курсовые,контрольные,дипломы,рефераты
Конрольная работа
по дисциплине: «Металлургия тяжелых металлов»
на тему: «Предварительный обжиг
цинковых концентратов для дистилляционного процесса»
Выполнил: студент гр
Челябинск
2009 год
На цинковом дистилляционном заводе подвергают предварительному обжигу концентрат такого состава (в мас.%):
Таблица 1. Химический состав концентрата
| Zn | Pb | Cu | Fe | S | Cd | SiO2 | CaO | MgO | Прочие |
| 52,5 | 2,5 | 1,7 | 5,8 | 31,9 | 0,5 | 2,1 | 0,6 | 0,9 | 1,5 |
Требуется рассчитать:
1. Рациональный состав сырого (необожжённого) концентрата;
2. Количество обожжённого цинкового концентрата, а также его химический и рациональный состав;
3. Количество воздуха, необходимого для предварительного обжига концентрата до порошка;
4. Количество и состав обжиговых газов;
5. Материальный баланс обжига;
6. Тепловой баланс обжига.
Подсчитаем рациональный состав сырого концентрата, полагая, что металлы в нём находятся в виде следующих соединений: Zn в виде ZnS; Pb-PbS; Cu-CuFeS2; Cd-CdS; Fe-FeS2 и Fe7S8 ;CaO-CaCO3и Mg-MgCO3. Расчёт ведём на 100 кг концентрата.
Количество жидкого минерала по элементам, входящим в этот минерал, рассчитывают по соотношениям атомных масс. Приведём примеры расчетов.
Количество ZnS (сфалерит) на 100 кг концентрата:
65,4 кг Zn требуют 32 кг S (по молекулярным массам)
52,5 кг Zn - x кг S;
xs=(52,5•32)/65,4=25,69 кг, mZnS=78,19 кг.
Количество PbS (галенит) на 100 кг концентрата:
207,2 кг Pb требуют 32 кг S
2,5 кг Pb - x кг S;
xS=(2,5•32)/207,2=0,39 кг, mPbS=2,89 кг.
Количество CuFeS2 (халькопирит) на 100 кг концентрата:
183,4 кг CuFeS2 содержат 63,6 кг Cu
x кг CuFeS2 - 1,7 кг Cu;
xCuFeS2=(183,4•1,7)/63,6=4,9 кг.
В халькопирите содержится серы:
183,4 кг CuFeS2 содержат 64 кг S
4,9 кг CuFeS2 - x кг S;
xS=(4,9•64)/183,4=1,71 кг.
В CdS содержится серы:
116,36 кг CdS содержат 32 кг S
0,5 кг Cd содержат x кг S;
xS=(32•0,5)/116,36=0,14 кг.
Количество железа в халькопирите:
183,4 кг CuFeS2 содержат 55,8 кг Fe
4,9 кг CuFeS2 - x кг Fe;
xFe=(4,9•55,8)/183,4=1,49 кг.
Согласно расчёту требуется серы для образования, кг:
ZnS-25,69;
PbS-0,39;
CuFeS2-1,71;
CdS-0,14
Итого: 27,93.
Остальная часть серы в количестве 31,9-27,93=3,97 кг будут связана с железом в виде FeS2 (пирит) и Fe7S8 (пирротин). Для этих соединений осталось железа 5,8-1,49=4,31 кг.
Примем, что с пиритом связано «а» кг железа, тогда с пирротином (4,31-а) кг железа. Если количество серы в пирите «b» кг, то в пирротине (3,97-b) кг серы. Составляем два следующих уравнения:
для пирита:
55,8 кг Fe требуют 64 кг S
а кг Fe - b кг S;
x =b=(64•a)/55,8=1,147a
для пирротина:
(55,8•7) кг Fe требуют (32•8) кг S
(4,31-а) кг Fe - (3,97-b) кг S.
Отсюда, (3,97-1,147а)=(4,31-а)•0,655;
а=2,33 кг;
b=2,67 кг.
Количество FeS2=2,33+2,67=5 кг;
Количество Fe7S8=(4,31-2,33)+(3,97-2,67)=3,28 кг.
Количество CaCO3:
56,1 кг CaO требуют 44,0 кг CO
0,6 кг CaO - x кг CO;
xСО2 =(0,6•44)/56,1=0,47 кг,
mСaCO3=0,6+0,47=1,07 кг.
Количество MgCO3:
40,3 кг MgO требуют 44,0 кг CO2
0,9 кг MgO - x кг CO;
xCO2 =(0,9•44)/40,3=0,98 кг,
mMgCO3 =0,9+0,98=1,88 кг.
Данные по рациональному составу сырого концентрата приведены в табл.2.
Таблица 2.
Рациональный состав сырого цинкового концентрата, %
| Соединение | Zn | Pb | Cu | Cd | Fe | S | CaO | MgO | CO2 | SiO2 | Прочие | Всего |
| ZnS | 52,5 | 25,69 | 78,19 | |||||||||
| PbS | 2,5 | 0,39 | 2,89 | |||||||||
|
CuFeS2 |
1,7 | 1,49 | 1,71 | 4,90 | ||||||||
| CdS | 0,5 | 0,14 | 0,64 | |||||||||
|
FeS2 |
2,33 | 2,67 | 5,00 | |||||||||
|
Fe7S8 |
1,98 | 1,30 | 3,28 | |||||||||
|
CaCO3 |
0,6 | 0,47 | 1,07 | |||||||||
|
MgCO3 |
0,9 | 0,98 | 1,88 | |||||||||
|
SiO2 |
2,1 | 2,10 | ||||||||||
|
Прочие (по разности) |
0,05 | 0,05 | ||||||||||
| Итого: | 52,5 | 2,5 | 1,7 | 0,5 | 5,8 | 31,90 | 0,6 | 0,9 | 1,45 | 2,1 | 0,05 | 100 |
Подсчитаем рациональный состав огарка. Принимаем, что концентрат обжигают в виде порошка в печи с механическим перегребанием, а затем на спекательной машине. В предварительно обожжённом концентрате оставляем 7,9% общей серы, причём 0,9% находится в виде SSO3 и 7,0% в виде SS. В концентрате наиболее трудно обжигающийся сульфид ZnS, поэтому допустим, что вся сульфидная сера будут связана в огарке только с цинком. Сульфатную серу распределяем следующим образом: половину свинца, оксида кальция и оксида магния связываем в сульфатную форму, а остальную серу связываем с цинком в ZnSO4.
Принимаем, что все карбонаты, присутствующие в концентрате, при обжиге диссоциируют полностью; железо окисляется наполовину до Fe2O3 и наполовину до Fe3O4; вся медь окислиться до Cu2O и весь кадмий-до CdO.
Принимаем, что полуобожжённого концентрата будет получено 87% от сырого. Тогда в огарке будет содержаться 0,783 кг SSO3 и 6,09 кг SS.
Результаты подсчётов рационального и химического составов полуобожжённого концентрата представлены в табл.3.
Количество ZnS:
65,4 кг Zn требует 32 кг SS
x кг Zn - 6,09 кг SS
xZn=(65,4•6,09)/32=12,45 кг,
mZnS=12,45 + 6,09=18,54 кг.
Количество PbO:
207,2 кг Pb требует 16 кг O2
1,25 кг Pb - x кг O2
xO2=(1,25•16)/207,2=0,097 кг,
mPbO=1,25 + 0,097=1,347 кг.
Количество Cu2O:
127,2 кг Cu требует 16 кг O2
1,7 кг Cu - x кг O2
x O2=(16•1,7)/127,2=0,2 кг,
mCu2O=1,7+ 0,2=1,9 кг.
Количество Fe2O3:
111,6 кг Fe требует 48 кг O2
2,9 кг Fe - x кг O2
xO2=(2,9•48)/111,6=1,25 кг,
mFe2O3=1,25 + 2,9=4,15 кг.
Количество Fe3O4:
167,4 кг Fe требует 64 кг O2
2,9 кг Fe - x кг O2
xO2=(2,9•64)/167,4=1,11 кг,
mFe3 O4=1,11 + 2,9=4,01 кг.
Количество CdO:
112,4 кг Cd требует 16 кг O2
0,5 кг Cd - x кг O2
xO2=(0,5•16)/112,4=0,07 кг,
mCdO=0,5 + 0,07=0,57кг.
Количество PbSO4:
303,2 кг PbSO4 содержат 207,2 кг Pb
x кг PbSO4 - 1,25 кг Pb
xPbSO4=(303,2•1,25)/207,2=1,83 кг.
В PbSO4 содержится серы:
303,2 кг PbSO4 содержат 32 кг SS03
1,83 кг PbSO4 - x кг SS03
xSO3=(1,83•32)/303,2=0,19 кг.
В PbSO4 содержится кислорода:
303,2 кг PbSO4 содержат 64 кг O2
1,83 кг PbSO4 - x кг O2
xO2=(1,83•64)/303,2=0,39 кг.
Количество CaSO4:
136,1 кг CaSO4 содержат 57,1 кг CaO
x кг CaSO4 - 0,3 кг CaO
xCaSO4=(136,1•0,3)/57,1=0,72 кг.
В CaSO4 содержится серы:
136,1 кг CaSO4 содержат 32 кг SS03
0,72 кг CaSO4 - x кг SS03
xSO3=(0,72•32)/136,1=0,17 кг.
В CaSO4 содержится кислорода:
136,1 кг CaSO4 содержат 48 кг O2
0,72 кг CaSO4 - x кг O2
xO2=(0,72•48)/136,1=0,25 кг.
Количество MgSO4:
120,3 кг MgSO4 содержат 40,3 кг MgO
x кг MgSO4 - 0,45 кг MgO
xMgSO4=(120,3•0,45)/40,3=1,34 кг.
В MgSO4 содержится серы:
120,3 кг MgSO4 содержат 32 кг SS03
1,34 кг MgSO4 - x кг SS03
xSO3=(1,34•32)/120,3=0,356 кг.
В MgSO4 содержится кислорода:
120,3 кг MgSO4 содержат 48 кг O2
1,34 кг MgSO4 - x кг O2
xO2=(1,34•48)/120,3=0,53 кг.
Количество ZnSO4:
161,4 кг ZnSO4 содержат 32 кг SS03
x кг ZnSO4 - 0,067 кг SS03
xZnSO4=(161,4•0,067)/32=0,34 кг.
В ZnSO4 содержится цинка:
161,4 кг ZnSO4 содержат 65,4 кг Zn
0,34 кг ZnSO4 - x кг Zn
xZn=(65,4•0,34)/161,4=0,14 кг.
В ZnSO4 содержится кислорода:
161,4 кг ZnSO4 содержат 64 кг O2
0,34 кг ZnSO4 - x кг O2
xO2=(64•0,34)/161,4=0,13 кг.
ZnZnO=52,5-12,45-0,13=39,92 кг.
Количество ZnO:
65,4 кг Zn требует 16 кг O2
39,92 кг Zn - x кг O2
xO2=(39,92•16)/65,4=9,77 кг,
mZnO=39,92 + 9,77=49,69 кг.
Таблица 3.
