Выщелачивание обожженного цинкового концентрата

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)

 
 

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: