На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Выщелачивание обожженного цинкового концентрата

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 18.05.2012. Сдан: 2011. Страниц: 20. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Тема: Выщелачивание обожженного цинкового концентрата  

Введение 

      Цинк  относится к металлам древности, дата открытия которых теряется в  веках.
     Происхождение названия элемента неясно, однако кажется  правдоподобным, что оно произведено  от Zinke (по-немецки «острие», или «зуб»), благодаря внешнему виду металла.
     Содержание  цинка в земной коре составляет 7,6·10–3%, он распространен примерно так же, как рубидий (7,8·10–3%), и чуть больше, чем медь (6,8·10–3%). [6]
     Основными минералами цинка являются сульфид  цинка ZnS (известный как цинковая обманка или сфалерит) и карбонат цинка ZnCO3 (каламин в Европе, смитсонит в США).
     Цинк  – тяжелый цветной металл синевато-белого цвета. Плотность твердого цинка  составляет 7,14 г/см3,жидкого 6,7 г/см3. Температура плавления равна 419,4 оС, кипения 906 оС. Цинк – сильно летучий металл.
     Цинк  тверже, чем олово, но мягче, чем отожженная медь. Холодный цинк хрупкий и не прокатывается. При 100-150 оС цинк становится ковким и пластичным, из него можно прокатать листы , толщина, которых составляет сотые доли миллиметра. При нагреве свыше 250 оС цинк становится настолько хрупким,что легко может быть превращен в пыль. При 500 оС цинк горит зеленовато-синим пламенем, образуя белый порошок оксида цинка  ZnO. При этом цинк способен окисляться кислородом воздуха, парами воды и углекислым газом. [5]
      Энтальпия плавления цинка составляет 6,18 кДж/моль, энтальпия парообразования 122,0 кДж/моль.
      Сухой воздух при отсутствии углекислоты  не оказывает влияния на цинк при  комнатной температуре. Влажный воздух окисляет металл с образованием на его поверхности тончайшей пленки сероватого цвета, имеющей состав ZnCO3•3 Zn(OH)2. Эта пленка обладает большой плотностью и препятствует дальнейшему развитию окислительного процесса внутри металла.[5]
     Стандартный электродный потенциал цинка - 0,763 В.
     Цинк  в соединениях проявляет валентность 2+.
     Разбавленные  кислоты растворяют цинк с выделением водорода. Щелочи растворяют цинк с  образованием цинкатов. Цинк – самый  электроотрицательный металл из тяжелых  цветных металлов. Он вытесняет из раствора такие металлы как Сu, Ni, Co, Pb, Sn.
     Из  химических соединений цинка для  металлургии наибольшее значение имеют  сернистый цинк (ZnS), оксид цинка (ZnO), углекислый цинк (ZnCO3) и сульфат цинка (сернокислый цинк ZnSO4).
     Добыча цинка ведется в 50 странах. В России цинк извлекается из медноколчеданных месторождений Урала, а также из полиметаллических месторождений в горах Южной Сибири и Приморья. Крупные запасы цинка сосредоточены в Рудном Алтае (Восточный Казахстан), на долю которого приходится более 50% добычи цинка в странах СНГ. Цинк добывают также в Азербайджане, Узбекистане (месторождение Алмалык) и Таджикистане.[6]
     В 2004 в Китае выпуск рафинированного  цинка достиг 2,46 млн т. Примерно по 1 млн. т производят Канада и Австралия.
     Спрос на металл остается высоким, благодаря  бурному росту производства антикоррозионных покрытий. Оцинкованная жесть широко применяется как кровельный материал. Металлический цинк в виде брусков  используют для защиты от коррозии стальных изделий, соприкасающихся с морской водой. Большое практическое значение имеют сплавы цинка – латуни (медь плюс 20–50% цинка). Для литья под давлением, помимо латуней, используется быстро растущее число специальных сплавов цинка. Еще одна область применения – производство сухих батарей, хотя в последние годы оно существенно сократилось.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1 Общая часть
     1.1 Руды и минералы цинка
     Самородного цинка в природе не найдено. В  рудах цинк представлен окисленными  и сернистыми минералами, в связи,  с чем цинковые руды подразделяются на сульфидные и окисленные в зависимости от того, какие минералы содержаться в руде в превалирующем количестве.
      Важнейшие минералы приведены в табл.1. [3] 

Таблица 1 – Главнейшие минералы цинка
Минерал Химическая  формула Содержание цинка,% Твердость, кг/мм2 Плотность, г/см3 Цвет
Сфалерит  или цинковая обманка ZnS 67,1 3,5-4,0 3,9-4,1 Желтый,бурый,черный
Вюртцит ZnS 67,1 3,5-4,0 4,0 Буровато-черный,желтый
Марматит nZnS•mFeS 60,0 4,0 4,2 Буровато-черный
Цинкит (красная цинковая руда) ZnO 80,3 4,0-4,5 5,4-57 Темно-красный, оранжевый
Ганит (цинковая шпинель) ZnO•Al2O3 44,3 5,0 4,1-4,6 Зеленоватый, буроватый
Франклинит (Fe, Zn, Mn) O • (Fe,Mn2O3,ZnCO3) Переменное 6,0 5,0-5,2 Черный
Смитсонит ZnCO3 64,8 ZnO 5,0 4,3-4,45 Белый,серый,зеленоватый
Монгеймит (Zn, Fe) CO3 ~29 - - -
Гидроцинкит 2ZnCO3•3Zn(OH)2 Переменное 2-2,5 3,6-3,8 Белый,сероватый,желтоватый
Аурихальцит 2(Zn,Cu) CO3•3(Zn,Cu) - 1,0 3,3-3,6 Зеленоватый,голубой
Виллемит Zn2SiO4 73,0 ZnO 5,5 3,9-4,2 Белый,зеленоватый,желтый
Каламин H2Zn2SiO2 67,5 ZnO 4,5-5,0 3,4-3,5 Белый,зеленоватый,желтоватый
Галмей Смесь каламина и смитсонита -
Цинкозит ZnSO4 В природе редко  встречается -
Госларит ZnSO4•7Н2О 28,2 2,0-2,5 2,0 Белый,крановатый,желтоватый
 
  В сульфидных рудах цинк присутствует главным образом в виде сфалерита ZnS, содержащего 67,1% Zn и 32.9 % S. Чистый сфалерит – желтого цвета, но примеси железа придают ему темно-бурый и черный цвет. Часто руды содержат и другую разновидность сульфида цинка – минерал вюртцит ZnS. Очень часто сульфидные цинковые минералы ассоциированы с сульфидами железа в виде марматита (nZnS•mFeS) или христофита.
      Из  табл. 2 видно, что большинство цинковых концентратов содержит 50-55% Zn и 30-32% S,то есть80-85% ZnS. Не вызывает технологических трудностей содержание в концентрате 4-8% Fe и 2-3% SiO2. Более высокое содержание этих примесей ведет к снижению извлечения цинка при переработке концентратов гидрометаллургическим способом и вызывает известные затруднения в производстве. Те или иные количества кадмия, меди, свинца и редких элементов в концентратах предопределяют иногда схему их переработки. При современных способах металлургического передела все они извлекаются в полупродукты, подвергаемые дальнейшей переработке. [3]    

Таблица 2 – Химический состав концентратов,%
Концентрат Zn Cd Pb Cu Fe S Al-O3 CaO MgO SiO2
Красноуральский 48,57 0,14 0,34 1,33 10,56 34,58 1,3 0,3 0,2 0,9
Золотушинский 50,43 0,24 1,06 1,53 5,24 29,36 1,8 0,6 0,3 5,5
Среднеуральский 47,51 0,19 0,4 2,4 8,6 32,6 1,2 2,2 0,2 0,7
Башкирский 48,03 0,12 0,22 2,2 9,35 32,4 1,7 0,8 0,2 2
Нерчинский 49,4 0,2 1,58 0,24 9,53 30,56 2 1,5 0,5 2,2
Тетюхинский 51 1,4 1 0,26 7,7 28 - 1,7 - -
Алтынтопканский 51,8 1,3 2,3 0,54 6,3 30 - 1,7 - 5,8
Кансайский 46,8 2,8 1,7 0,74 7,5 30 4,1 - 0,63 5,2
Ачисайский 52,1 0,1 1,4 0,15 - 32 2,45 1,2 - 1,1
Текелийский 54,1 1,5 1,6 0,1 - 31 2,7 1,7 0,72 4,7
Садонский 63 0,14 1,97 1,15 31,9 31,9 - - - -
Зырьяновский 57,36 0,25 1,04 0,31 - - - - - -
Акджальский 52,2 0,48 1,74 0,1 1,9 22,7 - - - 5,5
Березовский 51,1 0,2 1,22 0,69 8,9 31,6 - - - 2
Лениногорский 56 0,26 1,43 0,69 4 31 - - - 2,7
Грейт Фоллс (США) 50-52 - 9,5 1,8 15,5 34 - - - -
Анаконда (США) 52 - 9 1,6 15 34 - - - -
Корпус-Кристи (США) 56,7 0,71 1,3 0,57 4,6 31,5 - - - -
Сильвер Кинг (США) 50 - 3,3 0,2 9,4 31 - - - -
Трейл (Канада) 51,1 0,16 3,5 0,14 11,4 32,8 - - - -
Флин-Флон (Канада) 45,7 0,12 0,34 0,39 14,6 - - - - -
Серро-де-Паско (Перу) 44 0,2 4 - 15 34 - - - -
Порто-Маргера (Италия) 60,6 0,51 0,76 0,2 3,02 31,3 - - - -
Носса (Италия) 36-40 0,45 1-3,7 0,45 1,4-10,9 32 - - - -
Эйтрхейм (Норвегия) 45-58 0,1-0,5 0,5-4,0 2 3,0-15,0 30 - - - -
Косака (Япония) 15-17 - 2,4-3 8,0-11,0 21 32 - - - -
Рисдон (Тасмания) 51-55 0,2 1-2,5 0,25 9,0-6,0 32 - - - -
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
        Потребление цинка и его соединений
     Крупнейшими странами — потребителями цинка являются Китай, США, Япония и Германия, на долю этих стран приходится около 51% суммарного потребления рафинированного цинка в мире (рис. 1). В 2007 г. объемы потребления и производства цинка составили около 11,3 млн т. [4] 


     Рисунок 1 – Структура потребления рафинированного  цинка в мире 

      Расплавленный цинк образует с железом химические соединения, сохраняющиеся и в  твердом состоянии. Этим свойством  пользуются для покрытия стальных изделий защитным  цинковым слоем, наносимым методами гальванизации, горячего цинкования и шерардизации. Также оцинковывают листы, трубы, проволоку, гвозди, баковую аппаратуру, фермы мостов и перекрытий и многие другие изделия. [3]
      Цинк  образует сплавы со многими цветными металлами. Сплав цинка с медью – латунь находит самое широкое применение в технике.
      Сплав цинка с медью и оловом называется бронзой. Различные сорта бронз  широко применяют в машиностроении. Сплавы цинка с медью и никелем  называются мельхиором и нейзильбером. Цинк используется также для производства типографических сплавов.
      Широкое применение нашло литье цинка  под давлением. Низкая температура  плавления и хорошие литейные качества позволяют при таком  способе литья получать изделия  высокой прочности, с хорошим качеством поверхности, почти не требующей дополнительной обработки. Изделия, полученные литьем под давлением, широко используются в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. В среднем в одной машине содержится около 25 кг цинковых деталей, отлитых под давлением.[2,3]  
      Цинк  используют для обессеребрения свинца и очистки сульфатных цинковых растворов. Его применяют для производства  ряда медикаментов, а также в химической промышленности.
        Окись цинка широко используется при производстве резины и ее обработке. Она улучшает качество резиновых шин и ряда других резиновых изделий. Широко используют чистый цинковый купорос при производстве корда – основы  шин.
      Цинк  довольно широко применяют при исследовании космического пространства. Цинк используют в качестве покрытия стартовых конструкций, применяемых для запуска ракет.[3]
      Краска, приготовленная из сульфида цинка, оказалась  наилучшей для покрытия космических  кораблей, так как она отличается низким отношением поглощения солнечной энергии к инфракрасному излучению и обладает наилучшими отражательными свойствами.
      Цинковые  соединения широко используют в качестве источников энергии в космических  кораблях – цинк-серебряных окисных  батарей.
      Потребления цинка непрерывно увеличивается, несмотря на широкое внедрение пластмасс, алюминия, нержавеющей стали и других заменителей.
  Потребление рафинированного цинка в России в 2006 г. составило около 175 тыс. т, причем по сравнению с предыдущим годом оно увеличилось более чем на 14%, в основном в связи с ростом производства оцинкованной стали. Из потребляемого в России цинка 62% идет на оцинкование, 18% — производство латунного проката, а 14% востребовано химической промышленностью (рис. 2). Около половины оцинкованного проката в России используется в строительстве. Другой важной областью применения цинка является автомобилестроение, поэтому крупными потребителями цинка в России являются металлургические предприятия «Северсталь», НЛМК, ММК, которые используют цинк для непрерывного горячего цинкования при производстве автолиста.[5]
     

