4.1 Приготовление исходного раствора
Составы растворов рассмотрены в разделе 2.1. Раствор электролита из цеха электролиза после очистки от железа, сурьмы и частично от мышьяка объединяется с промывными водами и кислыми растворами печи «КС».
Берем 85 % масс электролита, 6 % масс промвод и 9 % масс кислого раствора. Данные сведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1. Смешение растворов
| Приход | Расход | ||||
| Статья | кг/сут | % | Статья | кг/сут | % |
| 1. Электролит, втом числеH2SO4CuSO4NiAsH2O2. Промводы, втом числеH2SO4CuSO4NiAsH2O3. Кислыйраствор,томчислеH2SO4CuSO4NiAsH2O | 15335426069147224613071117951089322567222210260161679701943885314562 | 100,017,09,60,30,272,9100,00,25,20,20,294,2100,06,01,22,40,390,1 | 1. Усредненныйраствор, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2O | 1804142706115483871382136617 | 100,015,08,60,50,275,7 |
| Итого | 180414 | Итого | 180414 | ||
4.2 Стадия нейтрализации серной кислотой [14]
Полученный усредненный раствор направляется на стадию нейтрализации свободной серной кислоты до остаточного содержания 5 – 15 г./л. Нейтрализация осуществляется гранулированной медью с использованием в качестве окислителя кислорода воздуха.
Cu + H2SO4 + ½ O2 = CuSO4 + H2O (43)
M 64 98 16 160 18
m 17518 26824 4380 43795 4927
где М – молярная масса вещества, г/моль;
m – масса вещества, кг/сут.
По реакции (43) находим массы веществ. Содержание меди в гранулах 98,99 %, отсюда
mcu = 17697 ∙ 0,9899 =17518 кг,
m H2SO4 = 17518 ∙ 98/64 = 26824 кг,
m O2 =17518 ∙ 16/64 = 4380 кг,
m CuSO4 = 17518 ∙ 160/64 = 43795 кг,
m H2O = 17518 ∙ 18/64 = 4927 кг.
Степень разложения CuSO4 98 %, тогда с учетом этого
m O2исп = 4380 ∙ 0,98 = 4292 кг,
m H2SO4исп= 26824 ∙ 0,98 = 26287 кг,
m CuSO4исп= 43795 ∙ 0,98 = 42919 кг,
m H2Oисп= 4927 ∙ 0,98 = 4828 кг,
mcuисп = 17518 ∙ 0,98 = 17168 кг,
mвозд = 4380/0,231 = 18961 кг,
mN2 = 18961 – 4380 = 14581 кг,
m H2O = 4828 + 136617 = 141445 кг,
mcu = 17518 – 17168 = 350 кг,
m H2SO4израсх = 27061 – 26287 = 774 кг,
m CuSO4получ = 15483 + 42919 = 58402 кг,
mнераств. примесей = 17697 – 17518 = 179 кг,
m O2израсх = 4380 – 4292 = 88 кг.
Полученные данные в ходе нейтрализации представлены в табл. 4.2.
Таблица 4.2. Стадия нейтрализации
| Приход | Расход | ||||
| Статья | кг/сут | % | Статья | кг/сут | % |
| 1. Усреднен-ный раствор, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2O2. Гранулы, в том числеCuнерастворимыепримеси3. Воздух, в том числеO2N2 | 1804142706115483871382136617176971751817918961438014581 | 100,015,08,60,50,275,7100,099,01,0100,023,176,9 | 1. Пульпа, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2O– Твердый остаток, в том числеCuнерастворимые примеси2. Отходящие газы, в том числеO2N2 | 20187477458402871382141445529350179146698814581 | 100,00,428,80,40,269,90,20,1100,00,699,4 |
| Итого | 217072 | Итого | 217072 | ||
4.3 Фильтрация смеси
На стадию фильтрации поступает смесь после глубокой нейтрализации, на выходе имеем нейтральный раствор и медно-мышьяковистый кек, который отгружают и используют в других производствах.
