Выщелачивание цинкового огарка (стр. 2 из 2)
Избыточная пыль в количестве:
9,56 – 4,43 = 5,13 т
Перейдет в медно-кадмиевые кеки. В кеках сумма Cu + Cd + Zn составит 60%. Всего в медно-кадмиевые кеки перейдет:
Zn 5,13
Cu 3,52
Cd 1,4
Итого 10,05 т
Всего медно-кадмиевых кеков ежесуточно образуется:
10,05 * 100 / 60 = 16,75 т
Примем, что в медно-кадмиевых кеках содержится 30% влаги, или:
16,75 * 30 / 70 = 7,18 т
Примем, что испарение воды составляет 2% от количества нейтрального раствора, или:
3141,14 * 0,02 = 62,82 т
Всего будет израсходовано воды, т:
С цинковыми кеками 52,6
С медно-кадмиевыми кеками 7,18
На испарение 62,82
Итого 122,6
Подсчитаем количество отработанного электролита.
С каждого литра осаждается 105 кг цинка. Кроме того выделяется кислород у анода:
Н2О + ZnSО4 = Zn + H2SО4 + 0,5 О2
В количестве которое можно подсчитать из соотношения:
На 65,38 кг Zn выделяется 16 кг О2
На 239000 кг Zn выделяется х кг О2
Х = 239000 * 16 / 65,4 = 58489 кг или 58,49 т
Суточное количество отработанного электролита равно:
3141,14 – (58,49 + 239) = 2843,65 т
Результаты всех расчетов сводим в общую таблицу 2.
Таблица 2 – Материальный баланс выщелачивания
| Приход | т | % | Расход | т | % |
| Обоженный цинковый концентратОтработанный электролитЦинковая пыльВода для промывки кековНебаланс | 4002843,659,56122,62,36 | 11,8484,180,283,630,07 | Нейтральный растворВлажные цинковые кекиВлажные медно-кадмиевые кекиИспарение воды | 3141,14150,2823,9362,82 | 92,984,450,711,86 |
| Итого | 3378,17 | 100 | Итого | 3378,17 | 100 |
2. Расчет теплового баланса выщелачивания
Приход тепла
1) Физическое тепло огарка при 600С
Состав огарка,% Теплоемкость, кДж/кгК
ZnO 640,534
ZnSO411,40,629
ZnS1,50,497
PbO 2,00,210
PbSO41,60,922
CuO2, 20,572
CdO0,40,337
Fe3O40,80,672
Fe2O38,60,690
CaSO40,60,758
SiО25,90,803
Прочие 1,60,500 [2]
Теплоемкость огарка:
С = (64*0,534 + 11,4*0,629 + 1,5*0,497 + 2,0*0,210 + 1,6*0,922 + 2,2*0,572 + + 0,4*0,337 + 0,8*0,672 + 8,6*0,690 + 0,6*0,758 + 5,9 * 0,803 + 1,6 * 0,5) / 100
С = 0,578 кДж/кгК
Q1 = 400 * 103 * 0,578 * 60 = 13872000 кДж
2) Физическое тепло цинковой пыли при 25 0С:
Q2 = 9,56 * 103 * 0,389 * 25 = 92971 кДж
3) Физическое тепло воды для промывки кеков
Q3 = 122,6 * 103 * 4,187 * 25 = 12833155 кДж
4) Физическое тепло отработанного электролита при 40 0С:
Состав отработанного электролита Теплоемкость кДж/кгК
111 г/дм3 ZnSO40,603
158 ш/дм3 H2SO41,404
1000 г/дм3 Н2О4,187 [2]
Итого 1269 г/дм3
С = (0,603 * 0,111 + 1,404* 0,158 + 4,187 * 1,0) / 1,269 = 3,527 кДж/кгК
Q4 = 28,43,65 * 103 * 3,527 * 40 = 401182142 кДж
5) Тепло экзотермических реакций
ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + Н2О + 103,75 кДж
400000 * 0,64 * 103 * 103,75 / 81,38 = 326370116 кДж
CuO + H2SO4 = CuSO4 + Н2О + 80,34 кДж
400000 * 0,011 * 103 * 80,34 / 79,55 = 4443696 кДж
CdO + H2SO4 = CdSO4 + Н2О + 144,34 кДж
400000 * 0,004 * 103 * 144,34 / 128,4 = 1798629 кДж
PbO + H2SO4 = PbSO4 + Н2О + 136,54 кДж
400000 * 0,02 * 103 * 136,54 / 223,2 = 4893907 кДж
CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu + 207,1 кДж
3,52 * 106 * 207,1 / 63,55 = 11471157 кДж
CdSO4 + Zn = ZnSO4 + Cd + 52,3 кДж
1,4 * 106 * 52,3 / 112,4 = 651423 кДж
Q5 = 349628928 кДж
Итого приход тепла:
QПРИХ = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 777609196 кДж
Расход тепла
1) Тепло, уносимое нейтральным раствором при 600С:
Состав раствора Теплоемкость кДж/кгК
370 г/дм3 ZnSO40,603
10 ш/дм3 H2SO41,404
1000 г/дм3 Н2О4,187 [2]
Итого 1380 г/дм3
С = (0,603 * 0,370 + 1,404* 0,01 + 4,187 * 1,0) / 1,380 = 3, 206 кДж/кгК
Q1 = 3141,14 * 103 * 3, 206 * 60 = 604229690 кДж
2) Тепло, уносимое цинковыми кеками при 600С
Состав кека,% Теплоемкость, кДж/кгК
ZnS6,140,488
PbSO417,690,346
CuO4,50,572
Fe3O43,280,672
Fe2O335,220,690
SiО224,160,803
Прочие 6,550,500 [2]
С = (6,14*0,488 + 17,69*0,346 + 4,5*0,572 + 24,16*0,803 + 2,46*0,758 + + 35,22 *0,690 + 3,28*0,672 + 6,55 * 0,5) / 100 = 0,627 кДж/кгК
Q2 = 97,68 * 103 * 0,627 * 60 = 3674722 кДж
3) Тепло, уносимое медно – кадмиевыми кеками при 600С
Состав кека,% Теплоемкость, кДж/кгК
Zn30,630,405
Cd8,360,234
Cu21,010,378
Прочие 40,00,500 [2]
С = (0,405*30,63 + 0,378*21,01 + 0,234*8,36 + 0,5*40) / 100 = 0,423 кДж/кгК
Q3 = 16,75 * 103 * 0,423 * 60 = 425115 кДж
4) Тепло, уносимое водой медно-кадмиевых и цинковых кеков:
Q4 = (52,6 + 7,18) * 103 * 4,187 * 60 = 15017932 кДж
5) Тепло на испарение воды
Q5 = 2260 * 62,82 * 103 = 141973200 кДж
6) Теплопотери через стенку реактора
Рассчитаем общую поверхность реактора
F = πDh + πRl = 3,14 * 6,25 * 3 + 3,14 * 3,51 * 3,125 = 94 м2
Где D – диаметр реактора, м
h – высота цилиндра реактора, м
R – радиус реактора, м
l – образующая конуса, м
кожух реактора выполнен из листовой стали толщиной S2 = 12 мм. Футеровка реактора выполнена из кислотоупорного кирпича толщиной S1 = 115 мм. Коэффициент теплопроводности стали составляет λ2 = 268 кДж/м2чК, кислотоупорного кирпича λ1 = 4,187 кДж/м2чК
Средняя температура содержимого реактора tСР = 60 0С. Средняя температура воздуха в отделении tВОЗД = 20 0С.
Коэффициент теплоотдачи от содержимого реактора к кирпичной стенке принимаем по данным практики α1 = 2094 кДж/м2чК
Коэффициент теплоотдачи от кожуха реактора в окружающий воздух принимаем α2 = 63 кДж/м2чК
На основании вышеприведенных данных определим коэффициент теплопередачи через стенку реактора:
кДж/м2чКQ6 = k * F * Δt * τ = 22,8 * 94 * 40 * 24 = 2057472 кДж
Итого расход тепла составит
QРАСХ = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 = 767378131 кДж
Небаланс составляет:
777609196 – 767378131 = 10231065 кДж
или 1,32%
По результатам расчета составляем таблицу 3.
Таблица 3 – Суточный тепловой баланс выщелачивания
| Статьи прихода | кДж | % | Статьи расхода | кДж | % | |||||
| Тепло огаркаТепло цинковой пылиТепло воды для промывки кековТепло отработанного электролита | 138720009297112833155401182142 | 1,780,011,6551,59 | Тепло нейтрального раствораТепло цинковых кековТепло Cu-Cd кековТепло на испарение водыТепло воды Cu-Cd | 6042296903674722425115141973200 | 77,70,470,0518,26 | |||||
| Тепло экзотермических реакций | 349628928 | 44,97 | и Zn кековТеплопотериНебаланс | 15017932205747210231065 | 1,930,271,32 | |||||
| Итого | 777609196 | 100 | Итого | 777609196 | 100 | |||||
3. Расчет необходимого оборудования
Рассчитаем суточное количество пульпы.
Объем обожженного цинкового концентрата:
400/5 = 80 м3/сут,
Где 5 т/м3 – плотность огарка
Объем отработанного электролита:
2843,65 / 1,269 = 2241 м3/сут
Где 1,269 т/м3 – плотность отработанного электролита
Итого суточное количество пульпы равно:
80 + 2241 = 2321 м3/сут
Принимаем к установке чаны с механическим перемешиванием:
Объем чана 100 м3
Коэффициент заполнения 0,85
Коэффициент использования во времени 0,90
Продолжительность цикла одной полной операции, мин:
Заливка отработанного электролита 35
Загрузка огарка 10
Выщелачивание 60
Выпуск пульпы на отстаивание 45
Всего 150 мин (2,5 ч)
Число операций нейтрального выщелачивания:
2321 / (100 * 0,85 * 0,90) = 31
Количество чанов:
31 * 2,5 / 24 = 4
С учетом резерва на ремонты принимаем 5 реакторов.
Список литературы
1. Барок Н.М. и др. Краткий справочник физико-химических величин. – Л.: Химия, 1974
2. Лоскутов Ф.М., Цейдлер Л.А. Расчеты по металлургии тяжелых цветных металлов. - М.: Металлургиздат, 1963
3. Технологические расчеты в металлургии тяжелых цветных металлв / Под руд. Н.В. Гудимы. – М.: Металлургия, 1977