Курсовая работа: Выщелачивание обожжённого цинкового концентрата

Рисунок 2 - Сгуститель: 1 - железобетонный чан с футеровкой, гидроизоляцией и кислотоупорной керамикой; 2 - укрытие; 3 - привод; 4 - приёмник пульпы; 5 - перегребающий механизм; 6 - сливной жёлоб; 7 - узел выпуска сгущённого продукта

2. Технологическая часть

2.1 Расчёт процесса выщелачивания цинкового огарка

На выщелачивание поступает обожженный материал следующего состава, %: цинка 58,8 ( в т.ч. сульфидного 1,1; сульфатного 4,5; оксидного 53,2 ); свинца 2,0; меди 0,5; кадмия 0,1; железа 6,7; серы общей 3,4 ( в т.ч. сульфидной 0,5; сульфатной 2,9 ); оксида кальция 1,2; оксида кремния 1,6; оксида магния 0,5; прочих 25,2.

2.1.1 Расчёт состава и выхода остатков от выщелачивания

Расчёт ведём на 100 кг огарка.

Растворимость отдельных составных частей огарка должна определяться путём предварительного проведения опытов.

За неимением таких данных на основании практики работы заводов принимаем:

а) из всего количества железа переходит в раствор и в дальнейшем осаждается в виде Fe(OH), 10 %. Остальное количество железа остаётся в виде не растворившихся ферритов. Тогда в раствор переходит 6,7 • 0,1 = 0,67 кг железа. Остаётся нерастворимым 6,7 - 0,76 = 6,03 кг железа;

б) медь переходит в раствор на 50 % или 0,5 • 0,5 = 0,25 кг;

в) кадмий растворяется почти полностью;

г) окись магния растворяется полностью;

д) свинец, присутствующий в огарке в виде сульфата, остаётся без изменения, а находящийся в виде оксида также перейдет в сульфатное соединение. Следовательно, все 2,0 кг свинца будут присутствовать в остатках от выщелачивания в виде PbSO₄;

е) цинк, присутствующий в огарке в виде сульфида, в количестве 1,1 кг остаётся нерастворимым. Не растворяется также ферритный цинк, количество его в виде ZnO*Fe₂O₃ находим из пропорции

65,37 кг 111,7 кг

х 6,03 кг

х = 3,53 кг.

Всего нерастворимого цинка 1,1 + 3,53, = 4,63 кг, что составляет в процентах от общего содержания цинка в огарке

4,63^.100 / 58,8 = 7,87 %.

Растворимого цинка 58,8 - 4,63 = 54,17 кг или 92,13 %.

Полученные данные сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Состав и выход остатков от выщелачивания, %

Таким образом, в результате выщелачивания 100 кг огарка получается 24,22 кг нерастворимого остатка, который, кроме того, захватывает раствор, содержащий цинк. Примем, что в результате отмывки количество сульфатного цинка в остатках снижается до 2 % от веса влажного осадка, а влажность его равна 35 %.

Обозначим вес влаги, смачивающей остаток, через х, вес сульфатного цинка а, вес воды в.

Тогда

x = a + в.

Учитывая процентное содержание сульфатного цинка в кеках, составляем пропорцию

Аналогично записываем пропорциональную зависимость между количеством и весом влажного кека

Решая систему из трёх полученных уравнений, находим а = 0,77 кг, в = 13,45 кг, х = 14,22 кг.

Следовательно, всего остатков от выщелачивания будет составлять:

Таблица 2

В том числе сухого кека

24,22 + 0,77 = 24,99 кг.

Состав сухого кека приведён в таблице 2.

Таблица 3 - Выход и состав сухого кека

Сульфатная сера слагается из серы сульфатного цинка, свинца и кальция в количестве

Таблица 4

Для компенсации потерь серной кислоты в процессах выщелачивания и электролиза в обожжённом концентрате оставляют некоторое количество сульфатной серы. В данном расчёте оставляем 3 % S_SO4, то при её расходе в количестве 1,15 кг с кеками добавлять серную кислоту не потребуется.