Состав медно – мышьяковистого кека: 20 % Cu, 15 % As, 2 % Ni, 60 % H2O, 3 % нерастворимый остаток.
Тогда mкека = 350/0,2 = 1750 кг,
m As = 1750 ∙ 0,15 = 262 кг,
m As в р-ре = 382 – 262 = 120 кг,
mNi = 1750 ∙ 0,02 = 35 кг,
mNi в р-ре = 871 – 35 = 836 кг,
m влаги = 1750 ∙ 0,6 = 1050 кг,
mнераств. ост. = 1750 ∙ 0,03 = 53 кг.
Исходный раствор имеет массу mобщ (CuSO4 + H2SO4 + H2O) = 200621 кг
ωCuSO4 = 58402/200621 ∙ 100 = 29,1 %,
ωH2SO4 = 774/200621 ∙ 100 = 0,4 %,
ωH2O = 141445/200621 ∙ 100 = 70,5 %.
Отсюдаm CuSO4 = 1050 ∙ 0,291 = 306 кг,
m H2SO4 = 1050 ∙ 0,004 = 4 кг,
m H2O = 1050 ∙ 0,705 = 740 кг.
Найдем массу CuSO4 в нейтральном растворе
m CuSO4 = 58402 – 306 = 58097 кг,
m H2SO4 = 774 – 4 = 770 кг,
m H2O = 141445 – 740 = 140705 кг.
Результат расчетов по стадии фильтрации представлен в табл. 4.3.
Таблица 4.3. Фильтрация смеси
| Приход | Расход | ||||
| Статья | кг/сут | % | Статья | кг/сут | % |
| 1. Смесь, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2OCuнерастворимый остаток | 20240377458402871382141445350179 | 100,00,428,80,40,269,90,20,1 | 1. Нейтральный раствор, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2O2. Кек, в том числеCuNiAsнерастворимый остатокH2SO4CuSO4H2O | 20052777058096836120140705175035035262534306740 | 100,00,429,00,40,170,1100,020,02,015,03,00,217,442,4 |
| Итого | 202403 | Итого | 202277 | ||
Невязка баланса 0,06 %.
4.4 Смешение
В процессе данной стадии происходит смешение двух растворов, а именно, нейтрального раствора массой 151043 кг и оборотного раствора – растворенный медный купорос третьей стадии кристаллизации, массой 14501 кг.
Берем 8,76 % оборотного раствора и 91,24 % нейтрального раствора.
mобщая = 200527/0,9124 = 219876 кг,
mоборотного раствора = 219876 ∙ 0,0876 = 19253 кг,
m CuSO4 = 58096 + 4482 = 62578 кг,
m H2SO4 = 770 + 73 = 843 кг,
m H2O = 140705 + 14686 = 155391 кг,
mNi = 836 + 8 = 844 кг,
mAs = 120 + 4 = 124 кг.
Данные расчетов занесены в табл. 4.4.
Таблица 4.4. Смешение нейтрального и оборотного растворов
| Приход | Расход | ||||
| Статья | кг/сут | % | Статья | кг/сут | % |
| 1. Нейтральный раствор, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2O2. Оборотный раствор, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2O | 20052777058096836120140705192537344828414686 | 100,00,429,00,40,170,1100,00,3423,30,040,0276,3 | 1. Смешанный раствор, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2O | 21978084362578844124155391 | 100,00,428,450,40,0570,7 |
| Итого | 219780 | Итого | 219780 | ||
4.5 Вакуум-выпарная кристаллизация I
На упарку после фильтрации поступает 219780 кг раствора, который содержит CuSO4 – 62578 кг, H2SO4 – 843 кг, Ni – 844 кг, As – 124 кг, H2O – 155391 кг.
Влажность купороса после отделения его от маточника на центрифуге – 5 %.
