Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования Российской Федерации Южно-Уральский государственный университет Кафедра «Физической химии»

Курсовая работа по курсу «Металлургия цветных металлов»

Обжиг цинкового концентрат

Выполнил студент группы ФМ- «_____»______2011 г

Проверил Германюк Н. В. «_____»______2011 г

Челябинск 2011

Оглавление

1. Задание

2. Материальный баланс

3. Тепловой баланс обжига

3.1 Приход тепла

3.2 Расход тепла

• Выводы
• 1. Задание
• Вариант №10 Состав концентрата

Zn	Pb	Cu	Fe	S	Cd	SiO2	CaO	MgO	Прочие
51,5	2,3	1,8	6,0	31,4	0,6	3,4	0,7	0,8	1,5

• Условия обжига

Выход огарка,%	В огарке остается серы, %	Остальная сера сгорает в, %	Температура отходящих газов, С	Температура огарка, С	Влажность концентрата, %
	всего
88	8,1	1,1	7,0	9	91	590	580	5,8

• 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
51,5	2,3	1,8	6,0	31,4	0,6	3,4	0,7	0,8	1,5

Требуется рассчитать:

1. Рациональный состав сырого (необожженного) концентрата;

2. Количество обожженного 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.

2. Материальный баланс

Подсчитаем рациональный состав сырого концентрата, полагая, что металлы в нем находятся в виде следующих соединений:

Zn в виде ZnS; Pb - PbS; Сu - CuFeS₂; Cd - CdS; Fe - FeS₂ и Fe₇S₈; CaO - CaCO₃ и Mg - MgCO₃.

Расчет ведем на 100 кг концентрата.

Количество каждого минерала по элементам, входящим в этот минерал, рассчитывают по соотношениям атомных масс.

Количество ZnS (сфалерит) на 100 кг концентрата:

65,4 кг Zn требуют 32 кг S

51,5 кг Zn -- x кг S

Количество PbS (галенит) на 100 кг концентрата:

207,2 кг Pb требуют 32 кг S

2,3 кг Pb -- x кг S

Количество CuFeS₂ (халькопирит) на 100 кг концентрата:

183,4 кг CuFeS₂ требуют 63,6 кг Cu

x кг CuFeS₂ -- 1,8 кг Cu

В халькопирите содержится серы:

183,4 кг CuFeS₂ содержат 64 кг S

5,19 кг CuFeS₂ -- x кг S

Количество железа в халькопирите:

183,4 кг CuFeS₂ требуют 56кг Fe

5,19 кг CuFeS₂ -- x кг Fe

Количество CdS на 100 кг концентрата:

112,4 кг Cd требуют 32 кг S

0,6 кг Cd -- x кг S

Согласно расчету требуется серы для образования, кг:

ZnS	25,2
PbS	0,355
CuFeS2	1,81
CdS	0,17
Итого	27,535

Остальная часть серы в количестве кг будет связана с железом в виде FeS₂ (пирит) и Fe₇S₈ (пирротин). Для этих соединений осталось железа кг.

Примем, что с пиритом связано “a” кг железа, тогда с пирротином () кг железа. Если количество серы в пирите “b” кг, то в пирротине () кг серы. Составляем два следующих уравнения:

для пирита

56кг Fe требуют 64 кг S

a кг Fe -- b кг S

для пирротина

392кг Fe требуют 256 кг S

() кг Fe -- () кг S

Количество

Количество

Количество CaCO₃ на 100 кг концентрата:

56,1 кг CaO требуется 44,0 кг CO₂

0,7 кг CaO -- x кг CO₂

Количество MgCO₃ на 100 кг концентрата:

40,3 кг MgO требуется 44,0 кг CO₂

0,8 кг MgO -- x кг CO₂

Данные по рациональному составу сырого концентрата приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Рациональный состав сырого цинкового концентрата, %

Соедин	Zn	Pb	Cu	Cd	Fe	S	CaO	MgO	CO2	SiO2	Проч	Всего
ZnS	51,5					25,2						76,7
PbS		2,3				0,355						2,655
CuFeS2			1,8		1,58	1,81						5,19
CdS				0,6		0,17						0,77
FeS2					2,03	2,28						4,31
Fe7S8					2,39	1,585						3,975
CaCO3							0,7		0,55			1,25
MgCO3								0,8	0,87			1,67
SiO2										3,4		3,4
Прочие (по разн)											0,08	0,08
Итого	51,5	2,3	1,8	0,6	6	31,4	0,7	0,8	1,42	3,4	0,08	100

Подсчитаем рациональный состав огарка. Принимаем, что концентрат обжигают в виде порошка в печи с механическим перегребанием, а затем на спекальной машине. В предварительно обожженном концентрате оставляем 8% общей серы, причем 1,1% находится в виде и 7,0% в виде . В концентрате наиболее трудно обжигающийся сульфид ZnS, поэтому допустим, что вся сульфидная сера будет 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 на половину до Fe₂O₃ и на половину до Fe₃O₄; вся медь окислится до Cu₂O и весь кадмий - до CdO.

