Обжиг цинкового концентрата (стр. 3 из 4)

масса

масса CuFeS₂=

;

масса S в CuFeS₂=

; масса Fe=1,58

S в FeS₂=

; Fe в FeS₂= 5,57

масса Fe в Fe₂O₃=8,3-7,15=1,15;

масса Fe₂O₃=

; масса O₂=0,49;

масса MgCO₃=

масса CO₂=1,05-0,5=0,55

масса СO₂в CaCO₃=1,26-0,55=0,71

масса СaCO₃=0,9+0,71=1,61

Прочие=100-98,05=1,95

Вещественный состав цинкового концентрата

Соединение	Масса (содержание) составляющих, кг (%)
Соединение	Zn	Cu	Pb	Cd	Fe	S	SiO₂	CaO	MgO	O₂	CO₂	Прочие	Всего
ZnS	48,55	24,27	73,77
CuFeS₂	1,80	1,58	1,82	5,20
PbS	0,80	0,12	0,92
CdS	0,30	0,09	0,39
FeS₂	5,57	6,40	11,97
Fe₂О₃	1,15	0,49	1,64
CaCO₃	0,90	0,71	1,61
MgCO₃	0,50	0,55	1,05
SiO₂	1,50	1,50
Прочие	1,95	1,95
Всего	48,55	1,80	0,80	0,30	8,30	33,02	1,50	0,90	0,50	0,49	1,26	1,95	100,0

Материальный баланс процесса обжига.

Расчет массы и вещественного состава смеси огарка и пыли.

Примем, что обжиг ведется при умеренном расходе дутья и соответственно доля огарка и пыли от общей массы продукта обжига составляет 60 и 40%. По данным литературы и практики примем содержания сульфидной и сульфатной серы в огарке и пыли (смесь пылей) и рассчитаем содержание серы в огарке и пыли.

Материал	Доля от общей массы, %	Содержание, %
Материал	Доля от общей массы, %	S_S	S_SO4	Всего
Огарок	60	0,3	0,8	1,1
Пыль	40	0,5	4,85	5,35
Смесь огарка и пыли	100	0,38	2,42^*	2,8

Расчет массы смеси огарка и пыли проведем алгебраическим методом, обозначив массу смеси, огарка и пыли X.

По данным литературы и практики (с некоторым упрощением) принимаем, что в смеси огарка и пыли цинк находится в виде ZnS, ZnSО₄, ZnO, ZnO∙Fe₂О₃, медь в виде Cu₂О, свинец на 50 % в виде РЬО и на 50 % в виде PbSО₄, кадмий в виде CdO, железо в виде Fе₂O₃, 70 % которого связано в феррит цинка ZnO∙Fe₂О₃, сульфидная сера целиком связана с цинком в виде ZnS, сульфатная сера связана с цинком, свинцом, кальцием и магнием (соответственно в виде ZnSО₄, PbSО₄, CaSО₄, MgSО₄), причем кальций и магний находятся целиком в виде сульфатов, кремнезем (SiO₂) в свободном виде. Прочие составляющие концентрата целиком переходят в твердый продукт обжига. Расчет дает следующие результаты:

Масса сульфидной серы в смеси огарка и пыли

0,42∙10^-2·Х кг.

Масса Zn в ZnS=(65,39· 0,42·10^-2·X)/33,02 = 0,86∙10^-2·Х кг.

Масса ZnS=0,42∙10^-2·Х+ 0,86∙10^-2·Х = 1,28∙10^-2·Х кг.

Масса O₂ в Cu₂О=(16,0·1,80)/127,10 = 0,23 кг.

Масса Cu₂О=1,80 + 0,23 = 2,03 кг.

Масса Pb в виде РЬО=0,8· 0,5 = 0,4 кг.

Масса O₂ в РЬО=(16,0· 0,40)/207,2 = 0,03 кг.

Масса РЬО=0,4 + 0,03 = 0,43 кг.

Масса S в PbSО₄=(33,02·0,40)/207,2 = 0,06 кг.

Масса O₂ в PbSО₄=(64,0·0,40)/207,2 = 0,12 кг.

Масса PbSО₄=0,40 + 0,06 + 0,12 = 0,58 кг.