Рациональный состав полуобожжённого концентрата, %
|
Соеди- нения |
Zn | Pb | Cu | Cd | Fe | SS | SSO3 | CaO | MgO | SiO2 | O2 | ||
| кг | % | ||||||||||||
| ZnO | 39,92 | 9,77 | 49,69 | 56,94 | |||||||||
| ZnSO4 | 0,14 | 0,067 | 0,13 | 0,337 | 0,37 | ||||||||
| ZnS | 12,45 | 6,09 | 18,54 | 21,24 | |||||||||
| PbO | 1,25 | 0,097 | 1,347 | 1,54 | |||||||||
| PbSO4 | 1,25 | 0,19 | 0,39 | 1,83 | 2,10 | ||||||||
| CaO | 0,3 | 0,3 | 0,34 | ||||||||||
| CaSO4 | 0,17 | 0,3 | 0,25 | 0,72 | 0,83 | ||||||||
| MgO | 0,45 | 0,45 | 0,52 | ||||||||||
| MgSO4 | 0,356 | 0,45 | 0,53 | 1,336 | 1,53 | ||||||||
| Fe2O3 | 2,90 | 1,25 | 4,15 | 4,76 | |||||||||
| Fe3O4 | 2,90 | 1,11 | 4,01 | 4,59 | |||||||||
| Cu2O | 1,70 | 0,2 | 1,9 | 2,18 | |||||||||
| SiO2 | 2,1 | 2,1 | 2,41 | ||||||||||
| CdO | 0,50 | 0,07 | 0,57 | 0,65 |
Итого:
| кг | 52,50 | 2,50 | 1,7 | 0,50 | 5,80 | 6,09 | 0,78 | 0,6 | 0,9 | 2,1 | 13,797 | 87,3 | — |
| % | 60,20 | 2,86 | 1,95 | 0,57 | 6,65 | 6,98 | 0,85 | 0,69 | 1,03 | 2,41 | 15,81 | — | 100 |
Из этой таблицы видно, что после уточнения выход огарка составил 87,27 % от сырого цинкового концентрата. Подсчитаем десульфурацию при обжиге.
При обжиге должно выгорать серы:
31,9-(0,78+6,09)=25,03 кг.
Десульфурация составит, следовательно:
(25,03•100)/31,9=78,46 %.
Принимаем, что 8% S сгорает в SO3 и остальные 92%-в SO2. Масса серы, сгорающей в SO3, составит:
25,03•0,08=2 кг.
Масса серы, сгорающей в SO2:
25,03•0,92=23,03 кг.
Рассчитаем необходимое количество кислорода. Количество кислорода для образования сернистого ангидрида SO2:
(23,03•32)/32=23,03 кг.
Масса SO2=23,03+23,03=46,06 кг.
Количество кислорода для образования серного ангидрида SO3:
(48•2)/32=3 кг.
Масса SO3=2+3=5 кг.
Теоретически требуется кислорода при обжиге 100 кг концентрата:
• для окисления металлов (согласно табл.3)-13,797 кг;
• для окисления серы до SO2-23,03 кг;
• для окисления серы до SO3–3 кг.
Итого: 39,827 кг.
Кислород в печь вводится вместе с воздухом, в котором содержится 23% кислорода, что составит:
(39,827•77)/23=133,3 кг азота.
Теоретическое количество воздуха составит:
39,827+133,3=173,16 кг.
Объём этого воздуха=m/p=173,16/1,293=133,92 м3
Результаты расчётов сведём в табл.4.
Таблица 4. Теоретический состав обжиговых газов
| Компоненты | кг | м3 | об.% | p, кг/м |
| SO2 | 46,06 | 16,10 | 13,17 | 2,86 |
| SO3 | 5,00 | 1,38 | 1,13 | 3,62 |
| CO2 | 1,45 | 0,76 | 0,62 | 1,90 |
| N 2 | 133,3 | 103,119 | 85,08 | 1,25 |
| Итого: | 185,81 | 121,359 | 100 |
Практически обжиг проводится при большом избытке воздуха; примем в данном расчёте двойное количество воздуха.
В состав избыточного воздуха входит:
O2: 173,16•0,23=39,827 кг или 30,8 м3
N2: 173,16•0,77=133,3 кг или 103,119 м3
Итого: 173,16 кг или 133,92 м 3
Количество и состав обжиговых газов при двойном избытке воздуха приведён в табл.5.
Таблица 5. Количество и состав обжиговых газов при двойном избытке воздуха
| Компоненты | кг | p, кг/м | м3 | об.% |
| SO2 | 46,06 | 2,86 | 16,10 | 6,34 |
| SO3 | 5,00 | 3,62 | 1,38 | 0,54 |
| CO2 | 1,45 | 1,90 | 0,76 | 0,30 |
| N2 | 259,94 | 1,25 | 207,96 | 81,91 |
| O2 | 38,82 | 1,428 | 27,68 | 10,91 |
| Итого: | 351,27 | 253,88 | 100 |
Материальный баланс предварительного обжига цинковых концентратов представлен в табл.6.