2.1.2 Определение выхода цинка в чушковый металл

Исходное содержание цинка в обожжённом материале составляет 58,8 кг, с остатками от выщелачивания теряется 4,94 цинка. Остаток от выщелачивания перерабатывают, дополнительное извлечение цинка в раствор составляет примерно 80 %, т.е. окончательные потери будут

4,94 • 0,2 = 0,99.

Следовательно, извлечение в процессе выщелачивания с учётом переработки остатков от выщелачивания составит

58,8 ^. 0,99 ^. 100,0 / 58,8 = 98,32 %

то есть потери составляют 1,68 %.

Прочие потери цинка в производстве укладываются в следующие пределы, %:

при переплавке катодов 1,0;

при очистке растворов от примесей 0,70;

в выщелачиваемом цехе 0,50;

в электролизном цехе 0,50.

Всего 2,70.

Таким образом, суммарные потери цинка составляют

1,68 + 2,7 = 4,38 %

и выход цинка в чушковый металл

100 - 4, 55 = 95,62 %.

2.1.3 Определение суточного количества потерь и материалов

Допустим, что производительность проектируемого завода составляет 100 000 т чушкового металла в год. Приняв число рабочих дней в году равным 365, получим суточную производительность по чушковому металлу

100 000 / 365 = 274 т.

Примем, что из катодного цинка 4 % будет израсходовано для производства цинковой пыли и 2,5 % перейдёт в дросс. Дросс возвращается в процесс выщелачивания, где цинк полностью извлекается. На безвозвратные потери ранее принято было 1 %. Цинковую пыль в количестве 4 %, расходуемую на очистку растворов от меди и калия, лишь частично растворяют, а остальную её часть выводят из процесса с медно-кадмиевым кеком. Для упрощения расчётов примем, что цинк из цинковой пыли вовсе не извлекают.

Выход катодного цинка в сутки тогда составляет

т.

Для производства такого количества цинка необходимо ввести в процесс выщелачивания обожжённого цинкового концентрата

т.

Таким образом, в процесс выщелачивания поступает в сутки

542,93 • 0,588 = 319,24 т цинка.

Суммарные потери будут 319,24 • 0,044 = 14,05 т цинка.

Абсолютные величины потерь распределяются следующим образом, т:

потери в остатках от выщелачивания, с учётом до извлечения цинка

319,24 • 0,017 = 5,42;

потери при очистке электролита 319,24 • 0,007 = 2,24;

потери в выщелачиваемом цехе 319,24 • 0,005 = 1,60;

потери в электролитном цехе 319,24 • 0,005 = 1,60;

потери при переплавке катодов 319,24 • 0,010 = 3,19;

Всего 14,05.

Выщелачивая в сутки 542,93 т огарка, получим остатков от выщелачивания

542,93 • 0,2499 = 135,68 т.

Суточное количество влажных кеков составит

т.

2.1.4 Суточная производительность электролитного цеха составляет 293,05 т.

При осаждении этого количества цинка на катодах образуется эквивалентное количество серной кислоты по реакции

ZnSO₄ + H₂O = Zn + H₂SO₄ + ЅO₂,

а именно

293,05 • 1,5 = 439,58 т.

Зададимся содержанием цинка в нейтральном растворе, поступающем на электролиз, равным 120 г/дм³ и количеством выделяемого при электролизе 80 г/дм³. Тогда для производства 293,05 т катодного цинка потребуется раствора

м³.

Удельный вес раствора выбранного состава равен 1,285. Весовое количество его будет составлять

3663,13 • 1,285 = 4707,13 т.

Каждый кубический метр этого раствора состоит из следующих компонентов:

сульфата цинка 120 • 2,47 = 296,4 кг;

воды (по разности) 988,6 кг;

Всего 1285,0 кг

Следовательно, во всей массе раствора содержится

3663,13 • 0,2964 = 1085,75 т ZnSO₄;

3663,13 • 0,9886 = 3621,37 т воды.

Всего 4707,12 т.