Принимаем что полуобожженного концентрата будет получено 88% от сырого. Тогда в огарке будет содержаться кг и кг .

Количество PbSO₄ содержится в полуобоженном концентрате:

303,2 кг PbSO₄ требуют 207,2 кг Pb

x кг PbSO₄ -- 1,0 кг Pb

В PbSO₄ содержится серы:

303,2 кг PbSO₄ содержат 32 кг S

1,68 кг PbSO₄ -- x кг S

Количество кислорода содержится:

Количество MgSO₄ содержится в полуобоженном концентрате:

120,3 кг MgSO₄ требуют 40,3 кг MgO

x кг MgSO₄ -- 0,4 кг MgO

В MgSO₄ содержится серы:

120,3 кг MgSO₄ содержат 32 кг S

1,19 кг MgSO₄ -- x кг S

Количество кислорода содержится:

Количество CaSO₄ содержится в полуобоженном концентрате:

136,08 кг CaSO₄ требуют 56,08 кг CaO

x кг CaSO₄ -- 0,35 кг CaO

В CaSO₄ содержится серы:

136,08 кг CaSO₄ содержат 32 кг S

0,85 кг CaSO₄ -- x кг S

Количество кислорода содержится:

Количество ZnSO₄ содержится в полуобоженном концентрате:

161,4 кг ZnSO₄ требуют 32 кг S

x кг ZnSO₄ -- 0,27 кг S

В ZnSO₄ содержится цинка:

161,4 кг ZnSO₄ содержат 65,4 кг Zn

1,36 кг ZnSO₄ -- x кг Zn

Количество кислорода содержится:

Количество ZnS содержится:

65,4 кг Zn требуют 32 кг S

x кг Zn -- 6,16 кг S

Количество ZnO содержится:

65,4 кг Zn требуют 16 кг O₂

38,36 кг Zn -- x кг O₂

Количество PbO содержится:

207,2 кг Pb требуют 16 кг O₂

1,15 кг Pb -- x кг O₂

Количество Cu₂O содержится:

63,62 кг Cu требуют 16 кг O₂

1,8 кг Cu -- x кг O₂

Количество CdO содержится:

112,4 кг Cd требуют 16 кг O₂

0,6 кг Cd -- x кг O₂

Количество Fe₂O₃ содержится:

55,82 кг Fe требуют 163 кг O₂

3 кг Fe -- x кг O₂

Количество Fe₃O₄ содержится:

55,83 кг Fe требуют 164 кг O₂

3 кг Fe -- x кг O₂

Результаты подсчетов рационального и химического составов полуобожженного концентрата представлены в таблице 3.

Из этой таблицы видно, что после уточнения выход огарка составил 86,75% от сырого цинкового концентрата. Подсчитаем десульфацию при обжиге.

При обжиге должно выгорать серы

кг

Десульфация составит, следовательно

.

Принимаем, что 13,6% S сгорает в SO₃ и остальные 86,4% - в SO₂. Масса серы, сгоревшей в SO₃, составит

кг S.

Масса серы, сгоревшей в SO₂:

кг.

Рассчитаем необходимое количество кислорода. Количество кислорода для образования сернистого ангидрида SO₂:

кг O₂;

Масса кг.

Количество кислорода для образования серного ангидрида SO₃:

кг O₂.

Масса кг.

обжиг концентрат десульфация

Таблица 3.

Рациональный состав полуобожженного концентрата, %

Соеди нения												Всего
												кг	%
	38,36										9,38	47,74	55,04
	0,55						0,27				0,54	1,36	4,18
	12,59					6,16						18,75	22,43
		1,15									0,09	1,24	1,21
		1,15					0,18				0,35	1,68	1,64
								0,35				0,35	0,28
							0,2	0,35			0,3	0,85	0,68
									0,4			0,4	0,39
							0,32		0,4		0,47	1,19	1,17
					3						1,29	4,29	4,42
					3						1,15	4,15	4,27
			2,03								0,23	2,26	1,9
										1,8		1,8	1,68
				0,6							0,085	0,685	0,71
итого
кг	51,5	2,3	2,03	0,6	6	6,16	0,97	0,7	0,8	1,8	13,885	86,745
%	59,37	2,65	2,34	0,69	6,92	7,10	1,12	0,81	0,92	2,08	16,01		100

Теоретически требуется кислорода при обжиге 100 кг концентрата:

для окисления металлов (согласно таблице 3)13,885 кг

для окисления серы до SO₂20,96 кг

для окисления серы до SO₃4,95 кг

Итого39,795 кг

Кислород в печь вводится с воздухом, в котором содержится 23% кислорода, что составит

кг азота.

Теоретическое количество воздуха составит

кг.

Объем этого воздуха м³.

Результаты расчетов сведем в таблицу 4.

Таблица 4.

Теоретический состав обжиговых газов

Компоненты	кг	м3	об.%	, кг/м3
SO2	41,94	14,66	11,89	2,86
SO3	4,95	1,37	1,11	3,62
CO2	1,42	0,75	0,61	1,9
N2	133,23	106,58	86,40	1,25
Итого	181,54	123,36	99,99

Практически обжиг проводится при большом избытке воздуха; примем в данном расчете двойное количество воздуха.

