Конрольная работа
по дисциплине: «Металлургия тяжелых металлов»
на тему: «Предварительный обжиг
цинковых концентратов для дистилляционного процесса»
Выполнил: студент гр
Челябинск
2009 год
На цинковом дистилляционном заводе подвергают предварительному обжигу концентрат такого состава (в мас.%):
Таблица 1. Химический состав концентрата
| Zn | Pb | Cu | Fe | S | Cd | SiO2 | CaO | MgO | Прочие |
| 52,5 | 2,5 | 1,7 | 5,8 | 31,9 | 0,5 | 2,1 | 0,6 | 0,9 | 1,5 |
Требуется рассчитать:
1. Рациональный состав сырого (необожжённого) концентрата;
2. Количество обожжённого цинкового концентрата, а также его химический и рациональный состав;
3. Количество воздуха, необходимого для предварительного обжига концентрата до порошка;
4. Количество и состав обжиговых газов;
5. Материальный баланс обжига;
6. Тепловой баланс обжига.
Подсчитаем рациональный состав сырого концентрата, полагая, что металлы в нём находятся в виде следующих соединений: Zn в виде ZnS; Pb-PbS; Cu-CuFeS2; Cd-CdS; Fe-FeS2 и Fe7S8 ;CaO-CaCO3и Mg-MgCO3. Расчёт ведём на 100 кг концентрата.
Количество жидкого минерала по элементам, входящим в этот минерал, рассчитывают по соотношениям атомных масс. Приведём примеры расчетов.
Количество ZnS (сфалерит) на 100 кг концентрата:
65,4 кгZn требуют 32 кг S (по молекулярным массам)
52,5 кг Zn- xкг S;
xs=(52,5•32)/65,4=25,69 кг, mZnS=78,19 кг.
Количество PbS (галенит) на 100 кг концентрата:
207,2 кгPb требуют 32 кг S
2,5 кг Pb- xкг S;
xS=(2,5•32)/207,2=0,39 кг, mPbS=2,89 кг.
Количество CuFeS2 (халькопирит) на 100 кг концентрата:
183,4 кгCuFeS2 содержат 63,6 кг Cu
xкг CuFeS2 - 1,7 кг Cu;
xCuFeS2=(183,4•1,7)/63,6=4,9 кг.
В халькопирите содержится серы:
183,4 кгCuFeS2 содержат 64 кг S
4,9 кг CuFeS2 - xкг S;
xS=(4,9•64)/183,4=1,71 кг.
В CdS содержится серы:
116,36 кгCdS содержат 32 кг S
0,5 кгCd содержат x кг S;
xS=(32•0,5)/116,36=0,14 кг.
Количество железа в халькопирите:
183,4 кгCuFeS2 содержат 55,8 кг Fe
4,9 кг CuFeS2 - xкг Fe;
xFe=(4,9•55,8)/183,4=1,49 кг.
Согласно расчёту требуется серы для образования, кг:
ZnS-25,69;
PbS-0,39;
CuFeS2-1,71;
CdS-0,14
Итого: 27,93.
Остальная часть серы в количестве 31,9-27,93=3,97 кг будут связана с железом в виде FeS2 (пирит) и Fe7S8 (пирротин). Для этих соединений осталось железа 5,8-1,49=4,31 кг.
Примем, что с пиритом связано «а» кг железа, тогда с пирротином (4,31-а) кг железа. Если количество серы в пирите «b» кг, то в пирротине (3,97-b) кг серы. Составляем два следующих уравнения:
для пирита:
55,8 кгFe требуют 64 кг S
акг Fe - b кг S;
x =b=(64•a)/55,8=1,147a
для пирротина:
(55,8•7) кг Fe требуют (32•8) кг S
(4,31-а) кг Fe- (3,97-b) кг S.
Отсюда, (3,97-1,147а)=(4,31-а)•0,655;
а=2,33 кг;
b=2,67 кг.
Количество FeS2=2,33+2,67=5 кг;
Количество Fe7S8=(4,31-2,33)+(3,97-2,67)=3,28 кг.
Количество CaCO3:
56,1 кгCaO требуют 44,0 кг CO
0,6 кг CaO- xкг CO;
xСО2=(0,6•44)/56,1=0,47 кг,
mСaCO3=0,6+0,47=1,07 кг.
Количество MgCO3:
40,3 кгMgO требуют 44,0 кг CO2
0,9 кг MgO- xкг CO;
xCO2=(0,9•44)/40,3=0,98 кг,
mMgCO3=0,9+0,98=1,88 кг.
