Расчёт рационального состава огарка

При обжиге цинковых концентратов в кипящем слое обожжённый продукт представляет собой смесь огарка и пыли, которая выносится из печи вместе с отходящими газами и улавливается в системе очистки газов. Исходя из опыта работы промышленных печей кипящего слоя принимаем, что в смеси пыли и огарка содержатся: цинк- ZnO, ZnSO₄, ZnS, ZnO·Fe₂O₃,; Cвинец- 50%- PbO, 50%- PbSO₄; медь-70%-CuO, 30%- СuO·Fe₂O₃; Cd- 70%-CdO, 30% -CdO·Fe₂O₃; Fе- 90%- ферриты, 5%-FeO, 5%-Fe₂O₃; Ca- 100%-CaSO₄.

Принимаем, что в огарке содержится 0,3% сульфидной серы и 3% сульфатной серы. Влажность концентрата 7% масс, влажность дутья 6 г/м³.

В процессе обжига протекают следующие основные реакции:

ZnS+ 1,5O₂ = ZnO + SO₂

ZnS+ 2O₂ = ZnSO₄

PbS + 1,5O₂ = PbO + SO₂

PbS + 2O₂ = PbSO₄

2CuFeS₂ = Cu₂S + 2FeS + 0,5O₂

Cu₂S + O₂ = 2CuO + SO₂

CdS + 1,5O₂ = CdO + SO₂

2FeS₂ = FeS + 2SO₂

Fe₇S₈ = 7FeS + 0,5S₂

2FeS +3O₂ = 2FeO +2SO₂

2FeS + 3,5O₂ = Fe₂O₃ +2SO₂

CuO + Fe₂O₃ = CuO ·Fe₂O₃

CdO + Fe₂O₃ = CdO ·Fe₂O₃

ZnO + Fe₂O₃ = ZnO ·Fe₂O₃

CaO + SO₂ ^– CaSO₄

S + O₂ = SO₂

В соответствии с принятым распределением в огарке 0,5 кг Pb находятся в виде PbO и 0,5 кг в виде PbSO₄.

Тога в огарке содержится

0,5· = 0,5386 кг PbO.

В нём содержится кислорода

0,5· = 0,0386 кг.

В огарке содержится PbSO₄

0,5· = 0,7318 кг.

В нём содержится серы

0,5· = 0,0774 кг

и кислорода

0,5· = 0,1544 кг.

В соответствии с принятым для меди распределением в огарке содержится меди в виде CuO

0,7·0,8 = 0,56 кг.

Тогда в огарке содержится CuO

0,56 = 0,7135 кг.

В CuO содержится кислорода

0,7135 – 0,56 = 0,1535 кг.

Количество меди, содержащееся в огарке в виде CuO·Fe₂O₃, составит

0,8·0,3 = 0,24 кг.

Тогда количество CuO·Fe₂O₃ в огарке составит

0,23· = 0,9036 кг.

В CuO·Fe₂O₃ содержится железа

0,9036· = 0,4219 кг

и кислорода

0,9036· = 0,24 17 кг.

В соответствии с принятым распределением в огарке содержится Cd в виде CdO

0,7·0.5 = 0,35 кг.

Тогда масса CdO в огарке составит

0,35· = 0,3998 кг.

Количество кислорода в СdO составит

0,3398· = 0,0498 кг.

Количество Cd в виде СdO·Fe₂O₃ в огарке составит

0,7·0.5 =0,15 кг.

Тогда количество СdO·Fe₂O₃ в огарке составит

0,15· = 0,3845 кг.

Количество Fе в СdO·Fe₂O₃ составит

0,3845· = 0,1491 кг.

Количество кислорода в феррите СdO·Fe₂O₃ составит;

0,3845· = 0,0854 кг

Кальций, находящийся в концентрате в виде СаО, в огарке полностью находится в виде CaSO₄. Тогда количество CaSO₄ в огарке составит:

1,0· = 2,4276 кг.

Количество серы в CaSO₄ составит

2,4276· = 0,5417 кг.

Количество кислорода в CaSO₄, несвязанное с CaO, составит

2,2476 – 1,0 – 0,5417 = 0,8559 кг.

Считаем, что SiO₂, Al₂O₃ и прочие из концентрата полностью без изменений переходят в огарок. Их количество в огарке составит:

SiO₂ -3,0 кг, Al₂O₃ -1 кг, прочие – 0,7 кг.

Рассчитаем количество ZnFe₂O₄ в огарке. По распределению железа было принято, 90 железа находится в виде феррита. Количество железа, содержащееся в виде феррита, составит

0,9·8,0 =7,2 кг.

Тогда количество железа, содержащееся в феррите цинка составит

7,2 – 0,4210(CuO·Fe₂O₃) - 0,1491(СdO·Fe₂O₃) = 6,629 кг.

