Расчет рационального состава цинкового концентрата

При обжиге протекают следующие реакции окисления сульфидов:
ZnS+1,5O₂=ZnO+SO₂; (22)
ZnS+2O₂=ZnSO₄ (23)
PbS+1,5O₂=PbO+SO₂ (24)
2CuFeS₂+6O₂=Cu₂O+Fe₂O₃+4SO₂ (25)
2CuS+2,5O₂=Cu₂O+2SO₂ (26)
2FeS₂+5,5O₂=Fe₂O₃+4SO₂ (27)
2Fe₇S₈+26,5O₂=7Fe₂O₃+16SO₂ (28)
CdS+1,5O₂=CdO+SO₂ (29)

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. 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 °.

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.
Исходные данные:

1) Химический состав цинкового концентрата, %: 55 Zn; 1,2 Pb; 6,5 Fe; 1Cu; 0,3 Cd; 0,74SiO₂; 1 Al₂O₃; S–по расчету, прочие – по разности до 100%.

2) Минералогический состав концентрата: цинк находится в концентрате в сфалерите ZnS; свинец в галените PbS; медь – в виде халькопирита CuFeS₂ и ковеллина CuS в соотношении 1:3;остальное железо – в пирите FeS₂ и пирротине FeS в соотношение 3:1; кадмий – в сильфиде кадмия CdS; пустая порода представлена кремнеземом SiO₂, и глиноземом Al₂O₃.

3) Исходный цинковый концентрат поступает на обжиг с влажностью 8%.

4) В агрегат «КС» 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 реакции 23.

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% в ZnSO₄ и 0,3% в ZnS [6].

Расчет ведется на 100 кг концентрата – таблица 3.

Таблица 3 – Рациональный состав цинкового концентрата

Определяется количество сфалерита:

m(ZnS)=m(Zn)/Ar(Zn)*M(ZnS)=55/65,4*97,4=81,9 кг.

Серы в сфалерите:

m(S)=m(ZnS)-m(Zn)=81,9-55=26,9 кг.

Определяется количество галенита в концентрате:

m(PbS)=m(Pb)/Ar(Pb)*M(PbS)=1,2/207,2*239,2=1,4 кг.

Серы в галените:

m(S)=m(PbS)-m(Pb)=1,4-1,2=0,2 кг.

Так как медь находится в халькопирите и ковелине в соотношении 1:3, тогда в халькопирите будет 0,25 кг, а в ковелине 0,75 кг.

Определяется количество халькопирита в концентрате:

m(CuFeS₂)=m(Cu)/Ar(Cu)*M(CuFeS₂)=0,25/63,55*183,4=0,72 кг.

Железа в халькопирите:

m(Fe)= m(Cu)/Ar(Cu)*Ar(Fe)=0,25/63,55*55,85=0,219 кг.

Серы в халькопирите:

m(S)= m(CuFeS₂)-m(Cu)-m(Fe)=0,72-0,219-0,25=0,251 кг.

Определяется количество ковелина в концентрате:

m(CuS)=m(Cu)/Ar(Cu)*M(CuS)=0,75/63,55*95,55=1,128 кг.

Серы в ковелине:

m(S)= m(CuS)-m(Cu)=1,128-0,75=0,378 кг.

Количество железа в пирите и пирротине составит:

6,5-0,219=6,281 кг.

Так как железо находится в пирите и пирротине в соотношении 3:1, тогда в пирите будет 4,71 кг, а в пирротине 1,57 кг.

Определяется количество пирита в концентрате:

m(FeS₂)=m(Fe)/Ar(Fe)*M(FeS₂)=4,71/55,85*119,85=10,13 кг.

Серы в пирите:

m(S)= m(FeS₂)-m(Fe)=10,13-4,71=5,42 кг.

Количество пирротина в концентрате:

m(Fe₇S₈)=m(Fe)/Ar(Fe)*M(Fe₇S₈)=1,57/390,95*646,95=2,6 кг.

Серы в пирротине:

m(S)= m(Fe₇S₈)-m(Fe)=2,6-1,57=1,032 кг.

Количество кадмия в концентрате:

m(CdS)= m(Cd)/Ar(Cd)*Ar(CuS)=0,3/112,41*144,41=0,39 кг.

серы в сульфиде кадмия:

m(S)= m(CdS)-m(Cd)=0,39-0,3=0,09 кг.