Таблица 6. Материальный баланс обжига
| Приход | кг | Расход | кг |
|
Сырой Концентрат |
100,0 |
Полуобожжённый Концентрат |
87,30 |
| Воздух | Газы: | ||
| азот | 259,94 | ||
| кислород | 38,82 | ||
| сернистый ангидрид | 46,06 | ||
| серный ангидрид | 5,00 | ||
| двуокись углерода | 1,45 | ||
| невязка | 0,05 | ||
| Итого | 338,62 | Итого: | 438,62 |
Тепловой баланс обжига
Приход тепла:
1. Окисление сульфида цинка по реакции:
ZnS+1,5O2=ZnO+SO2+105630 кал.
По этой реакции окислится (39,92•97,4)/65,4=59,45 кг ZnS.
Количество цинка, соответствующее данному количеству ZnS берём из табл.3. При этом будет получено (105630•59,45•103)/97,4=64473,34 ккал.
2. Окисление сульфида цинка по реакции:
ZnS+2O2=ZnSO4+185380 кал.
По этой реакции окислиться (0,14•97,4)/65,4=0,209 кг Zn и будет получено (185380•0,209•103)/97,4=397,77 ккал.
3. Окисление сульфида свинца по реакции:
PbS+1,5O2=PbO+SO2+100820 кал.
Количество сульфида свинца, окисляющееся по этой реакции
(1,25•239,2)/207,2=1,44 кг PbS,
При этом будет получено (100820•1,44•103)/239,2=606,94 ккал.
4. Окисление сульфида свинца по реакции:
PbS+2O2=PbSO4+196960 кал.
Окислиться по этой реакции (1,25•239,2)/207,2=1,44 кг PbS, и будет получено (196960•1,44•103)/239,2=1185,71 ккал.
5. Окисление сульфида кадмия по реакции:
CdS+1,5O2=CdO+SO2+26360 кал.
По этой реакции будет получено (26360•0,64•103)/144,4=116,83 ккал.
6. Окисление сульфида меди по реакции:
Cu2S+1,5O2=Cu2O+SO2+91800 кал.
Окислиться по этой реакции (1,7•159,2)/127,2=2,13 кг Cu2S и будет получено (91800•2,13•103)/159,2=1228,29 ккал.
7. Окисление пирита по реакции:
4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2+790600 кал.
По этой реакции будет получено тепла (790600•5,00•103)/479,2=8249,17 ккал.
8. Окисление FeS по реакции:
2FeS+3,5O2=Fe2O3+2SO2+292980 кал.
Окислиться по этой реакции mFe(Fe2O3)табл 3-mFe(FeS2)табл 2=2,9-2,33=0,57 кг железа, что даёт (0,57•87,8)/55,8=0,9 кг FeS. При этом будет получено тепла (292980•0,9•103)/175,6=1501,61 ккал.
9. Окисление FeS по реакции:
3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2+411720 кал.
2,9 кг Fe в виде FeS составит (2,9•87,8)/55,8=4,56 кг FeS. При этом будет получено тепла (411720•4,56•103)/263,4=7127,73 ккал.
10. Образование сульфата кальция по реакции:
CaO+SO3=CaSO4+96070 кал.
По этой реакции будет получено тепла (96070•0,72•103)/136,1=508,23 ккал.
11. Образование сульфата магния по реакции:
MgO+SO3=MgSO4+67210 кал.
По этой реакции будет получено тепла (67210•1,336•103)/120,3=746,41 ккал.
12. Окисление серы по реакции:
1/2S2 + O2 = SO2
По этой реакции будет получено тепла:
для халькопирита: (70960•0,43•103)/32=947,98 ккал;
для пирротина: (70960•0,16•103)/32=360,34
Всего получено тепла 87450,35 ккал.
