раціонального складу сирого концентрату наведені в табл.2.
Таблиця 2.
Раціональний склад сирого цинкового концентрату,%
З'єднання
Zn
Pb
Cu
Cd
Fe
S
CaO
MgO
CO2
SiO2
Інші
Всього
ZnS
52,5
25,69
78,19
PbS
2,5
0,39
2,89
CuFeS 2
1,7
1,49
1,71
4,90
CdS
0,5
0,1 4
0,6 4
FeS 2
2,3 3
2, 6 7
5,00
Fe 7 S 8
1,9 8
1, 3 0
3, 2 8
CaCO 3
0,6
0,47
1,07
MgCO 3
0,9
0,98
1,88
SiO 2
2,1
2,10
Інші (по
різниці)
0,05
0,05
Разом:
52,5
2,5
1,7
0,5
5,8
31,90
0,6
0,9
1,45
2,1
0,05
100
Підрахуємо раціональний склад недогарка. Приймаємо, що концентрат обпалюють у вигляді порошку у печі з механічним перегребаніем, а потім на спекательном машині. У попередньо обпаленому концентраті залишаємо 7,9% загальної сірки, причому 0,9% знаходиться у вигляді SSO 3 та 7,0% у вигляді SS. У концентраті найбільш важко обпалюючий сульфід ZnS, тому допустимо, що вся сульфідна сірка будуть пов'язана в огарки тільки з цинком. Сульфатну сірку розподіляємо таким чином: половину свинцю, оксиду кальцію і оксиду магнію пов'язуємо в сульфатну форму, а решту сірку пов'язуємо з цинком у ZnSO 4.
Приймаємо, що всі карбонати, присутні в концентраті, при випалюванні дисоціюють повністю; залізо окислюється наполовину до Fe 2 O 3 та наполовину до Fe 3 O 4; вся мідь окислитися до Cu 2 O та весь кадмій-до CdO.
Приймаємо, що полуобожженного концентрату буде отримано 87% від сирого. Тоді в огарки буде міститися 0,783 кг SSO 3 та 6,09 кг SS.
Результати підрахунків раціонального та хімічного складів полуобожженного концентрату представлені в табл.3.
Кількість ZnS:
65,4 кг Zn вимагає 32 кг S S
x кг Zn - 6,09 кг S S
x Zn = (65,4 • 6,09) / 32 = 12,45 кг,
m ZnS = 12,45 + 6,09 = 18,54 кг.
Кількість PbO:
207,2 кг Pb вимагає 16 кг O 2
1,25 кг Pb - x кг O 2
x O 2 = (1,25 • 16) / 207,2 = 0,097 кг,
m PbO = 1,25 + 0,097 = 1,347 кг.
Кількість Cu 2 O:
127,2 кг Cu вимагає 16 кг O 2
1,7 кг Cu - x кг O 2
x O 2 = (16 • 1,7) / 127,2 = 0,2 кг,
m Cu 2 O = 1,7 + 0,2 = 1,9 кг.
Кількість Fe 2 O 3:
111,6 кг Fe вимагає 48 кг O 2
2,9 кг Fe - x кг O 2
x O 2 = (2,9 • 48) / 111,6 = 1,25 кг,
m Fe 2 O 3 = 1,25 + 2,9 = 4,15 кг.
Кількість Fe 3 O 4:
167,4 кг Fe вимагає 64 кг O 2
2,9 кг Fe - x кг O 2
x O 2 = (2,9 • 64) / 167,4 = 1,11 кг,
m Fe 3 O 4 = 1,11 + 2,9 = 4,01 кг.
Кількість CdO:
112,4 кг Cd вимагає 16 кг O 2
0,5 кг Cd - x кг O 2
x O 2 = (0,5 • 16) / 112,4 = 0,07 кг,
m CdO = 0,5 + 0,07 = 0,57 кг.
Кількість PbSO 4:
303,2 кг PbSO 4 містять 207,2 кг Pb
x кг PbSO 4 - 1,25 кг Pb
x PbSO 4 = (303,2 • 1,25) / 207,2 = 1,83 кг.
У PbSO 4 міститься сірки:
303,2 кг PbSO 4 містять 32 кг S S 03
1,83 кг PbSO 4 - x кг S S 03
x SO 3 = (1,83 • 32) / 303,2 = 0,19 кг.
У PbSO 4 міститься кисню:
303,2 кг PbSO 4 містять 64 кг O 2
1,83 кг PbSO 4 - x кг O 2
x O 2 = (1,83 • 64) / 303,2 = 0,39 кг.
Кількість CaSO 4:
136,1 кг CaSO 4 містять 57,1 кг CaO
x кг CaSO 4 - 0,3 кг CaO
x CaSO 4 = (136,1 • 0,3) / 57,1 = 0,72 кг.
У CaSO 4 міститься сірки:
136,1 кг CaSO 4 містять 32 кг S S 03
0,72 кг CaSO 4 - x кг S S 03
x SO 3 = (0,72 • 32) / 136,1 = 0,17 кг.
У CaSO 4 міститься кисню:
136,1 кг CaSO 4 містять 48 кг O 2
0,72 кг CaSO 4 - x кг O 2
x O 2 = (0,72 • 48) / 136,1 = 0,25 кг.
Кількість MgSO 4:
120,3 кг MgSO 4 містять 40,3 кг MgO
x кг MgSO 4 - 0,45 кг MgO
x MgSO 4 = (120,3 • 0,45) / 40,3 = 1,34 кг.
У MgSO 4 міститься сірки:
120,3 кг MgSO 4 містять 32 кг S S 03
1,34 кг MgSO 4 - x кг S S 03
x SO 3 = (1,34 • 32) / 120,3 = 0,356 кг.
У MgSO 4 міститься кисню:
120,3 кг MgSO 4 містять 48 кг O 2
1,34 кг MgSO 4 - x кг O 2
x O 2 = (1,34 • 48) / 120,3 = 0,53 кг.
Кількість ZnSO 4:
161,4 кг ZnSO 4 містять 32 кг S S 03
x кг ZnSO 4 - 0,067 кг S S 03
x ZnSO 4 = (161,4 • 0,067) / 32 = 0,34 кг.
У ZnSO 4 міститься цинку:
161,4 кг ZnSO 4 містять 65,4 кг Zn
0,34 кг ZnSO 4 - x кг Zn
x Zn = (65,4 • 0,34) / 161,4 = 0,14 кг.
У ZnSO 4 міститься кисню:
161,4 кг ZnSO 4 містять 64 кг O 2
0,34 кг ZnSO 4 - x кг O 2
x O 2 = (64 • 0,34) / 161,4 = 0,13 кг.
Zn ZnO = 52,5-12,45-0,13 = 39,92 кг.
Кількість ZnO:
65,4 кг Zn вимагає 16 кг O 2
39,92 кг Zn - x кг O 2
x O 2 = (39,92 • 16) / 65,4 = 9,77 кг,
m ZnO = 39,92 + 9,77 = 49,69 кг.
Таблиця 3.
Раціональний склад полуобожженного концентрату,%
Сполуче- нання | Zn | Pb | Cu | Cd | Fe | SS | SSO3 | CaO | MgO | SiO2 | O2 | ||
кг | % | ||||||||||||
ZnO | 39,92 | 9,77 | 49,69 | 56,94 | |||||||||
ZnSO 4 | 0,14 | 0,067 | 0,13 | 0,337 | 0,37 | ||||||||
ZnS | 12,45 | 6,09 | 18,54 | 21,24 | |||||||||
PbO | 1,25 | 0,097 | 1,347 | 1,54 | |||||||||
PbSO 4 | 1,25 | 0,19 | 0,39 | 1,83 | 2,10 | ||||||||
CaO | 0,3 | 0,3 | 0,34 | ||||||||||
CaSO 4 | 0,17 | 0,3 | 0,25 | 0,72 | 0,83 | ||||||||
MgO | 0,45 | 0,45 | 0,52 | ||||||||||
MgSO 4 | 0,356 | 0,45 | 0,53 | 1,336 | 1,53 | ||||||||
Fe 2 O 3 | 2,90 | 1,25 | 4,15 | 4,76 | |||||||||
Fe 3 O 4 | 2,90 | 1,11 | 4,01 | 4,59 | |||||||||
Cu 2 O | 1,70 |