Данные по рациональному составу сырого концентрата приведены в табл.2.
Таблица 2.
Рациональный состав сырого цинкового концентрата, %
| Соединение | Zn | Pb | Cu | Cd | Fe | S | CaO | MgO | CO2 | SiO2 | Прочие | Всего |
| ZnS | 52,5 | 25,69 | 78,19 | |||||||||
| PbS | 2,5 | 0,39 | 2,89 | |||||||||
| CuFeS2 | 1,7 | 1,49 | 1,71 | 4,90 | ||||||||
| CdS | 0,5 | 0,14 | 0,64 | |||||||||
| FeS2 | 2,33 | 2,67 | 5,00 | |||||||||
| Fe7S8 | 1,98 | 1,30 | 3,28 | |||||||||
| CaCO3 | 0,6 | 0,47 | 1,07 | |||||||||
| MgCO3 | 0,9 | 0,98 | 1,88 | |||||||||
| SiO2 | 2,1 | 2,10 | ||||||||||
| Прочие (поразности) | 0,05 | 0,05 | ||||||||||
| Итого: | 52,5 | 2,5 | 1,7 | 0,5 | 5,8 | 31,90 | 0,6 | 0,9 | 1,45 | 2,1 | 0,05 | 100 |
Подсчитаем рациональный состав огарка. Принимаем, что концентрат обжигают в виде порошка в печи с механическим перегребанием, а затем на спекательной машине. В предварительно обожжённом концентрате оставляем 7,9% общей серы, причём 0,9% находится в виде SSO3 и 7,0% в виде SS. В концентрате наиболее трудно обжигающийся сульфид ZnS, поэтому допустим, что вся сульфидная сера будут связана в огарке только с цинком. Сульфатную серу распределяем следующим образом: половину свинца, оксида кальция и оксида магния связываем в сульфатную форму, а остальную серу связываем с цинком в ZnSO4.
Принимаем, что все карбонаты, присутствующие в концентрате, при обжиге диссоциируют полностью; железо окисляется наполовину до Fe2O3 и наполовину до Fe3O4; вся медь окислиться до Cu2O и весь кадмий-до CdO.
Принимаем, что полуобожжённого концентрата будет получено 87% от сырого. Тогда в огарке будет содержаться 0,783 кг SSO3 и 6,09 кг SS.
Результаты подсчётов рационального и химического составов полуобожжённого концентрата представлены в табл.3.
Количество ZnS:
65,4 кгZn требует 32 кг SS
xкг Zn- 6,09 кг SS
xZn=(65,4•6,09)/32=12,45 кг,
mZnS=12,45 + 6,09=18,54 кг.
Количество PbO:
207,2 кгPb требует 16 кг O2
1,25 кгPb- x кг O2
xO2=(1,25•16)/207,2=0,097 кг,
mPbO=1,25 + 0,097=1,347 кг.
Количество Cu2O:
127,2 кгCu требует 16 кг O2
1,7 кгCu- x кг O2
xO2=(16•1,7)/127,2=0,2 кг,
mCu2O=1,7+ 0,2=1,9 кг.
Количество Fe2O3:
111,6 кгFe требует 48 кг O2
2,9 кгFe- x кг O2
xO2=(2,9•48)/111,6=1,25 кг,
mFe2O3=1,25 + 2,9=4,15 кг.
Количество Fe3O4:
167,4 кгFe требует 64 кг O2
2,9 кгFe- x кг O2
xO2=(2,9•64)/167,4=1,11 кг,
mFe3O4=1,11 + 2,9=4,01 кг.
Количество CdO:
112,4 кг Cd требует 16 кг O2
0,5 кгCd- x кг O2
xO2=(0,5•16)/112,4=0,07 кг,
mCdO=0,5 + 0,07=0,57кг.
Количество PbSO4:
303,2 кгPbSO4 содержат 207,2 кг Pb
x кг PbSO4 - 1,25 кг Pb
xPbSO4=(303,2•1,25)/207,2=1,83 кг.
В PbSO4 содержится серы:
303,2 кгPbSO4 содержат 32 кг SS03
1,83 кгPbSO4 - x кг SS03
xSO3=(1,83•32)/303,2=0,19 кг.
В PbSO4 содержится кислорода:
303,2 кгPbSO4 содержат 64 кг O2
1,83 кгPbSO4 - x кг O2
xO2=(1,83•64)/303,2=0,39 кг.
Количество CaSO4:
136,1 кгCaSO4 содержат 57,1 кг CaO
x кг CaSO4 - 0,3 кг CaO
xCaSO4=(136,1•0,3)/57,1=0,72 кг.