Масса O₂ в CdO=(16,0·0,30)/112,41 = 0,04 кг.

Масса CdO=0,30 + 0,04 = 0,34 кг.

Масса Fe в феррите цинка (ZnO·Fe₂0₃)=8,30·0,70 = 5,81 кг.

Масса Zn в ZnO·Fe₂0₃=(65,39·5,81)/111,70 = 3,40 кг.

Масса O₂ в ZnO·Fe₂0₃=(64,0·5,81)/111,70 = 3,33 кг

Масса ZnO·Fe₂0₃= 5,81 + 3,40 + 3,33 = 12,54 кг.

Масса Fe в виде свободного оксида железа (Fe₂O₃)=8,30·0,30 = 2,49 кг.

Масса O₂ в Fe₂O₃=(48,0·2,49)/111,70 = 1,07 кг.

Масса Fe₂O₃=2,49 + 1,07 = 3,56 кг.

Масса S в CaSО₄=(33,02·0,90)/56,08 = 0,51 кг.

Масса O₂ в CaSО₄=(48,0·0,90)/56,08 = 0,77 кг.

Масса CaSО₄ = 0,90 + 0,51 + 0,77 = 2,18 кг.

Масса S в MgSО₄=(33,02·0,50)/40,30 = 0,40 кг.

Масса O₂ в MgSО₄=(48,0·0,50)/40,30 = 0,60 кг.

Масса MgSО₄ = 0,50 + 0,40 + 0,60 = 1,50 кг.

Масса сульфатной серы в смеси огарка и пыли= 2,38∙10^-2·Х, кг.

Масса серы, входящей в состав сульфата цинка=

=2,38 ∙10^-2·Х ‑ (0,06 + 0,51 + 0,40) = (2,38 ∙10^-2·Х - 0,97) кг.

Масса Zn в ZnSО₄=65,39·(2,38 ∙10^-2·Х - 0,97)/32,06 = (4,85∙10^-2·Х - 1,98) кг.

Масса O₂ в ZnSО₄=64,0·(2,38 ∙10^-2·Х - 0,97)/32,06 = (4,75∙10^-2·Х - 1,94) кг.

Масса ZnSО₄ =2,38∙10^-2·Х - 0,97 + 4,85∙10^-2·Х - 1,98 + 4,75∙10^-2·Х - 1,94 = (11,98∙10^-2·Х-4,89) кг.

Масса Zn в свободном оксиде цинка (ZnO)=

=49,50 - 0,86∙10^-2·Х - 3,40 - 4,85∙10^-2·Х + 1,98 = (48,08 - 5,71∙10^-2·Х) кг.

Масса O₂ в ZnO= 16,0·(48,08 - 5,71∙10^-2·Х)/65,38 = (11,77 - 1,40∙10^-2·Х) кг.

Масса ZnO= 48,08 - 5,71∙10^-2·Х + 11,77 - 1,40∙10^-2·Х = (59,85 - 7,11∙10^-2·Х) кг.

Масса смеси огарка и пыли

X = 1,28∙10^-2·Х + 2,03 + 0,43 + 0,58 + 0,34 + 12,54 + 3,56 + 2,18 + 1,50 + 11,98∙10^-2·Х - 4,89 + +59,85 - 7,11∙10^-2·Х + 1,50 + 1,95.

Решив это уравнение, находим X = 86,92 кг.

По значению X находим массу элементов и соединений в смеси огарка и пыли и по этим данным составляем таблицу вещественного состава твердого продукта обжига