В процессе электролиза происходит выделение цинка на катоде и эквивалентного кислорода на аноде

т,

кислорода за счёт разложения

293,05 • 2,47 = 723,83 т ZnSO₄

и 293,05^.16,0 / 65,38 = 80,68 т воды.

Состав и количество получившегося отработанного электролита следующий:

сульфата цинка 1085,75 - 723,83 = 361,92 т;

Воды 621,37 - 80,86 = 3540,51 т;

серной кислоты 439,58 т.

Всего 4342,01 т.

Удельный вес отработанного электролита примем равным 1,18. Тогда объём его будет

4342,01: 1,18 = 3679,67 м³.

Содержание цинка составит

г/дм³

и содержание серной кислоты

г/дм³.

При выгрузке катодов происходит потеря раствора и с ним цинка. Выше было подсчитано, что потери при электролизе составляют 1,6 цинка, что даёт в пересчёте на сульфат цинка

1,6• 2,47 = 3,95 т.

С раствором теряется также кислота

3,95^.439,58 / 361,92 = 4,8 т,

и вода

3,95^.3540,51 / 361,92 = 38,64 т.

Таким образом, количество отработанного электролита будет:

сульфата цинка 361,92 - 3,95 = 357,97 т;

серной кислоты 439,58 - 4,80 = 434,78 т;

воды 540,51 - 38,64 = 3501,87 т;

Всего 4294,62 т.

Что в перерасчёте на объёмные единицы составит

4294,62 : 1,18 = 3639,51 м³.

2.1.5 Расчёт медно-кадмиевой очистки растворов

В течение суток перейдёт в раствор

542,93 • 0,0025 =1,364 т меди

и 542,93 • 0,001 = 0,54 т кадмия.

Очистка растворов от меди и кадмия производится цинковой пылью и осуществляется по следующим реакциям:

CuSO₄ + Zn = ZnSO₄ + Cu,

CdSO₄ + Zn = ZnSO₄ + Cd.

Теоретический расход цинковой пыли составит, тонн:

для осаждения меди

для осаждения кадмия

Итого 1,72 т.

Практически нами было принято. Что 4 % от всего катодного цинка будет расходоваться для этой цели, или

293,05 • 0,04 = 11,72 т

в сутки, то есть расход цинковой пыли будет примерно в 6 раз больше теоретически необходимого количества. Избыточная пыль в количестве перейдёт в медно-кадмиевые кеки

11,72 - 1,72 = 10,00 т.

В этих кеках сумма Cu + Cd + Zn составляет 60 %. Всего перейдёт в медно-кадмиевые кеки

Таблица 5

Ежесуточное получение медно-кадмиевых кеков составит

11,9 ^. 100,0 / 60,0 = 19,83 т.

2.1.6 Расход воды на процесс

Вода на промывку кеков берётся в таком количестве, в каком она выводится из процесса с цинковыми и медно-кадмиевыми кеками, а также с учётом её испарения. Примем, что испарение воды составляет 2 % от количества нейтрального раствора, или

4707,12 • 0,02 = 94,14 т воды.

Примем, что в медно-кадмиевых кеках содержится 30 % воды или

19,83 • 0,3 = 5,95т.

Всего будет израсходовано воды, тонн:

с цинковыми кеками 72,63;

с медно-кадмиевыми кеками 5,95;

на испарение 94,14;

потери при электролизе 38,64;

Итого 211,36.

Результаты всех расчётов сводим в общую таблицу 3 материального баланса выщелачивания.

2.1.7 Расчёт необходимого оборудования

Рассчитаем суточное количество пульпы.

Объём обожжённого цинкового концентрата составляет

542,93 / 5 = 109 м³/сут,

где 5 т/м³ - плотность огарка.

Объём отработанного электролита:

4294,62 / 1,269 = 3329 м³/сут,

где 1,269 т/м³ - плотность отработанного электролита.

Итого суточное количество пульпы равно

109 + 3329 = 3438 м³/сут.

Таблица 6 - Материальный баланс выщелачивания