     Рисунок 2 – Структура потребления цинка  в России 

     Таким образом, душевое потребление цинка в России пока отстает от уровня развитых стран. Однако Россия имеет хорошие предпосылки к позитивному развитию отрасли в первую очередь на фоне растущего спроса на легковые автомобили.  
 
 
 

    1.3 Технологические схемы получения цинка
   Цинковая  промышленность для получения металлического цинка пользуется двумя способами: пирометаллургическим (дистилляционным)  и гидрометаллургическим (электролитическим). Основное количество цинка получают гидрометаллургическим способом. Технологические схемы того и другого способов представлены на рис. 3 и 4.[2] 

   
Рисунок 3 – Принципиальная схема пирометаллургического  способа получения цинка 
 

   
   Рисунок 4 – Принципиальная схема гидрометаллургического способа переработки цинковых концентратов 

   Исторически первым способом переработки был  пирометаллургический. При пирометаллургическом (дистилляционном) способе цинковые концентраты предварительно обжигают, а затем нагревают их с углем в специальных ретортных печах. Под действием угля при высокой температуре цинк улетучивается в виде паров. Пары улавливаются и охлаждаются в сосудах, называемых конденсаторами, превращаясь в жидкий цинк.
   При более детальном рассмотрение способов, представленных на рис. 3,
можно выделить их разновидности, которые  в основном различаются способом и устройством для восстановления и дистилляции цинка:
1) в  горизонтальных ретортах;
2) в  вертикальных ретортах;
3) в  электрических печах;
4) в  шахтных печах. 
Для разных аппаратов требуется разное состояние  и свойства агломерата, что обусловливает специфику способов агломерации.[6]
    Получаемый пирометаллургическим способом цинк имеет низкое качество, так как загрязнен различными примесями. Недостатками метода также являются высокие расходы на топливо, ремонт оборудования, сложная подготовка материалов к основным операциям, обезвреживание технологических газов перед выбросом в атмосферу, тяжелые условия труда. Но главное немаловажное преимущество пирометаллургии состоит в компактности основной аппаратуры благодаря высокой удельной производительности аппаратов.
   Гидрометаллургический способ получения цинка появился намного позже пирометаллургического, однако за короткое время он получил широкое распространение, особенно в тех регионах, где имеется дешевая электроэнергия.
   Сущность  гидрометаллургического способа производства цинка заключается в предварительном  обжиге цинковых концентратов (получение  огарка-порошка при 900-10000С) с последующей обработкой получаемого огарка слабым раствором серной кислоты с переводом цинка в раствор в виде сернокислой соли и электролитическом выделении металлического цинка из очищенных сульфатных растворов. Полученный катодный цинк переплавляется в электропечах и разливается в изложницы. По сравнению с дистилляционным способом, гидрометаллургический способ имеет много преимуществ. Основные из них:
    большие возможности полно и комплексно перерабатывать сырье;
    с большой рентабельностью применим к бедному и сложному сырью;
    используется удобный вид энергии – электрический;
    требует меньших удельных затрат энергии;
    легче осуществимы природоохранные меры;
    лучшие условия труда;
    доступней механизация и автоматизация процессов;
    полученный цинк лучшего качества. [6]
   Производственный  процесс получения цинка гидрометаллургическим  методом состоит из следующих  стадий:
1) подготовка материала к обжигу;
2) обжиг концентратов;
3) классификация продуктов обжига;
4) выщелачивание продуктов обжига;
5) очистка растворов от примеси;
6) электролиз сульфатных растворов;
7) переплавка катодного цинка.
     Подготовка  материала к обжигу требует соблюдения определенных условий их транспортировки  и хранения. Для получения расчетного соотношения частей в шихте необходимо раздельное хранение разных сортов на складе.
     Цель  обжига сульфидных цинковых концентратов – перевод сернистых соединений цинка в окисленные, удаление серы и получение продукта, пригодного для выщелачивания.
     Полученный  огарок направляется на выщелачивание, цель которого – возможно полное извлечение в раствор цинка и других ценных компонентов огарка при минимальном загрязнении раствора вредными примесями. Растворителем служит слабый раствор серной кислоты. При перемешивании огарка с кислотой происходит растворение окиси цинка и частично окислов других металлов. В раствор переходит цинк, кадмий, железо, медь, мышьяк, сурьма, индий и другие. Нерастворимые соединения (окись железа, сульфат свинца, и другие) остаются в твердом остатке – цинковом кеке. Цинковый раствор отделяют отстаиванием или фильтрацией и подают на очистку от примесей, а кек промывают и направляют на дальнейшую переработку.
     В качестве аппаратов для выщелачивания  применяют чаны с пневматическим или механическим перемешиванием. Каждая операция выщелачивания состоит из: загрузки кислоты, оборотных растворов и огарка, перемешивание, выгрузка пульпы. На современных заводах используется двухстадийная схема выщелачивания. На первой стадии происходит нейтральное выщелачивание, на второй – кислое. Двухстадийное выщелачивание позволяет провести более полный перевод примесей в кек.
Чистота растворов имеет важное значение для всего гидрометаллургического передела.
     Присутствующие  в растворе примеси можно разделить  на несколько групп:
1) железо, медь, мышьяк, сурьма, кремнезем, олово, талий – удаляются из раствора гидролизом, оcосаждением, адсорбцией и коагуляцией;
2) медь, кадмий, кобальт, талий – удаляются  методом цементации;
3) кобальт, хлор, фтор – удаляются методом химической очистки с образованием нерастворимых соединений;
4) калий, натрий, магний, марганец накапливаются в растворах. Избавиться от них можно только путем вывода части раствора из производственного цикла.
     Электролиз  – завершающая стадия гидрометаллургического производства цинка
     Целью электролиза является получение катодного цинка из раствора. Показатели электролиза зависят от качества выполнения предыдущих операций. Очищенный нейтральный раствор сульфата цинка с содержанием цинка 100-150 г/л непрерывно подается в электролизные ванны. Аноды ванны выполнены из свинца, катоды – из алюминия. В ходе электролиза раствор обедняется цинком и обогащается серной кислотой. Отработанный электролит поступает на выщелачивание.
     Полученные  при электролизе листы катодного  цинка отвечают требованиям по химическому составу всех потребителей. Предусматривается выпуск цинка в чушках. Чушковый металл получают методом переплавки катодного цинка. Для переплавки применяют электрические индукционные низкочастотные печи.[2,3,6] 
 
 
 
 

     2 Специальная часть 
  2.1 Выщелачивание обожженного концентрата
  2.1.1 Взаимодействие компонентов  огарка с серной  кислотой
    Назначение  операции   выщелачивания   огарка — растворить как можно полнее соединения цинка, содержащиеся в огарке, и получить    чистые    растворы для электролиза. Растворение происходит в сернокислых растворах. Выбор серной кислоты как растворителя обусловлен хорошей растворимостью в ней ZnO, условиями последующей операции электролитического восстановления цинка, а также наличием на любом цинковом заводе в достаточном количестве серной кислоты,   получаемой при электролизе и производимой на месте из обжиговых газов. Оксид цинка хорошо растворим в слабых растворах серной кислоты, сульфат цинка—в воде:
    ZnO + H2S04 = ZnSO4 + H2O.
    Сульфид цинка ZnS можно растворить только в концентрированной серной кислоте при нагревании. При этом выделяется токсичный сероводород:
    ZnS + H2SO4 = ZnSO4 + H2S.
    В ходе обжига образуется некоторое количество силикатов (nZnO·mSiO2), ферритов (xZnO·yFe2O3) и алюмината (ZnO•Al2O3) цинка, малорастворимых в растворax серной кислоты. Их растворимость возрастает по мере повышения концентрации H2SO4 и температуры раствора. Так, для перевода в раствор цинка из ферритных соединений необходима концентрация H2SO200-300 г/л и температура 80-90 °С.
    Кроме цинка, в огарке находятся соединения железа, меди, кадмия, свинца, серебра, золота, никеля, кобальта, марганца, бария, кальция, алюминия и других металлов. Кадмий близок по свойствам к цинку, его оксид CdO хорошо растворим в сернокислых растворах. Из огарка в раствор переходит 85-90 % Cd.
    Железо  в огарке находится в основном в виде ферритов цинка и меди, в некоторой степени в виде оксидов Fe2O3 и Fe3O4 и весьма незначительно в виде FeO. Оксиды железа растворимы в слабых растворах серной кислоты: FeO — хорошо, Fe2O3 — частично.
    В циклонной пыли обжиговых печей  иногда содержится некоторое количество Fe2(SO4)3. Сульфат трехвалентного железа, растворившийся или перешедший в раствор в ходе реакции
    Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O,
    восстанавливается в растворе до сульфата двухвалентного железа соединениями меди (I), SO2, а также сульфидами металлов, что несколько повышает извлечение цинка из огарка за счет протекания реакции
    ZnS + Fe2(SO4)3 = ZnSO4 + 2FeSO4 + S.
    В раствор переходит 3-4 % железа, содержащегося в огарке, в результате чего концентрация его в растворе достигает 1-2 г/л, что оказывается полезным при последующей гидролитической очистке раствора от мышьяка, сурьмы, германия и других примесей.
    Медь  находится в огарке в виде оксидов (СuО, Сu2O), ферритов (nCuO·mFe2O3), силикатов (xCu2O•ySi02). Наиболее легко растворяется СuО с образованием CuSO4. Ферриты меди также труднорастворимы, как и ферриты цинка. При выщелачивании огарка в раствор переходит около половины меди, вторая половина остается в кеке.
    Окисленные  соединения сурьмы (III) и мышьяка (III) при выщелачивании огарка переходят в раствор в виде As2(SO4)3 и Sb2(SO4)3. Оксиды сурьмы (V) и мышьяка (V) труднорастворимы.
    Никель, кобальт и марганец растворяются с образованием сульфатов NiS04, CoSO4 и MnS04.
    Свинец  при сернокислотном выщелачивании  практически весь переходит в кек в виде труднорастворимого сульфата:
    PbSiO3 + H2SO4 = PbSO4 + H2SiO3.
    Растворение силикатов свинца, меди, цинка приводит к загрязнению раствора кремнекислотой, которая затрудняет отстаивание и фильтрацию пульпы после выщелачивания.
    Серебро в огарке находится в виде Ag2S и Ag2SO4. Сульфат серебра растворяется, но затем осаждается ионами хлора, присутствующими в растворе, в виде труднорастворимого AgCl. Сульфид серебра не растворяется и остается в кеке. Золото полностью остается в твердом остатке.
    Оксиды  кальция и бария в сернокислых  растворах переходят в труднорастворимые  сульфаты по реакции
    МеО + H2SO4 = MeSO4 + H2O2                              
    где Mе — Са, Ва.
    Свинец, кальций и барий связывают  часть серной кислоты в труднорастворимые сульфаты, обусловливая необходимость повышения при обжиге содержания в огарке сульфатной серы для поддержания балланса по кислоте. Соединения хлора, фтора, натрия, магния легко выщелачиваются и накапливаются в оборотных растворах. Рассеянные элементы — таллий, галлий, индий, германий —частично переходят в раствор.[2] 
 

    2.1.2 Схемы выщелачивания  обожженных концентратов
    В мировой практике применяют разнообразные  схемы выщелачивания: одностадийную, двустадийную и трехстадийную. Выщелачивание осуществляют периодически и непрерывно. Наиболее распространенная схема — непрерывное противоточное двустадийное выщелачивание (рис.5).
    Степень растворения цинка из огарка возрастает с увеличением концентрации H2S04 и температуры, но при этом повышается и содержание в растворе примесей, которые могут ухудшить условия электролиза раствора.
    Концентрация  многих примесей в растворе зависит  от рН. Чем выше рН раствора, тем ниже содержание в нем таких примесей, как железо, алюминий, медь, мышьяк, сурьма и др. Повышение рН возможно до 5,2-5,4. При более высоких рН может гидролизоваться цинк и выпасть в осадок в виде гидроксида. 

 
 

 Рисунок 5 – Схема двустадийного непрерывного противоточного выщелачивания обожженного цинкового концентрата 
 

    Принцип противотока позволяет вести  выщелачивание цинка во второй стадии крепкими растворами серной кислоты (130-150 г/л H2SO4), а в первой стадии вести выщелачивание слабым раствором (50-60 г/л H2SO4), в результате чего раствор, получаемый с первой стадии, не содержит кислоты (рН = 5,2?5,4). При таком выщелачивании нейтральный раствор содержит минимальное количество примесей, что упрощает и удешевляет его очистку перед электролизом.
    В первой стадии выщелачивания (так называемый нейтральный цикл) решаются следующие технологические задачи:
    1)   растворение из огарка сульфата  цинка и некоторой части оксида  цинка;
    2)   нейтрализация избытка серной  кислоты в растворе, поступающем  с кислого выщелачивания;
    3)   гидролитическая   очистка   раствора от примесей;
    4)  осветление раствора, отделение  его от твердой фазы;
    5)  утилизация тепла огарка.
    Конечная  цель нейтрального выщелачивания - получить цинксодержащий раствор, очищенный от гидролизующихся примесей.
    Задачи  второй стадии выщелачивания (кислый цикл):
    1) полное растворение цинка из  огарка;
    2)  по возможности избежание растворения  примесей;
    3)  окисление мышьяка и германия;
    4)  очистка раствора от примесей;
    5)  разделение фаз и отмывка растворенного  цинка от твердой фазы.
    Конечная  цель кислого выщелачивания—получить кек, не содержащий растворимых соединений цинка.
    На  некоторых заводах («Трейл» и  «Флин-Флон», Канада; «Грейт-Фолс», США), двустадийная непрерывно-противоточная  схема дополнена периодическим  довыщелачиванием сгущенной кислой пульпы  (третья стадия).
    Выбор той или иной схемы выщелачивания  зависит от качества перерабатываемого  сырья. При большом масштабе производства, устойчивом составе сырья и высоком  его качестве непрерывное выщелачивание  более рационально. Периодическое выщелачивание как более гибкий процесс целесообразно использовать при переработке сырья с повышенным содержанием примесей.
    Периодическое выщелачивание по сравнению с  непрерывным отличается меньшей  производительностью на единицу  производственной площади, большей стоимостью и сложностью оборудования, требует непрерывного наблюдения за ходом процесса. Одностадийное выщелачивание обычно осуществляют в периодическом варианте.
    При переработке концентратов низкого  качества с высоким содержанием  мышьяка (до 0,5 % As) или кремнезема (до 8 % Si02) рационально применять схему одностадийного выщелачивания или схему «обратного» выщелачивания, осуществленную на заводе «Монсанто» (США). Сущность «обратного» выщелачивания заключается в проведении одностадийного периодического процесса при постоянной низкой кислотности (0,05 г/л H2SO4). Это достигается медленным вводом отработанного электролита в нейтральную пульпу. Такой прием предотвращает переход в раствор кремнекислоты, но приводит к снижению прямого извлечения цинка. Применять этот прием следует только в тех случаях, когда стандартные схемы выщелачивания Цинковых огарков неэффективны. [2] 
 
 

    2.2 Основное оборудование  для выщелачивания 
    Для непрерывного выщелачивания обычно применяют агитаторы с пневматическим перемешиванием (пачуки). Пачук (рис.6) - это цилиндрический чан с коническим днищем, изготовленный из дерева, нержавеющей стали или железобетона и футерованный внутри листовым свинцом или кислотостойкой керамикой для защиты от разрушающего действия кислых растворов. Высота чана составляет 6-10 м, диаметр 3-4 м, рабочий объем чана 40-100 м3. Дно чана выполнено коническим для предотвращения застоя циркулирующей в нем пульпы.
    В центре чана установлена вертикальная труба-аэролифт, по которой снизу подают сжатый воздух (0,2-0,25 МПа). Воздух, смешиваясь с пульпой, образует легкую смесь пузырьков воздуха и пульпы, которая вытесняется снизу более тяжелой пульпой и выбрасывается на поверхность пульпы. С наружной стороны аэролифта более тяжелая, не насыщенная воздухом пульпа опускается вниз и снова поступает в аэролифт.
    В результате этого достигается интенсивная  циркуляция перемешиваемой пульпы, способствующая протеканию основных процессов выщелачивания: в нейтральном цикле — гидролиза и нейтрализации образующейся при этом кислоты; в кислом цикле — растворения окисленных соединений цинка и других металлов, присутствующих в огарке, и окисления железа (II) и других окисляющихся соединений.
    Для обеспечения необходимой продолжительности  выщелачивания устанавливают несколько последовательно соединенных пачуков. Исходную пульпу подают в головной пачук, а из последнего пачука пульпу направляют в сгустители. [5]
    

    Рисунок 6 – Пачук 

    При периодическом выщелачивании огарка процесс проводят в агитаторах с  механическим перемешиванием. Агитатор или мешалка (рис.7) состоит из цилиндрического корпуса с коническим днищем и перемешивающего устройства. Внутреннюю поверхность корпуса футеруют листовым свинцом или кислотостойким кирпичом на кислотостойком цементе, подслой делают из рубероида или полиизобутилена. Емкость механического агитатора достигает 150 м3. [2] 


Рисунок 7 – Агитатор 

    Перемешивающее  устройство состоит из пропеллерной мешалки, выполненной из кислотоупорной стали, и диффузора. Применение диффузора способствует интёнсивному перемешиванию. Внутри диффузора пульпа движется сверху вниз, снаружи поднимается снизу вверх и сливается в диффузор через окна. Для защиты от агрессивного и абразивного воздействия пульпы диффузор и пропеллер мешалки гуммируют кислотостойкой резиной.
    Иногда  агитаторы оборудуют змеевиками из кислотоупорной стали, по которым подают пар для нагревания пульпы во время выщелачивания.
    Пульпу, полученную при   выщелачивании   обожженного цинкового   концентрата    (нейтральную и кислую), разделяют на твердую и жидкую фазы. Для разделения фаз применяют отстаивание (сгущение)  и фильтрацию.[5] 


Рисунок 8 – Сгуститель 

    Сгуститель (рис. 8) представляет собой чан диаметром 10-18 м и высотой 4-5 м с подвешенным на ферме перегребающим устройством. Чан изготовляют из дерева, железобетона или листовой стали и футеруют кислотоупорным кирпичом по рубероиду или полиизобутилену. Днище сгустителя делают с небольшим уклоном (8-15°), что помогает оседающему твердому материалу передвигаться к центральному разгрузочному отверстию. Этому же способствует перегребающий механизм, состоящий из привода и вертикального вала с прикрепленной к нему крестовиной с гребками. Перегребающий механизм выполняют из кислотостойкой стали либо гуммируют.
    Пульпу, содержащую 50-100 г/л твердого, подают в приемник с решеткой для   улавливания из пульпы случайных предметов (тряпок, щепок и др.).
    В сгустителе твердые частицы пульпы оседают на дно, собираются перегребающим  механизмом к центру аппарата и выгружаются, а жидкая фаза пульпы вытесняется вновь поступающей более тяжелой пульпой вверх и переливается в кольцевой желоб. Для интенсификации процесса отстаивания в пульпу добавляют полиакриламид (ПАА), способствующий агрегации мелких частиц в более крупные и тяжелые флокулы. Слив сгустителя, почти не содержащий твердого, направляют на очистку, а сгущенную пульпу с отношением ж:т=2-3 подвергают фильтрации.
    Производительность  сгустителя нейтрального цикла составляет 2,5-4,0 м3 осветленного раствора на 1 м2 в сутки, кислого цикла 6-7 м3 на 1 м2 в сутки. В сгущенной пульпе содержится твердого от 20 до 50 %, в нейтральном сливе 1-2 г/л, в кислом 30-50 г/л. Для первой стадии     фильтрации    применяют     рамный     вакуум-фильтр периодического действия. Он состоит из нескольких железобетонных бункеров, покрытых изнутри кислотостойкой футеровкой, и нескольких фильтрующих «корзин». Корзина представляет собой набор фильтрующих элементов - рам (10-20 рам).[2] 

    Раму (рис. 9) составляет деревянный брус, к которому прикреплена медная изогнутая труба диаметром 25 мм. Один торец трубы заглушён, другой соединен с вакуум-насосом. Нижний горизонтальный участок трубы перфорирован. Между трубой и деревянным брусом установлены деревянные рифленые планки. Всю раму обтягивают фильтровальной тканью. Размер рамы 2,5?3 м. При работе вакуум-насоса внутри тканевого мешка создается разрежение, в результате чего жидкость просачивается сквозь ткань, стекает по бороздкам деревянных планок вниз и отводится через отверстия трубы. Твердые частицы пульпы задерживаются тканью и образуют на ней осадок (кек).[2] 
 

    

    Рисунок 9 – Отдельная рама вакуум-фильтр  

    Корзину с рамами мостовым краном погружают в бункер с пульпой, перемешиваемой воздухом. Включают вакуум. Жидкая фаза пульпы под действием разрежения проходит внутрь рам и по трубам отводится в вакуум-ресивер, в котором с помощью вакуум-насоса поддерживается постоянное разрежение. Фильтрат скапливается на дне ресивера, откуда   перекачивается в чан-сборник.
    Когда слой кека на поверхности рам достигнет толщины 30-40 мм, корзину поднимают краном и, не выключая вакуума, чтобы не отпал кек, переносят в промывной бункер. Для удаления цинкового раствора, содержащегося в порах кека, через кек фильтруют воду. После промывки и подсушки кека вакуум отключают, в фильтр вводят сжатый воздух и кек сбрасывают в бункер с промывной водой. Корзину с рамами возвращают в бункер с пульпой на новой цикл фильтрации. Кек в промывном бункере репульпируют и откачивают на вторую стадию фильтрации.
    Производительность  рамного фильтра по сухому кеку составляет около 0,3 т/сут на 1 м2 фильтрующей поверхности. Влажность кека равна 40 %.
    Вторую  стадию фильтрации проводят на дисковых вакуум-фильтрах непрерывного действия (рис.10). Дисковый фильтр состоит из нескольких фильтрующих дисков, вращающихся на центральном валу в металлическом корыте специальной формы. Каждый диск имеет 8-10 отдельных секторов, изготовленных из дерева. На сектора надеты мешки из фильтровальной ткани. В полом валу внутри вдоль стенок отлиты продольные каналы по числу секторов в диске с отверстиями для подсоединения секторов всех дисков. Другой конец каналов соединен с распределительной головкой, к которой подведены трубы вакуумной линии и сжатого воздуха.[2] 

    

Рисунок 10 – Дисковой вакуум-фильтр 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2.3 Расчет технологического процесса выщелачивания обожженного 
           цинкового концентрата                                           
     Расчет  технологического процесса выщелачивания обожженного цинкового концентрата заключается в расчете металлургического процесса (расход серной кислоты на выщелачивания,выход и состав цинковых кеков, состав нейтрального раствора) и составление материальных балансов выщелачивания обожженного цинкового концентрата (на 100 кг огарка, на годовую производительность и на суточную производительность).                                         
     Используется  непрерывное одностадийное нейтральное выщелачивание, схема которого приведена на рис.11. [7] 

       

Рисунок 11 – Схема выщелачивания цинкового  огарка 
 

     Производительность  – 160 тыс. тонн огарка в год.
     Химический состав цинкового огарка, %: Zn – 47,6; Pb – 1,8; Fe – 5,6; Cu – 1,4; Cd – 0,6; SiO2 – 3,8; CаO – 1,3; Al2O3 – 1,7; сера – из вещественного состава, прочие.
     Цинк  присутствует в виде: ZnO – 85,0%; ZnSO4 – 10,0%; ZnO• Fe2O3 – 2,9%;  ZnS – 2,1%; свинец в виде: PbO – 75,0%; PbS – 6,5; остальной - PbSO4;
медь в виде CuO; кадмий в виде CdO; оставшееся железо в виде FeO и Fe2O3 в соотношении 1:12.
     Степень растворения, %: ZnO – 93,0; ZnSO4 –99,0; ZnO• Fe2O3 – 2,0; CuO – 59,0; CdO – 83,0.
     Расчет  ведем на 100 кг огарка. В таблице  3 представлен рациональный состав обожженного цинкового концентрата (огарка). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 3 – рациональный состав обожженного цинкового концентрата (огарка)
Соединения Содержание  компонентов, кг
Zn Pb Cu Cd Fe SS SSO4 Ca  
SiO2
 
Al2O3
O2 Прочие Всего
ZnO ZnSO4
ZnO• Fe2O3
ZnS
PbO
PbSO4
PbS
CuO
CdO
FeO
Fe2O3
CаO
SiO2
Al2O3
Прочие
40,46 4,76
1,38
1,0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- -
-
-
1,35
0,33
0,12
-
-
-
-
-
-
-
-
- -
-
-
-
-
-
1,4
-
-
-
-
-
-
-
- -
-
-
-
-
-
-
0,6
-
-
-
-
-
-
- -
2,37
-
-
-
-
-
-
0,27
2,96
-
-
-
-
- -
-
0,49
-
-
0,02
-
-
-
-
-
-
-
-
2,33 -
-
-
-
0,05
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,93
-
-
-
- -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
3,80
-
-
- -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1,7
-
9,9 4,66
1,36
-
0,1
0,1
-
0,35
0,09
0,08
1,27
0,37
-
-
-
- -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
15,4
50,36 11,75
5,11
1,49
1,45
0,48
0,14
1,75
0,69
0,35
4,23
1,3
3,80
1,70
15,4
Итого,кг 47,6 1,8 1,4 0,6 5,6 0,51 2,38 0,93 3,8 1,7 18,28 15,4 100,0
 
 
1. Расчет количества серной кислоты на выщелачивание
     1) В раствор перейдет цинка из  оксида, кг:
         40,46*0,93=37,63
    Для растворения цинка по реакции
         ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + Н2О
      потребуется серной кислоты,кг:
            37,63*98:65,38=56,40
     2) Для растворения меди в количестве, кг:
            1,4*0,59=0,83
     по  реакции
           CuO + H2SO4 = CuSO4 + Н2О
     Необходимо  кислоты, кг:
           0,83*98:63,54=1,28
      3) Для растворения кадмия в количестве, кг:
            0,6*0,83=0,5
     по  реакции
           CdO + H2SO4 = CdSO4 + Н2О
     Необходимо  кислоты, кг:
           0,5*98:112,4=0,44
     4) В раствор переходит железо  из оксида по реакции
            FeO + H2SO4 = FeSO4 + Н2О
    Для этого потребуется серной кислоты,кг:
            0,27*98:55,85=0,47
      5) Из феррита цинка в раствор  перейдет часть цинка и железа  по реакции
            ZnO• Fe2O3 + 4H2SO4 = ZnSO4 + Fe2(SO4)3 + 4Н2О
      Цинка перейдет в раствор, кг:
            1,38*0,02 = 0,0276
      а железа, кг:
            2,37*0,02 = 0,0474
      Всего ZnO• Fe2O3 растворится, кг:
            5,11*0,02 = 0,1022
      Для растворения феррита цинка потребуется  кислоты, кг:
            0,0474*(4*98):(55,85*2) = 0,166
      6) Рассчитываем количества кислоты,  необходимое для сульфатизации  свинца и кальция, кг:
         PbO + H2SO4 = PbSO4 + Н2О
         1,45*98:223,2 = 0,64
             
         CаO + H2SO4 = CаSO4 + Н2О
         1,3*98:56 = 2,28
      7) Общий расход серной кислоты  на растворение и взаимодействие  с компонентами огарка составит, кг: 
            56,40+1,28+0,44+0,47+0,166+0,64+2,28 = 61,676
      8) Выщелачивание проводят отработанным  электролитом, содержащим 130-150 г/л серной кислоты. Принимаем кислотность электролита 140 г/л. Рассчитываем количество отработанного электролита, необходимого для выщелачивания огарка, л:
            140 г H2SO4 содержится в 1 л электролита
            61676_________________  х  

           х = 61676*1:140 = 440,54. [7] 
 

2. Расчет количества марганцевой руды
      В процессе выщелачивания для снижения содержания железа в растворе проводят окисление Fe2+ до Fe3+. В качестве окислителя используют марганцевую руду (пиролюзит), содержащую диоксид марганца. Окисление железа протекает по реакции:
            2FeSO4 + MnO2 + 2H2SO4 = ZnSO4 + Fe2(SO4)3 + MnSO4 + 2Н2О
    Для окисления железа потребуется диоксида марганца, кг:
      0,27*86,94:111,7 = 0,21
      Так как содержание диоксида марганца в  руде 80%, то потребуется пиролюзита, кг:
            0,21:0,80 = 0,26
      Для протекания реакции потребуется  серной кислоты, кг:
            0,26*2*98:86,94 = 0,59
     В процессе выщелачивания при конечной кислотности рН=5,0-5,2 происходит гидролиз трехвалентного железа по реакции
            Fe2(SO4) 3+ 6H2O = 2 Fe(OH)3 + 3H2SO4
      Количество  гидролизованного железа составит, кг:
            0,27+0,0474 = 0,32
      при этом получится гидрооксида железа (III) в количестве, кг:
            0,32*294:111,7 = 0,84
      С учетом выше приведенных реакций  уточняем расход серной кислоты для  проведения процесса выщелачивания, кг:
            61,676+0,59-0,84 = 61,426
      Отработанного электролита потребуется, л:
            61426*1:140 = 438,76. [7] 

3. Расчет количества и состава цинкового кека
     В состав цинкового кека входят нерастворенные соединения: сульфид цинка; феррит цинка; часть оксида и сульфата цинка; гидрооксид меди, который образуется в результате частичного гидролиза сульфата меди; оксид кадмия; оксид железа (III); сульфаты кальция и свинца; кремнезем; глинозем и прочие компоненты  огарка и марганцевой руды (табл. 4).
      1) В кек перейдет 1,49 кг сульфида цинка, с этим количеством 1,0 кг цинка, 0,49 кг серы сульфидной.
      2) Феррита цинка в кеке содержится,кг:
            5,11-0,102 = 5,01
      С ним перейдет в кек, кг:
         цинка: 1,38-0,0276 = 1,35
         железа: 2,37-0,0474 = 2,32
         кислорода: 5,01-(1,35+2,32) = 2,34
      3) В кек перейдет оксида цинка,  кг:
            (40,46-37,62)*81,38:65,38 = 3,52
      С оксидом цинка в кек перейдут,кг:
            цинка: 40,46-37,63 = 2,83
         кислорода: 2,83*16:65,98 = 0,69
      4) Сульфата цинка перейдет в  кек, кг:
            (4,76-4,76*0,99)*161,38:65,38 = 0,12
      С сульфатом цинка в кек перейдет, кг:
            цинка: 4,76-4,76*0,99 = 0,05
            кислорода: 0,05*64:65,38 = 0,05
            серы сульфатной: 0,05*32:65,38 = 0,02
      5) Свинец содержится в кеке в  сульфате свинца в количестве, кг:
            (1,35+0,33)*303,2:207,2 = 2,46,
      с этим количеством сульфата свинца связано кислорода, кг:
            (1,35+0,33)*64:207,2 = 0,52,
      серы  сульфатной содержится в сульфате свинца,кг:
            (1,35+0,33)*32:207,2 = 0,26,
      и свинца содержится, кг:
            1,35+0,33 = 1,68
      6) Сульфид свинца полностью переходит  в кек.
      7) Медь переходит в кек в гидрооксиде меди (II)  в количестве, кг:
            (1,4-0,83)*97,54:63,54 = 0,88,
      с этим количеством гидрооксида меди (II) связано, кг:
            меди: 1,4-0,83 = 0,57
         кислорода: 0,57*32:63,54 = 0,29
         водорода: 0,57*2:63,54 = 0,02
     8) Кадмий переходит в кек в виде оксида кадмия в количестве, кг:
           (0,6-0,5)*128,4:112,4 = 0,11,
     с этим количеством оксида кадмия связано, кг:
           кадмия: 0,6-0,5 = 0,1
           кислорода: 0,1*16:112,4 = 0,01
     9) Железо переходит в кек полностью  из обожженного концентрата в  оксиде железа (III) в количестве 2,96  кг; в гидрооксиде железа (III)  – 0,62 кг.
     C этим количеством гидрооксида железа (III) связано, кг:
           железа: 5,6-2,32-2,96 = 0,32
           кислорода: 0,32*48:55,85 = 0,28
           водорода: 0,32*3:55,85 = 0,02
     10) Кальций в кеке присутствует  в виде сульфата кальция.
      На  выщелачивание поступает 1,3 кг оксида кальция. В кеке кальций присутствует в виде сульфата кальция.
     Определяем  количество кальция в кеке, кг:
           1,3*40:56 = 0,93
     Сульфата  кальция в кеке содержится, кг:
           0,93*136:40 = 3,16
     Сульфат кальция содержит, кг:
           кислорода: 0,93*64:40 = 1,49
           серы сульфатной: 0,93*136:40 = 0,74
     11) В кек переходят полностью  кремнезем, глинозем, а также прочие  компоненты огарка и марганцевой  руды в количестве, кг:
           15,4+(0,26-0,21) = 15,45. [7] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 4 – Состав цинкового кека
Соединения Содержание  компонентов, кг
Zn Pb Cu Cd Fe SS SSO4 Ca  
SiO2
 
Al2O3
O2 Н2 Прочие Всего
ZnO ZnO• Fe2O3
ZnSO4
ZnS
PbSO4
PbS
Cu(OН)2
CdO
Fe(OН)3
Fe2O3
CаSO4
SiO2
Al2O3
Прочие
2,83 1,35
0,05
1,0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- -
-
-
1,68
0,12
-
-
-
-
-
-
-
-
- -
-
-
-
-
0,57
-
-
-
-
-
-
-
- -
-
-
-
-
-
0,1
-
-
-
-
-
-
- 2,32
-
-
-
-
-
-
0,32
2,96
-
-
-
-
- -
-
0,49
-
0,02
-
-
-
-
-
-
-
-
- -0,02
-
0,26
-
-
-
-
-
0,74
-
-
-
- -
-
-
-
-
-
-
-
-
0,93
-
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.