Расход тепла
1. Потери тепла с отходящими газами, нагретыми до °С, ккал:
Q=mi•ci•t.
SO2: 46,06•0,177•580=4728,52
SO3: 5,00•0,177•580=513,30
CO2: 1,45•0,2493•580=209,66
N2: 259,94•0,2571•580=38761,73
O2: 38,82•0,2371•580=5338,45
Итого: 49551,66
2. Потери тепла с обожжённым концентратом, нагретым до 620°С:
87,30•0,22•620=11907,72 ккал.
3. Расход тепла на разложение карбонатов по реакциям:
CaCO3=CaO+CO2-42498 кал;
(42498•1,07•103)/100,1=454,27 ккал;
MgCO3=MgO+CO2-28108 ккал;
(28108•1,88•103)/84,3=626,85ккал;
Итого-1081,12 ккал.
4. Испарение воды на подсушивающем поде. Допустим, что в концентрате 6% H2O, и вся она испаряется на подсушивающем поде, тогда расход тепла составит λ•m=540•100•0,06=3240 ккал.
5. Разложение CuFeS2 и Fe7S8 примерно одинаков и равен 144,9 ккал/кг. Тогда на разложение этих соединений будет затрачено тепла
(1,49+1,98)•144,9=502,8 ккал.
6. Теплоизлучение и другие потери тепла определяются по разности. Результаты расчета теплового баланса обжига представлены в табл.7.
Таблица 7. Тепловой баланс обжига цинковых концентратов
| № | Приход тепла | ккал | % | № | Расход тепла | ккал | % |
| 1 | Окисление сульфида цинка до оксида | 64473,34 | 73,48 | 1 | Унос с отходящими газами | 49551,66 | 57,52 |
| 2 | Окисление сульфида цинка до сульфата | 397,77 | 0,45 | 2 | Унос с огарком | 11907,72 | 13,82 |
| 3 | Окисление PbS до PbO | 606,94 | 0,69 | 3 | На разложение карбонатов | 1081,12 | 1,26 |
| 4 | Окисление PbS до PbSO4 | 1185,71 | 1,36 | 4 | На испарение воды из концентрата | 3240 | 3,76 |
| 5 | Окисление CdS до CdO | 116,83 | 0,13 | 5 |
На разложение сульфидов CuFeS2 и Fe7S8 |
502,8 | 0,58 |
| 6 | Окисление Cu2S до Cu2О | 1228,29 | 1,40 | 6 | Теплоизлучение (по разности) | 19858,73 | 23,06 |
| 7 | Окисление FeS2 до Fe2O3 | 8249,17 | 9,43 | ||||
| 8 | Окисление FeS до Fe2O3 | 1501,61 | 1,72 | ||||
| 9 | Окисление FeS до Fe3O4 | 7127,73 | 8,15 | ||||
| 10 | Образование CaSO4 | 508,23 | 0,59 | ||||
| 11 | Образование MgSO4 | 746,41 | 0,86 | ||||
| 12 | Окисление серы | 1308,32 | 1,5 | Итого | 86142,03 | 100 |
Итого 87450,35 100
Выводы
1. При данном обжиге избытка тепла нет, поэтому зачастую требуется подтопка посторонними источниками тепла.
2. Целесообразно воздух, нагретый при охлаждении печи, вводить в печь для обжига.
Конрольная работа по дисциплине: «Металлургия тяжелых металлов» на тему: «Предварительный обжиг цинковых концентратов для дистилляционного процесса» Выполнил: студент гр Челябинск
Прессование
Приемы и виды конструктивного моделирования швейных изделий
Применение в пищевой промышленности мельницы Д-250
Применение материалов в электротехнике
Применение нанотехнологий в различных отраслях народного хозяйства
Принципова схема пристрою
Принципы построения гибкой системы обработки корпусов
Проверочный расчет центробежного насоса марки НЦВ 40/65
Проектирование и расчет релейно-контакторной системы управления
Проектирование маршрутного технологического процесса сборки изделия
Copyright (c) 2024 Stud-Baza.ru Рефераты, контрольные, курсовые, дипломные работы.