В состав избыточного воздуха входит:

O₂ кг или м³

N₂ кг или м³

Итого кг или м³.

Количество и состав обжиговых газов при двойном избытке воздуха приведен в таблице 5.

Таблица 5.

Количество и состав обжиговых газов при двойном избытке воздуха

Компоненты	кг	м3	об.%	, кг/м3
SO2	41,94	14,66	9,51	2,86
SO3	4,95	1,37	0,89	3,62
CO2	1,42	0,75	0,48	1,9
N2	133,23	106,58	69,11	1,25
O2	39,8	30,85	20,00	1,428
Итого	221,34	154,21	100

Материальный баланс предварительного обжига цинковых концентратов представлен в таблице 6.

Таблица 6.

Материальный баланс обжига

Приход	кг	расход	кг
Сырой концентрат	100	Полуобоженный концентрат	86,75
Воздух	346,06	Газы:
		азот	266,46
		кислород	39,8
		сернистый ангидрид	41,94
		серный ангидрид	4,95
		двуокись углерода	1,42
		невязка	4,74
Итого	446,06	Итого	446,06

3. Тепловой баланс обжига

3.1 Приход тепла

1. Окисление сульфида цинка по реакции

кал.

По этой реакции окислиться кг ZnS

Количество цинка, соответствующее данному количеству ZnS берем из таблицы 3. При этом будет получено ккал.

2. Окисление сульфида цинка по реакции

кал.

По этой реакции окислиться кг ZnS и будет получено ккал.

3. Окисление сульфида свинца по реакции

кал.

Количество сульфида свинца, окисляющееся по этой реакции

кг PbS, при этом будет получено ккал.

4. Окисление сульфида свинца по реакции

кал.

Окислится по этой реакции кг PbS, при этом будет получено ккал.

5. Окисление сульфида кадмия по реакции

кал.

По этой реакции будет получено ккал.

6. Окисление сульфида меди по реакции

кал.

Окислится по этой реакции кг Cu₂S и будет получено ккал.

7. Окисление пирита по реакции

кал.

По этой реакции будет получено тепла ккал.

8. Окисление FeS по реакции

кал.

Окислится по этой реакции кг железа, что дает кг FeS. При этом будет получено тепла ккал.

9. Окисление FeS по реакции

кал.

3 кг Fe в виде FeS составит кг FeS. При этом будет получено тепла ккал.

10. Образование сульфата кальция по реакции

кал.

По этой реакции будет получено тепла ккал.

11. Образование сульфата магния по реакции

кал.

По этой реакции будет получено тепла ккал.

Всего получено тепла 84900 ккал.

3.2 Расход тепла

1. Потери тепла с отходящими газами, нагретыми до , ккал:

SO2
SO3
CO2
N2
O2
итого

2. Потери тепла с обожженным концентратом, нагретым до

ккал.

3. Расход тепла на разложение карбонатов по реакциям:

кал.

.

кал.

Итого 1090 ккал.

4. Испарение воды на подсушивающем поде. Допустим, что в концентрате 5,8% H₂O, и вся она испаряется на подсушивающем поде. Тогда расход тепла составит .

5. Разложение CuFeS₂ и Fe₇S₈ примерно одинаково и равен 144,9 ккал/кг. Тогда на разложение этих соединений будет затрачено тепла

6. Теплоизлучение и другие потери тепла определяются по разности. Результаты расчета теплового баланса обжига представлены в таблице 7.

Таблица 7.

Тепловой баланс обжига цинковых концентратов

№	Приход тепла	ккал	%	№	Расход тепла	ккал	%
1	Окисление сульфида цинка до оксида	61956	72,98	1	Унос с отходящими газами	51957	61,20
2	Окисление сульфида цинка до сульфата	2749	3,24	2	Унос с огарком	11451	13,49
3	Окисление PbS до PbO	560	0,66	3	На разложение карбонатов	1090	1,28
4	Окисление PbS до PbSO4	1087	1,28	4	На испарение воды из концентрата	3132	3,69
5	Окисление CdS до CdO	141	0,17	5	На разложение сульфидов CuFeS2 и Fe7S8	1200	1,41
6	Окисление Cu2S до Cu2O	903	1,06	6	Теплоизлучение (по разности)	17533	18,93
7	Окисление FeS2 до Fe2O3	7131	8,40
8	Окисление FeS до Fe2O3	1832	2,16
9	Окисление FeS до Fe3O4	7341	8,65
10	Образование CaSO4	596	0,70
11	Образование MgSO4	604	0,71
	Итого	84900	100,00		Итого	84900	100

Выводы

1. При данном обжиге избытка тепла нет, поэтому зачастую требуется подтопка посторонними источниками тепла.

2. Целесообразно воздух, нагретый при охлаждении печи, вводить в печь для обжига.

Размещено на Allbest.ru

...