Тогда масса феррита цинка составит

6,629· = 14, 3066 кг.

Количество цинка в феррите цинка составит

14,3066· = 3,8795 кг.

Количество кислорода в феррите цинка составит

14,3066· = 3,7981 кг.

В соответствии с принятым распределением, количество железа, связанное в виде FeO, составит

8,0·0,05 = 0,4 кг.

Тогда количество FeO в огарке составит

0,4· = 0,5145 кг.

Количество железа, связанное в виде Fe₂O₃ составит

0,05·8,0 = 0,4 кг.

Количество Fe₂O₃ в огарке составит

0,4· = 0,572 кг.

Количество кислорода в Fe₂O₃ cоставит

0,4· = 0,172 кг.

Считаем, что вся сульфидная сера в огарке связана в виде ZnS. Обозначим массу огарка через х. Тогда количество серы в ZnS cоставит

0,003х кг.

Тогда количество ZnS в огарке составит

0,003·x· = 0,009117 кг.

Количество Zn в ZnS определим из разницы:

0,009117х – 0,003х = 0,006117х.

Количество сульфатной серы в огарке составляет

0,03х кг

Тогда количество сульфатной серы связанное с цинком составит

0,03х - 0,0074(PbSO₄) – 0,5717(CaSO₄) = 0,003x- 0,6491 кг.

Количество ZnSO₄ в огарке составит

(0,003x- 0,6491)· = 0,15106х -3,26835 кг

Количество цинка ZnSO₄ составит

(0,15106х -3,26835)· = 0,06117х – 1,32349 кг.

Количество кислорода в ZnSO₄ cоставит

(0,15106х -3,26835)· = 0,05989х – 1,29576 кг.

Количество Zn в ZnO составит

52,0 - 0,009117(ZnS) – (0,06117х – 1,32349)(ZnSO₄) - 3,8795(ZnFe₂O₄) =

= 49,444 – 0,067287х кг.

Количество ZnO в концентрате составит

(49,444 – 0,067287х)· = 61,54594 – 0,083756 кг

Количество кислорода в ZnO составит

(49,444 – 0,067287х)· =12,10194 – 0,016469x кг.

На основании рассчитанных масс компонентов огарка определяем массу огарка по балансовому уравнению.

х = g(PbO) + g(PbSO₄₎ + g(CuO) + g(CuO·Fe₂O₃) + g(CdO) + g(CdO·Fe₂O₃)+

+g(ZnO·Fe₂O₃)+ g(FeO) + g(F₂O₃) + g(CaSO₄) + g(SiO₂) + g(Al₂O₃) +g(пр.)

После подстановки получим

х = 0,5386 + 0,7318 + 0,7135 + 0,9036 + 0,3998 + 0,3845 + 14,3066 + 0,1545 +

+ 0,572 + 2,4276 +3,0 +1,0 + 0,0091117х + (0,15106х – 3,26835) + (61,54594 –

- 0,083756х + 0,7

Решая уравнение относительно х, получим

х = 91,4595 кг.

Таким образом, масса обожжённого концентрата составит 91,4595 кг.

Рассчитаем массу отдельных компонентов огарка.

g(ZnS) = 0,009117x + 0,009117 = 0,009117·91,4595 = 0,8383 кг.

g(S)_ZnS = 0,003x = 0,003·91.4595 = 0,2744 кг.

g(Zn)_ZnS = 0,006117x = 0,006117·91,4595 = 0,54594 кг.

g(ZnSO₄) = 0,15106x – 3,26835 = 0,15106·91,4595 =10,5475 кг.

g(S)_ZnSO = 0,03x – 0,6491 = 0,03·91,4595 = 2,0947 кг.

g(Zn) _ZnSO = 0,006117x – 1,32349 = 0,006117·91,4595 - 1,32349 =4,2711 кг.

g(O) _ZnSO = 0,05989x – 1,29576 = 0,05989·91,4595– 1,29576 =4,1817кг.

g(ZnO) = 61,54594 – 0,083756x = 61,54594 - 0,083756·91,4595 =53,8857 кг

g(Zn)_ZnO = 49,444 – 0,067287x = 49,44- 0,067287·91,4595 = 43,29 кг.

g(O)_ZnO = 12,10194 – 0,016469x = 91,4595 - 0,016469·91,4595 = 10,5957 кг.

Количество сульфатной серы в огарке составит

g(S)_SO = g(S)_PbSO + g(S)_CaSO + g(S)_ZnSO =0,0074+0,5717+2,0947=2,7438 кг

или

·100 % = 3 %.

Сульфидной серы (S)_ZnS в огарке содержится 0,2744 кг

или

·100% = 0,3%

Отношение растворимого цинка в огарке к общему количества цинка составит

=91,464%.

На основании расчётных данных составляем таблицу рационального состава огарка.

Таблица 2.1- Рациональный состав обожжённого цинкового концентрата (кг)