1. Расчет технологического процесса

Произвести металлургический расчет процесса, составить материальный баланс, осуществить конструктивный расчет и выбор основного оборудования процесса выщелачивания огарков.

Состав огарка,%: ZnO 64,0; ZnSO4 11,4; ZnS 1,5; PbO 2,0; PbSO4 1,6; CuO 2,2; CdO 0,4; Fe3O4 0,8; Fe2O3 8,6; CaSO4 0,6; SiO2 5,9; прочие – 1,6.

Производительность 400 т/сут.

1 Расчет материального баланса

Подсчитаем выход и состав цинковых кеков – твердых остатков от выщелачивания. Принимаем, что при выщелачивании:

цинк в виде ZnО и ZnSО4 растворяется полностью,

цинк в виде ZnS остается в кеке,

медь наполовину растворяется и наполовину остается в кеках,

кадмий полностью растворяется,

PbO сульфатезируется полностью,

Fe3O4 и Fe2O3 остаются в кеке.

Результаты подсчета химического и рационального состава цинковых кеков сведем в таблицу 6.

Таблица 6 – Рациональный и химический состав цинковых кеков, кг

соединение	всего	В том числе
		Zn	Fe	Pb	SS	SSO4	Cu	SiO2	CaO	О2	прочие
ZnS PbSO4 CuO SiO2 CaSO4 Fe2O3 Fe3O4 Прочие	1,5 4,32 1,1 5,9 0,6 8,6 0,8 1,6	1,0	6,0 0,58	2,95	0,5	0,46 0,14	0,88	5,9	0,25	0,91 0,22 0,21 2,6 0,22	1,6
Итого	24,42	1,0	6,58	2,95	0,5	0,6	0,88	5,9	0,25	4,16	1,6

Примем, что в цинковых кеках содержится 35% влаги, или:

24,42 * 35 / 65 = 13,15 кг Н2О

Количество влажных кеков:

24,42 + 13,15 = 37,57 кг

Всего в огарке цинка

51,42 кг в виде ZnО

4,62 кг в виде ZnSО4

1,0 кг в виде ZnS

Итого 57,04 кг

Не растворится при выщелачивании 1,0 кг цинка (1,8%). Количество растворенного цинка составит:

100 – 1,8 = 98,2%

Примем, что цинк, перешедший в дроссы при переплавке катодных осадков возвращается в процесс выщелачивания, и тогда на долю безвозвратных потерь можно принять 1,5%. Извлечение цинка в чушковый металл:

98,2 – 1,5 = 96,7%

Примем, что из катодного цинка 4% перейдет в дросс и 4% будет израсходовано для производства цинковой пыли.

Рассчитаем количество катодного цинка образуется на в сутки:

400 * 0,967 * 0,5704 = 220 т

Выход катодного цинка:

220 * 100 / 92 = 239 т

Суточное количество цинковых кеков определим из следующего соотношения:

Из 100 кг огарка получается 24,42 кг кеков

Из 400000 кг огарка получается х кг кеков

Х = 97680 кг или 97,68 т

Влаги в кеках содержится 35% или:

97,68 * 35 / 65 = 52,6 т

Суточное получение влажных кеков:

97,68 + 52,6 = 150,28 т

Для подсчета нейтрального раствора, поступающего на электролиз, необходимо задаться количеством цинка, осаждаемого с катодного литра раствора. Считаем, что в нейтральном растворе содержится 150 г/л Zn, а в отработанном электролите 45 г/л Zn и 158 г/л H2SО4. В этом случае с каждого литра раствора будет осаждаться на катоде:

150 – 45 = 105 г Zn

Поэтому ежесуточно потребуется пропускать через электролитные ванны:

239*103 / 105 = 2276,19 м3 нейтрального раствора

Т. к. плотность раствора при 200С равна 1380 кг/м3, то это составит:

2276,19 * 1380 = 3141142 кг нейтрального раствора

Для компенсации потерь серной кислоты в процессах выщелачивания и электролиза в обожженном концентрате оставляют некоторое количество сульфатной серы. Количество сульфатной серы в огарке:

11,4 * 32 / 161,38 = 2,26 кг в виде ZnSО4

Расход сульфатной серы, кг

На сульфатизацию в кеке:

PbO в виде PbSO4:

2,0 * 32 / 223,2 = 0,29

На растворение 0,74 кг Cu:

0,88 * 32 / 63,55 = 0,44

На растворение 0,4 кг CdО:

0,4 * 32 / 128,4 = 0,1

С 1,5% теряемого цинка в виде ZnSО4:

57,04 * 0,015 * 32 / 65,38 = 0,42

Итого 1,25 кг

Т. к. в процесс вводится 2,26 кг SSO4, то при расходе 1,25 кг добавлять серную кислоту в процесс не требуется.

Рассчитаем количество и состав медно-кадмиевых кеков. В течение суток в раствор перейдет

400 * 0,0088 = 3,52 т Cu

400 * 0,0035 = 1,4 т Cd.

Очистка растворов осуществляется по реакциям:

CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu

CdSO4 + Zn = ZnSO4 + Cd

Теоретический расход цинковой пыли составит:

Для осаждения меди 3,52 * 65,4 / 63,6 = 3,62 кг

Для осаждения кадмия 1,4 * 65,4 / 112,4 = 0,81 кг

Итого 4,43 т

Практически было принято, что 4% от всего катодного цинка будет расходоваться для этой цели, или:

239 * 0,04 = 9,56 т

Т. е. расход цинковой пыли будет примерно вдвое больше теоретически необходимого количества.

Избыточная пыль в количестве:

9,56 – 4,43 = 5,13 т

Перейдет в медно-кадмиевые кеки. В кеках сумма Cu + Cd + Zn составит 60%. Всего в медно-кадмиевые кеки перейдет:

Zn 5,13

Cu 3,52

Cd 1,4

Итого 10,05 т

Всего медно-кадмиевых кеков ежесуточно образуется:

10,05 * 100 / 60 = 16,75 т

Примем, что в медно-кадмиевых кеках содержится 30% влаги, или:

16,75 * 30 / 70 = 7,18 т

Примем, что испарение воды составляет 2% от количества нейтрального раствора, или:

3141,14 * 0,02 = 62,82 т

Всего будет израсходовано воды, т:

С цинковыми кеками 52,6

С медно-кадмиевыми кеками 7,18

На испарение 62,82

Итого 122,6

Подсчитаем количество отработанного электролита.

С каждого литра осаждается 105 кг цинка. Кроме того выделяется кислород у анода:

Н2О + ZnSО4 = Zn + H2SО4 + 0,5 О2

В количестве которое можно подсчитать из соотношения:

На 65,38 кг Zn выделяется 16 кг О2

На 239000 кг Zn выделяется х кг О2

Х = 239000 * 16 / 65,4 = 58489 кг или 58,49 т

Суточное количество отработанного электролита равно:

3141,14 – (58,49 + 239) = 2843,65 т

Результаты всех расчетов сводим в общую таблицу 2.

Таблица 2 – Материальный баланс выщелачивания

Приход	т	%	Расход	т	%
Обоженный цинковый концентрат Отработанный электролит Цинковая пыль Вода для промывки кеков Небаланс	400 2843,65 9,56 122,6 2,36	11,84 84,18 0,28 3,63 0,07	Нейтральный раствор Влажные цинковые кеки Влажные медно-кадмиевые кеки Испарение воды	3141,14 150,28 23,93 62,82	92,98 4,45 0,71 1,86
Итого	3378,17	100	Итого	3378,17	100