Методика решения задач по теоретическим основам химической технологии (стр. 12 из 16)
Решение
1.Вк=
2. Для вычисления Си рассуждаем так
а) в 100 кг исходной руды содержится 1,3 кг меди
в 1000 кг ---------------------------------- х кг меди
х= 13 кг меди
б) в 100 кг концентрата содержится 9,6 кг меди
в 110,5 кг ---------------------------------- х кг меди
х= 10,6 кг меди.
Следовательно, степень извлечения будет равна
Си=
3. Со=
раза.Ответ Вк=11,05%, Си=81,5%, Со=7,4 раза.
Примеры решения задач
1. Имеется титановая руда, состоящая из минералов рутила, перовскита и пустой породы. Массовая доля ТiО2 в этих минералах составляет соответственно 97% и 59%. Вычислить массовые доли названных выше минералов в руде, если известно, что содержание титана равно 27% от массы руды, а пустой породы – 38%.
2. Для легирования стали, требуется внести в расплав титан, чтобы его массовая доля составила 0,12%. Какую массу сплава ферротитана надо добавить к расплаву стали массой 500 кг, если массовые доли металлов в ферротитане составляют: титана – 30%, железа – 70%
3. Некоторая порода состоит из минералов сильвинита (KCl), каинита (MgSO4*KCl*3H2О) и карналлита (MgCl2*KCl*6H2О). Массовая доля калия в породе составляет 18%, а примесей (не содержащих калия и магния) – 12%. Вычислите возможную массу магния в 100 кг породы.
4. При обогащение 10 т медной сульфидной руды, содержащей 1,5% меди, получено 400 кг концентрата, содержащего 30% меди. Определить степень извлечения и степень концентрации.
5. При флотации 5т цинковой руды, содержащего 3% цинка, получено 340 кг концентрата, содержащего 22% цинка. Определите выход концентрата, степень извлечения и степень концентрации. 
6. Восстанавливая углем соединение Fe(CrO2)2 (хромистый железняк), получают сплав феррохром, используемый в металлургии. Определите массовую долю хрома в этом сплаве, считая, что других компонентов, кроме железа и хрома, он не содержит.
7. Железная руда имеет состав: магнетит Fе3О4 (массовая доля55%), ильменит FеТiО3 (массовая доля 15%) и другие вещества, не содержащие железо и титан. Какую массу железа и титана можно получить из такой руды массой 300 кг?
8. Из медной руды массой 16т, содержащей халькозин Cu2S и вещества, не содержащие медь, получили черновой металл массой 650 кг. Определите массовые доли меди и халькозина в руде, если массовая доля меди в черновом металле составляет 98,46%.
9. Для удаления висмута из черного свинца к расплавленному металлу добавляют сплав Pb – Ca, массовая доля кальция в котором составляет 0,03. Рассчитать теоретический расход сплава Pb – Ca для удаления висмута из 100 т чернового свинца, массовая доля висмута в котором равна 0,001. Висмут выделятся из сплава в составе соединения Ca3Bi2.
10. Медная руда содержит CuCO3*Cu(OH)2 и азурит 2CuCO3*Cu(OH)2 Какую массу меди можно получить из руды массой 5т, если массовая доля малахита 8%, азурита 3,6%. Определите массовую долю меди в руде.
3.4.2 Электрохимические производства
Электролизом называется окислительно-восстановительная реакция, протекающая при пропускании постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита.
Сущность электролиза заключается в следующем: при пропускании электрического тока через расплав или раствор электролита положительные ионы электролита (ионы металлов или водорода) притягиваются катодом, а отрицательные ионы (кислотные остатки или гидроксильные группы) — анодом. Приносимые к катоду от источника тока электроны присоединяются к положительным ионам электролита, восстанавливая их. Одновременно отрицательные ионы электролита отдают свои электроны аноду, от которого они двигаются к источнику тока. Теряя свои электроны, они окисляются в нейтральные атомы или группы атомов. Таким образом, у катода протекает процесс восстановления, а у анода — процесс окисления.