В CaSO4 содержится серы:
136,1 кгCaSO4 содержат 32 кг SS03
0,72 кгCaSO4 - x кг SS03
xSO3=(0,72•32)/136,1=0,17 кг.
В CaSO4 содержится кислорода:
136,1 кгCaSO4 содержат 48 кг O2
0,72 кгCaSO4 - x кг O2
xO2=(0,72•48)/136,1=0,25 кг.
Количество MgSO4:
120,3 кгMgSO4 содержат 40,3 кг MgO
x кг MgSO4 - 0,45 кг MgO
xMgSO4=(120,3•0,45)/40,3=1,34 кг.
В MgSO4 содержится серы:
120,3 кгMgSO4 содержат 32 кг SS03
1,34 кгMgSO4 - x кг SS03
xSO3=(1,34•32)/120,3=0,356 кг.
В MgSO4 содержится кислорода:
120,3 кгMgSO4 содержат 48 кг O2
1,34 кгMgSO4 - x кг O2
xO2=(1,34•48)/120,3=0,53 кг.
Количество ZnSO4:
161,4 кгZnSO4 содержат 32 кг SS03
x кг ZnSO4 - 0,067 кг SS03
xZnSO4=(161,4•0,067)/32=0,34 кг.
В ZnSO4 содержится цинка:
161,4 кгZnSO4 содержат 65,4 кг Zn
0,34 кгZnSO4 - x кг Zn
xZn=(65,4•0,34)/161,4=0,14 кг.
В ZnSO4 содержится кислорода:
161,4 кгZnSO4 содержат 64 кг O2
0,34 кгZnSO4 - x кг O2
xO2=(64•0,34)/161,4=0,13 кг.
ZnZnO=52,5-12,45-0,13=39,92 кг.
Количество ZnO:
65,4 кгZn требует 16 кг O2
39,92 кгZn- x кг O2
xO2=(39,92•16)/65,4=9,77 кг,
mZnO=39,92 + 9,77=49,69 кг.
Таблица 3.
Рациональный состав полуобожжённого концентрата, %
| Соеди-нения | Zn | Pb | Cu | Cd | Fe | SS | SSO3 | CaO | MgO | SiO2 | O2 |
| кг | % | ||||||||||
| ZnO | 39,92 | 9,77 | 49,69 | 56,94 | |||||||
| ZnSO4 | 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 | |||||||
| PbSO4 | 1,25 | 0,19 | 0,39 | 1,83 | 2,10 | ||||||
| CaO | 0,3 | 0,3 | 0,34 | ||||||||
| CaSO4 | 0,17 | 0,3 | 0,25 | 0,72 | 0,83 | ||||||
| MgO | 0,45 | 0,45 | 0,52 | ||||||||
| MgSO4 | 0,356 | 0,45 | 0,53 | 1,336 | 1,53 | ||||||
| Fe2O3 | 2,90 | 1,25 | 4,15 | 4,76 | |||||||
| Fe3O4 | 2,90 | 1,11 | 4,01 | 4,59 | |||||||
| Cu2O | 1,70 | 0,2 | 1,9 | 2,18 | |||||||
| SiO2 | 2,1 | 2,1 | 2,41 | ||||||||
| CdO | 0,50 | 0,07 | 0,57 | 0,65 |
Итого:
| кг | 52,50 | 2,50 | 1,7 | 0,50 | 5,80 | 6,09 | 0,78 | 0,6 | 0,9 | 2,1 | 13,797 | 87,3 | — |
| % | 60,20 | 2,86 | 1,95 | 0,57 | 6,65 | 6,98 | 0,85 | 0,69 | 1,03 | 2,41 | 15,81 | — | 100 |
Из этой таблицы видно, что после уточнения выход огарка составил 87,27 % от сырого цинкового концентрата. Подсчитаем десульфурацию при обжиге.
При обжиге должно выгорать серы:
31,9-(0,78+6,09)=25,03 кг.
Десульфурация составит, следовательно:
(25,03•100)/31,9=78,46 %.
Принимаем, что 8% S сгорает в SO3 и остальные 92%-в SO2. Масса серы, сгорающей в SO3, составит:
25,03•0,08=2 кг.
Масса серы, сгорающей в SO2:
25,03•0,92=23,03 кг.
Рассчитаем необходимое количество кислорода. Количество кислорода для образования сернистого ангидрида SO2:
(23,03•32)/32=23,03 кг.
Масса SO2=23,03+23,03=46,06 кг.
Количество кислорода для образования серного ангидрида SO3: