Обжиг цинковых концентратов (стр. 7 из 8)

ZnS+1.5O₂=ZnO+SO₂ (4.1)

ZnS+2O₂=ZnSO₄(4.2)

PbS+1.5O₂=PbO+SO₂(4.3)

2CuFeS₂+6O₂=Cu₂O+Fe₂O₃+4SO₂(4.4)

2CuS+2.5O₂=Cu₂O+2SO₂(4.5)

2FeS₂+5.5O₂=Fe₂O₃+4SO₂(4.6)

2FeS+3.5O₂=Fe₂O₃+2SO₂(4.7)

CdS+1.5O₂=CdO+SO₂(4.8)

Продуктами окислительного обжига являются отходящие газы, огарок и пыль. Пыль и огарок представлены оксидными соединениями металлов и их перерабатывают по единой технологии. Отходящие газы содержат сернистый и серный ангидрид, азот, кислород. После очистки их отправляют на производство серной кислоты. Процесс обжига сульфидного концентрата протекает в автогенном режиме при температуре 960-980С. Автогенность процесса поддерживают регулированием расходов концентрата и воздушного дутья. Оптимальное соотношение концентрат воздух устанавливают в результате расчета теплового баланса процесса. Тепловой баланс позволяет также определить расход охлаждающей воды в теплообменниках кипящего слоя для поддержания заданной температуры.

Тепловой баланс предопределяет равенство прихода и расхода тепла в агрегат «КС». Приход тепла в обжиговую печь складывается из следующих составляющих: физическое тепло воздуха и концентрата, тепло экзотермических реакций окисления сульфидов металлов. Статьями расхода тепла являются тепло отходящих газов, пыли и огарка, тепло на нагрев и испарение охлаждающей воды.

Для расчета процесса потребуется рассчитать рациональный состав цинкового концентрата, расход воздуха для окисления сульфидов, количество и состав продуктов обжига, тепловой баланс процесса.

Исходные данные:

1. Химический состав цинкового концентрата, %: 52 ZnS; 1.4 Pb; 6.4 Fe; 1.0 Cu; 0.4 Cd; 1.3 SiO₂; 1.1 CaO; 0.7 Al₂O₃; S-по расчету, прочие - по разности до 100%.

2. Минералогический состав: цинк -в сфалерите ZnS; свинец- в галените PbS; медь- в халькопирите CuFeS₂ и ковеллине CuS в соотношение 1:1;остальное железо- в пиритеFeS₂ и троилите FeS в соотношение 3:1; кадмий- в сильфиде; пустая порода представлена кремнеземом, известняком, глиноземом.

3. Исходный цинковый концентрат поступает на обжиг с влажностью 6%

4. В агрегат подают воздух, обогащенный кислородом до 30%. Избыток воздуха составляет 10% (коэффициент избытка=1,1)

5. Сульфид цинка в количестве 2,7% от его общего содержания окисляется по (4,2)

6. Пылевынос при обжиге составляет 30%. По своему составу пыль мало отличается от огарка. В пыли и огарке цинк находится в соединениях: 95% в ZnO; 3% в ZnO*Fe₂O₃; 1.7%ZnSO₄; 0.3% в ZnS.

Расчет ведем на 100 кг. концентрата.

Таблица 4.1-Рациональный состав цинкового концентрата

Соединения.	Содержание компонентов, кг.
	Zn	Pb	Cu	Fe	Cd	S	CaO	SiO₂	Al₂O₃	Проче	Всего
ZnS PbS CuFeS₂ CuS FeS₂ FeS CdS CaO SiO₂ Al₂O₃ Прочие	52	1,4	0,5 0,5	0,44 3,97 1,99	0,4	25,44 0,22 0,5 0,25 4,55 1,14 0,11	1,1	1,3	0,7	3,49	77,44 1,62 1,44 0,75 8,52 3,13 0,51 1,1 1,3 0,7 3,49
Итого	52	1,4	1,0	6,4	0,4	32,21	1,1	1,3	0,7	3,49	100

Определим количество сфалерита в концентрате, кг:

65,4-97,4

52-х

х=52*97,4/65,34=77,44

серы в сфалерите

52*32/65,4=25,44

Определим количество галенита в концентрате, кг:

207,2 свинца содержится в 239,2 галенита

1,4-х

х=1,4*239,2/207,2=1,62

серы в галените

х=1,4*32/207,2=0,22

Определим количество халькопирита в концентрате, кг:

количество меди 1,0/2=0,5

63,54-183,4

0,5-х

х=0,5*183,4/63,6=1,44

железа в халькопирите

55,8*1,44/183,4=0,44

серы в халькопирите

64*1,44/183,4=0,5

Определим количество ковелина в концентрате, кг:

количество меди 1,0-0,5=0,5

0,5*95,54/63,6=0,75

серы в ковелине

0,5*32/63,6=0,25

Количество железа в пирите и троилите ставит ,кг:

6,4-0,44=5,96

количество железа в пирите

5,96*2/3=3,97

Определим количество пирита в концентрате, кг:

55,8-119,8

3,98-х

х=3,97*119,8/55,8=8,52

серы в пирите

8,54-3,97=4,55

железа в троилите

5,96-3,97=1,99

Количество троилита в концентрате, кг:

1,99*87,8/55,8=3,13

серы в троилите

3,13-1,99=1,14

Количество кадмия в концентрате, кг:

112,4-144,4

0,4-х

0,4*144,4/112,4=0,51

серы в сульфиде кадмия

0,4*32/112,4=0,11

Расчет количества отходящих газов и воздуха для обжига

Таблица 4.2-Количество и состав обжиговых газов

Компоненты	Количество
	кг.	нм³	% объемный
SO₂ O₂ N₂ H₂	63,06 4,85 124,18 6,0	22,1 3,4 99,3 67,2	11,51 1,77 51,72 35,0
Итого	198,1	192,0	100

При образовании сульфата цинка окислится сульфида цинка, кг.[10,c.53]

77,44*0,027=2,09

при этом потребуется кислорода, кг.

2,09*64/97,4=1,37

и будет получено сульфата цинка, кг.

2,09*161,4/97,4=3,46

Окислится сфалерита в количестве, кг.

77,44-2,09=75,35

для этого потребуется кислорода, кг.

75,35*48/97,4=37,13

при этом получится диоксида серы, кг.

75,35*64/97,4=49,51

Для окисления галенита потребуется кислорода, кг.

1,62*48/239,2=0,33

получится диоксида серы, кг.

1,62*64/239,2=0,43

Для окисления халькопирита потребуется кислорода, кг.

1,44*192/366,4=0,75

получится диоксида серы, кг.

1,44*256/366,4=1,01

Для окисления ковелина потребуется кислорода, кг.

0,75*80/190,8=0,31

получится диоксида серы, кг.

0,75*129/190,8=0,51

Для окисления пирита потребуется кислорода, кг.

8,52*176/239,6=6,26

получится диоксида серы, кг.

8,52*256/239,6=9,1

Для окисления троилита потребуется кислорода, кг.

3,13*112/175,6=2,0

получится диоксида серы, кг.

3,13*128/175,6=2,28

Для окисления оксида кадмия потребуется кислорода, кг.

0,51*48/144,4=0,2

получится диоксида серы, кг.

0,51*64/144,4=0,22

Всего потребуется кислорода для окисления сульфидов концентрата, кг.

1,37+37,13+0,33+0,75+0,31+6,28+2,0+0,2=48,37

В печь для обжига подается дутье, обогащенное кислородом до 30%, тогда масса обогащенного воздуха составит, кг

48,37*100/30=161,23

Избыток воздуха составляет 10%, тогда практическое количество воздуха составит, кг.

161,23*1,1=177,4

В этом количестве воздуха содержится, кг.

кислорода 177,4*0,3=53,22

азота 177,5*0,7=124,18

Получится при обжиге диоксида серы, кг.

49,51+0,43+1,01+0,51+9,1+2,28+0,22=63,06

Цинковый концентрат поступает на обжиг с влажностью 6%

в газовую фазу перейдет:

азота 124,18

кислорода 53,22-48,37=4,85

сернистого ангидрида 63,06

воды 6,0

Расчет количества пыли и огарка

Пылевынос при обжиге составит 30%. Все компоненты огарка переходят в пыль на 30%.

Содержание компонентов в пыли составит, кг.