А (+): nAn- - ne- → nAp-
K (-): nBn+ + ne- → nBp+
Оба процесса образуют единую окислительно-восстановительную реакцию. Но в отличие от обычных окислительно-восстановительных реакций электроны от восстановителя к окислителю переходят не прямо, а посредством электрического тока. Катод, приносящий электроны, является восстановителем, а анод, уносящий их,— окислителем.
Основными показателями электрохимических производств являются выход по току, степень использования энергии. Расходный коэффициент по энергии, напряжение, приложенное к электролизеру, и др. Большинство вычислений основано на законе Фарадея, согласно которому масса вещества, выделившегося при электролизе пропорционально силе токаI, времени электролиза tи электрохимическому эквиваленту этого вещества ЭЭ
Масса вещества вычисляется по формуле
(1.3.1)где,I - сила тока, F – постоянная Фарадея (96500 Кл)
(г-экв) (1.3.2)Mr – относительная молекулярная масса вещества,
n – заряд иона (абсолютное значение) в виде которого вещество находится в растворе или в расплаве (т.е. количество отданных или принятых электронов).
Выход по току определяется отношением массы вещества, выделившегося при электролизе, к массе вещества, которое теоретически должно выделится согласно закону Фарадея, и выражается в процентах:
(1.3.3)Масса mтеор находится по формуле
(1.3.4)Выход по энергии определяется по уравнению
(1.3.5)где, Етеор и Епр – теоретическое и практическое напряжение разложения при электролизе соответственно, В; η - выход по энергии,%.
Выход по энергии может быть вычислен и по количеству затраченной энергии:
(1.3.6)где wтеори wпр – количество энергии, теоретически необходимое и практически затраченное на получение единицы продукта.
(1.3.7)где 1000 – коэффициент перевода Вт*ч в кВт*ч;
1*10-6 – число, используемое для перевода граммов в тонны.
Теоретический расход электроэнергии находится по отношению
(1.3.8)где φразл – напряжение разложения.
Примеры решения задач
1.Какие процессы происходят при электролизе расплава гидроокиси натрия?
Решение:
В расплаве едкого натра содержатся ионы Nа+ и ОН
. Окисляющиеся у анода ионы ОН в следующей стадии разлагаются с образованием воды и кислорода. Процесс можно изобразить следующим образом:К(-): 2Na+ + 2е- = 2Na;
А(+): 2ОН
- 2e- = Н2О + О2Два атома кислорода, соединяясь друг с другом, образуют молекулу кислорода О2. Таким образом, суммарное уравнение
4NаОН = 4Na + 2Н2О + О2
При электролизе расплавов солей кислородных кислот окисляющиеся ионы кислотных остатков тут же разлагаются на кислород и соответствующие оксиды.
Своеобразно протекает электролиз в водном растворе. Дело в том, что сама вода — электролит, хотя и очень слабый. Таким образом, в водном растворе фактически содержатся два электролита — растворитель и растворенное вещество и соответственно по два вида как положительных, так и отрицательных ионов. Какие из них будут разряжаться, зависит от ряда условий. Как правило, можно руководствоваться следующим. Если положительные ионы электролита являются ионами очень активных металлов, как например Na+ или К-, то при электролизе разряжаются не ионы этих металлов, а ионы водорода из воды с выделением свободного водорода и освобождением гидроксильных ионов, что может быть выражено следующим электронно-ионным уравнением:
2H+OH
+ 2е- = Н2↑ + 2ОН Если отрицательными ионами электролита являются кислотные остатки кислородных кислот, то при электролизе разряжаются не кислотные остатки этих кислот, а ионы ОН
из воды с выделением кислорода, что можно выразить уравнением:4Н2О — 4е- = 4Н+ + 4ОН
4ОН-
2Н2О+О2 Складывая оба уравнения, получаем:
2Н2О — 4е- = 4H+ + O2
2. Определить выход по току (в%), если в течение 24 ч в электролизере раствора поваренной соли при силе тока 15500А было получено 4200 л электролитической щелочи с концентрацией NaOH 125 кг/м3.