Рассчитаем количество образовавшихся кристаллов и маточного раствора.
mр-ра ∙ Ср-ра = mкр ∙ Скр + mмат ∙ Смат.,
mр-ра = mкр + mмат.,
где mр-ра – масса смешанного раствора, кг/сут;
Ср-ра – концентрация CuSO4;
mкр – масса кристаллов, кг/сут;
Скр – отношение молярных масс CuSO4 и CuSO4 ∙ 5 H2O;
Смат. – концентрация CuSO4 в маточном растворе на 100 г. H2O.
С CuSO4 = 62578/219780 = 0,285,
Скр = М CuSO4/М CuSO4 ∙ 5 H2O = 160/250 = 0,64.
Рассчитаем концентрацию CuSO4 в маточном растворе, исходя из растворимости при 450С, которая равна 8,7 г на 100 г. H2O.
С CuSO4 = 8,7/(100+8,7) = 0,08,
219780 ∙ 0,285 = mкр ∙ 0,64 + mмат ∙ 0,08,
mкр = 219780 – mмат,
219780 ∙ 0,285 = (219780 – mмат) ∙ 0,64 + mмат∙ 0,08
mмат = 139325 кг,
mкр = 219780 – 139325 = 80455 кг.
Мы нашли массу влажных кристаллов, а так как нам известен процентный состав кристаллов 95 %, следовательно
mкр = 80455/0,95 = 84689 кг,
mмат = 139325 – (84689 – 80455) = 135091 кг,
m CuSO4крист = 80455 ∙ 0,64 = 51491 кг,
m H2Oкрист= 80455 – 51491 = 28964 кг,
m CuSO4в мат = 62578 – 51491 = 11087 кг,
m H2Oв мат= 155391 – 28964 = 126427 кг.
Сведем все массы в табл. 4.5.
Таблица 4.5. Вакуум-выпарная кристаллизация I
| Приход | Расход | ||||
| Статья | кг/сут | % | Статья | кг/сут | % |
| 1. Смешанный раствор, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2O | 21978084362578844124155391 | 100,000,4028,450,400,0570,70 | 1. Пульпа, в том числеCuSO4∙5 H2OH2SO4CuSO4NiAsH2O | 2197808045584311087844124126427 | 100,0036,600,405,000,400,0557,55 |
| Итого | 219780 | Итого | 219780 | ||
4.6 Фильтрация пульпы, полученной после первой стадии кристаллизации
Рассчитаем процентный состав и найдем массы компонентов в маточном растворе.
ωCuSO4 = 11087/139325 ∙ 100 = 7,96 %,
ωH2SO4 = 843/139325 ∙ 100 = 0,61 %,
ωH2O = 126427/139325 ∙ 100 = 90,74 %,
ωNi = 844/139325 ∙ 100 = 0,60 %,
ω As = 124/139325 ∙ 100 = 0,09 %.
Тогдаmкр = 84689 – 80455= 4234 кг,
m H2SO4 = 4234 ∙ 0,0796 = 337 кг,
m CuSO4 = 4234 ∙ 0,0061 = 26 кг,
m H2O = 4234 ∙ 0,9074 = 3842 кг,
mNi = 4234 ∙ 0,006 = 25 кг,
mAs = 4234 ∙ 0,0009 = 4 кг.
На стадии фильтрации получаем кристаллы с влажностью 5 % и маточный раствор, который направляют на вторую стадию вакуум-выпарной кристаллизации. Данные представлены в табл. 4.6.
Таблица 4.6. Фильтрация пульпы I
| Приход | Расход | ||||
| Статья | кг/сут | % | Статья | кг/сут | % |
| 1. Пульпа, в том числеCuSO4 ∙5 H2OH2SO4CuSO4NiAsH2O | 2197808045584311087844124126427 | 100,0036,600,405,000,400,0557,55 | 1. Кристаллы, в томчисле– CuSO4∙5 H2O– Маточный растворH2SO4CuSO4NiAsH2O2. Маточный раст-вор I, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2O | 8468980455423433726254384213509150611061819120122585 | 100,0095,000,400,030,030,0054,54100,00,408,200,600,1090,70 |
| Итого | 219780 | Итого | 219780 | ||
4.7 Вакуум-выпарная кристаллизация II