Цинк 52*0,3=15,6

Свинец 1,4*0,3=0,42

Медь 1,0*0,3=0,3

Железо 6,4*0,3=1,92

Кадмий 0,4*0,3=0,12

оксида кальция 1,1*0.3=0,33

кремнезема 1,3*0,3=0,39

глинозема 0,7*0,3=0,21

прочих 3,49*0,3=1,05

Примем для расчета содержание цинка в пыли в следующих формах[10,c.61]

90% ZnO; 7% ZnO*Fe₂O₃; 2.7%ZnSO₄; 0.3%ZnS

Определяем количество цинка в оксиде цинка 15,6*0,9=14,04

количество оксида цинка составит 14,04*81,4/65,34=17,48

кислорода с оксиде цинка 14,04*16/65,34=3,44

Количество цинка, связанного в ферритную форму 15,6*0,07=1,1

количество феррита цинка составит 1,1*241/65,34=4,06

кислорода в феррите цинка 4,06*64/241=1,08

железа в феррите цинка 4,06*111,6/241=1,88

Определяем количество цинка в сульфате цинка 15,6*0,027=0,42

количество сульфата 0,42*161,4/65,34=1,04

кислорода в сульфате 0,42*64/65,34=0,41

серы сульфатной в сульфате цинка 0,42*32/65,34=0,21

Цинка содержится в пыли в сульфиде цинка 15,6*0,003=0,04

сульфида цинка в пыли 0,04*97,4/65,34=0,06

серы связанно в сульфиде цинка 0,06*32/97,4=0,02

Свинец в пыли содержится в виде оксида свинца.

определим количество оксида свинца 0,42*223,2/207,2=0,45

кислорода в оксиде свинца 0,42*16/207,2=0,03

Медь в пыли содержится в виде оксиде меди (1)

количество оксида меди 0,3*143/127=0,33

содержание кислорода 0,3*16/143=0,03

Количество железа в оксиде железа (3) в пыли содержится 1,92-1,88=0,04

сод-е в оксиде железа (3) в пыли 0,04*159,6/111,6=0,06

кислорода в оксиде железа (3) 0,06-0,04=0,02

Оксида кадмия в пыли присутствует 0,12*128,4/112,4=0,14

кислорода содержится 0,14*16/128,4=0,02

Таблица 4,3-Количество и состав пыли

Соединения	Zn	Pb	Cu	Fe	Cd	Sso₄	Ss	O₂	SiO₂	CaO	Al₂O₃	проч.	Итого
ZnO ZnO ^.Fe₂O₃ ZnSO₄ ZnS PbO Fe₂O₃ Cu₂O CdO SiO₂ Al₂O₃ CaО Прочие	14,04 1,1 0,42 0,04	0,42	0,3	1,88 0,04	0,12	0,21	0,02	3,44 1,08 0,41 0,03 0,02 0,03 0,02	0,39	0,33	0,21	1,05	17,48 4,06 1,04 0,06 0,45 0,06 0,33 0,14 0,39 0,21 0,33 1,05
Итого	15,6	0,42	0,3	1,92	0,12	0,21	0,02	5,03	0,39	0,33	0,21	1,05	25,6

В огарок перешло 70% компонентов концентрата

Zn 52*0.7=36,4

Pb 1.4*0,7=0,98

Cu 1.0*0.7=0.7

Fe 6.4*0.7=4,48

Cd 0.4*0.7=0,28

CaO 1.1*0.7=0,77

кремнезем 1,3*0,7=0,91

глинозем 0,7*0,7=0,49

прочих 3,49*0,7=2,4

Примем, что цинк в огарке находится в следующих соединениях[10,c.64]

90% ZnO; 7%ZnO*Fe₂O₃; 0.3ZnS; 2.7%ZnSO₄.

Цинк в оксиде цинка содержится, кг: 36,4*0,9=32,8

оксида цинка в огарке 32,8*81,4/65,34=40,8

кислорода в оксиде цинка 40,8*16/81,4=8

Цинк содержится в феррите цинкового огарка, кг: 36,4*0,07=2,55

феррита цинка в огарке 2,55*241/65,34=9,4

в феррите цинка железа 9,4*111,6/241=4,35

кислорода в феррите цинка 9,4*64/241=2,5

Цинка в сульфате цинкового огарка содержится, кг: 36,4*0,027=0,98

сульфата цинка 0,98*161,4/65,34=2,42

кислорода в сульфате цинка 2,42*64/161,4=0,96

серы в сульфате цинка 2,42*32/161,4=0,48

Цинк содержится в сульфиде огарка, кг: 36,4*0,003=0,11

сульфида цинка в огарке 0,11*97,4/65,34=0,16

серы в сульфиде цинка 0,16*0,11=0,05

Свинца содержится в оксиде свинца огарка 0,98кг,

оксида свинца 0,98*223,2/207,2=1,06