Соединение	Масса (содержание) составляющих, кг (%)																								Всего
	Zn		Сu		РЬ		Cd		Fe		S₂		Sso₄		SiO₂		СаО		Mg		O₂		Прочие		Всего
	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
ZnO	49,61	43,12	12,14	10,55	61,75	53,67
ZnO·Fe₂О₃	3,91	3,4	6,68	5,81	3,83	3,33	14,42	12,54
ZnS	0,86	0,75	0,42	0,36	1,28	1,11
ZnSO₄	2,57	2,23	1,26	1,1	2,53	2,2	6,36	5,53
Cu₂О	2,07	1,8	0,26	0,23	2,33	2,03
PbO	0,46	0,4	0,03	0,03	0,49	0,43
PbSO₄	0,46	0,4	0,07	0,06	0,14	0,12	0,67	0,58
CdO	0,35	0,3	0,05	0,04	0,4	0,34
Fe₂O₃	2,86	2,49	1,23	1,07	4,09	3,56
SiO₂	1,73	1,5	1,73	1,5
CaSO₄	0,59	0,51	1,03	0,9	0,89	0,77	2,51	2,18
MgSO₄	0,46	0,4	0,58	0,5	0,69	0,6	1,73	1,5
Прочие	2,24	1,95	2,24	1,95
Всего	56,95	48,55	2,07	1,8	0,92	0,8	0,35	0,3	9,54	8,3	0,42	0,36	2,38	2,07	1,73	1,5	1,03	0,9	0.58	0,5	21,79	18,94	2,24	1,95	100	86,92

Масса и вещественный состав смеси огарка и пыли

Расчет количества дутья, количества и состава отходящих газов.

Масса серы, переходящей в газовую фазу равна 33,02 - (0,36 + 2,07) = 30,27 кг.

Принимаем, что сера в газах находится целиком в виде SO₂, тогда масса O₂ потребного на образование этого соединения равна (33,02· 30,27)/32,07= 30,21 кг.

На образование оксидов и сульфатов твердого продукта обжига потребуется еще

18,94 - 0,49 = 18,43 кг кислорода.

Всего на обжиг 100 кг сухого концентрата потребуется 30,21 + 18,43 = 48,64 кг кислорода.

На практике обжиг сульфидных цинковых концентратов в печах кипящего слоя ведут как на воздушном дутье (21 % кислорода по объему), так и на дутье, обогащенном кислородом, с содержанием кислорода в дутье до 35 % по объему.

Содержание кислорода в дутье обычно задают по объему, тогда содержание кислорода по массе [О₂]_масс в процентах можно рассчитать по формуле [О₂]_масс = 800·[О₂]_об /(700 + [О₂]_об),

где [О₂]_об – содержание кислорода в дутье по объему, %.

Примем содержание кислорода в дутье 28 % по объему, тогда содержанке кислорода в дутье по массе составит (800·28)/(700 + 28) = 30,77%.

Теоретическое количество дутья равено 48,64/(30,77·10^-2) = 158,08 кг.

Коэффициент расхода дутья при обжиге цинковых концентратов в печах кипящего слоя от теоретического a = 1,1 - 1,4.

Примем a = 1,25, тогда практическое количество дутья

158,08·1,25 = 197,60 кг, где 197,60·30,77·10^-2 = 60,80 кг

или (60,80·22,4)/32,0 = 42,56 м³O₂.

Масса азота в дутье равна 197,60 - 60,80 = 136,80 кг или (136,80·22,4)/28,0 = 109,44 м³.

Масса избыточного кислорода в дутье, который перейдет в отходящие газы равна,

60,80 - 48,64 = 12,16 кг или (12,16-22,4)/32,0 = 8,51м³.

Масса SО₂ в газах (30,27·64,07)/33,02 = 60,48 кг или (60,48·22,4)/64,06 = 21,15 м³.

Масса СО₂ в газах 1,16 кг или (1,26·22,4)/44,01 = 0,64 м³.

Для расчета массы и объема паров воды в газах примем влажность концентрата равной 7 % (на практике при загрузке шихты в печь кипящего слоя в сухом виде она составляет 6-10 %).

На 100 кг сухого концентрата поступит

(100·7)/(100 - 7) = 7,53 кг или (7,53·22,4)/18,02 = 9,37 м³ воды.

На основании выполненных расчетов составляем таблицу

Количество и состав отходящих газов

Газ	Масса, кг	Массовое содержание, %	Объем, м³	Объемное содержание, %
N₂	136,80	62,69	109,44	73,40
О₂	12,16	5,57	8,51	5,71
SO₂	60,48	27,71	21,15	14,18
H₂O	7,53	3,45	9,37	6,28
CO₂	1,26	0,58	0,64	0,43
Всего	218,23	100,00	149,11	100,00

Для проверки правильности выполненных расчетов и удобства пользования ими сводим результаты расчетов в таблицу материального баланса