Описание работы сгустителя

2. Описание работы сгустителя

Пульпу, полученную при выщелачивании обожженного цинкового концентрата (нейтральную и кислую), разделяют на твердую и жидкую фазы. Для разделения фаз применяют классификацию, отстаивание (сгущение) и фильтрацию.

Сгущение является промежуточным процессом при отделении жидкого от твердого перед фильтрацией. Отстаиванию подвергают пульпы, в которых жидкая фаза составляет значительную долю всей массы, когда твердые частицы легко оседают.

Рис 2 – Сгуститель: 1-железобетонный чан с футеровкой, гидроизоляцией и кислотоупорной керамикой; 2-укрытие; 3-привод; 4-приёмник пульпы; 5-перегребающий механизм; 6-сливной желоб; 7-узел выпуска сгущенного продукта

Сгуститель (рис.2) представляет собой чан диаметром 10-18 м и высотой 4-5 м с подвешенным на ферме перегребающим устройством. Чан изготавливают из железобетона или листовой стали и футеруют кислотоупорным кирпичом по рубероиду или полиизобутилену. Днище сгустителя выполняют 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/дм³ 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/дм³, в кислом 30-50 г/дм³.

3.  Расчет процесса выщелачивания цинкового огарка

 

На выщелачивание поступает обожженный материал следующего состава, %: цинка 58,8 (в т.ч. сульфидного 1,1; сульфатного 4,5; оксидного 53,2); свинца 2,0; меди 0,5; кадмия 0,1; железа 6,7; серы общей 3,4 ( в т.ч. сульфидной 0,5; сульфатной 2,9); оксида кальция 1,2; оксида кремния 1,6; оксида магния 0,5; прочих 25,2.

Расчет состава и выхода остатков от выщелачивания

Расчет ведем на 100 кг огарка.

Растворимость отдельных составных частей огарка должна определяться путем предварительного проведения опытов.

За неимением таких данных на основании практики работы заводов принимаем:

а) из всего количества железа переходит в раствор и в дальнейшем осаждается в виде Fe(OH), 10%. Остальное количество железа остается в виде нерастворившихся ферритов. Тогда в раствор переходит 6,7 ∙ 0,1 = 0,67 кг железа. Остается нерастворимым 6,7 – 0,76 = 6,03 кг железа;

б) медь переходит в раствор на 50%: 0,5 ∙ 0,5 = 0,25 кг;

в) кадмий растворяется почти полностью;

г) окись магния растворяется полностью;

д) свинец, присутствующий в огарке в виде сульфата, остается без изменения, а находящийся в виде оксида также перейдет в сульфатное соединение. Следовательно, все 2,0 кг свинца будут присутствовать в остатках от выщелачивания в виде PbSO₄;

е) цинк, присутствующий в огарке в виде сульфида, в количестве 1,1 кг остается нерастворимым. Не растворяется также ферритный цинк, количество его в виде ZnO ∙ Fe₂O₃ находим из пропорции:

65,37 кг 111,7 кг

х 6,03 кг

х = 3,53 кг.

Всего нерастворимого цинка 1,1 + 3,53, = 4,63 кг, что составляет в процентах от общего содержания цинка в огарке

Растворимого цинка 58,8 – 4,63 = 54,17 кг или 92,13 %.

Полученные данные сводим в таблицу 1.

Таблица 1

Состав и выход остатков от выщелачивания, %

Химическое соединение	Элементы
	Zn	S	O2	H2	Fe	Cu	Pb	CaO	SiO2	Прочие	Всего
ZnS	1,1	0,54	-	-	-	-	-	-	-	-	1,64
ZnO	3,53	-	0,86	-	-	-	-	-	-	-	4,39
Fe2O3	-	-	2,59	-	6,03	-	-	-	-	-	8,62
Fe(OH)3	-	-	0,58	0,04	0,67	-	-	-	-	-	1,29
CuO	-	-	0,06	-	-	0,25	-	-	-	-	0,31
PbSO4	-	0,31	0,62	-	-	-	2,0	-	-	-	2,93
CaSO4	-	0,69	1,37	-	-	-	-	1,2	-	-	3,26
Прочие	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,18	0,18
кг	4,63	1,54	6,08	0,04	6,7	0,25	2,0	1,2	1,6	0,18	24,22
%	19,12	6,36	25,10	0,17	27,66	1,03	8,26	4,95	6,61	0,74	100

Таким образом, в результате выщелачивания 100 кг огарка получается 24,22 кг нерастворимого остатка, который кроме того, захватывает раствор, содержащий цинк. Примем, что в результате отмывки количество сульфатного цинка в остатках снижается до 2 % от веса влажного осадка, а влажность его равна 35%.

Обозначим вес влаги, смачивающей остаток, через х, вес сульфатного цинка а, вес воды в. Тогда:

x = a + в.

Учитывая процентное содержание сульфатного цинка в кеках, составляем пропорцию

Аналогично записываем пропорциональную зависимость между количеством и весом влажного кека

Решая систему из трех полученных уравнений, находим

а = 0,77 кг, в = 13,45 кг, х = 14,22 кг

Следовательно, всего остатков от выщелачивания будет:

сухого кека	26,11 кг или	63 %
воды	14,51 кг или	35 %
сульфатного цинка	0,83 кг или	2 %
Всего	41,45 кг или	100%

В том числе сухого кека

24,22 + 0,77 = 24,99 кг.

Состав сухого кека приведен в таблице 2.

Таблица 2 Выход и состав сухого кека

Составляющие кека	Zn	S	O2	H2	Fe	Cu	Pb	CaO	SiO2	Прочие	Всего
Сухой материал	4,63	1,54	6,08	0,04	6,7	0,25	2,0	1,2	1,6	0,18	24,22
ZnSO4	0,31	0,15	0,31	-	-	-	-	-	-	-	0,77
Всего
кг	4,94	1,69	6,39	0,04	6,7	0,25	2,0	1,2	1,6	0,18	24,99
%	19,77	6,77	25,57	0,16	26,81	1,00	8,00	4,80	6,40	0,72	100

Сульфатная сера слагается из серы сульфатного цинка, свинца и кальция в количестве

ZnSO4	0,16 кг
PbSO4	0,31 кг
CaSO4	0,69 кг
Всего	1,16 кг, что составляет 4,31 %.

Для компенсации потерь серной кислоты в процессах выщелачивания и электролиза в обожженном концентрате оставляют некоторое количество сульфатной серы. В данном расчете принято 3 % , то при расходе ее 1,15кг с кеками добавлять серную кислоту не потребуется.

Определение выхода цинка в чушковый металл

Исходное содержание цинка в обожженном материале составляет 58,8 кг, с остатками от выщелачивания теряется 4,94 цинка. Остаток от выщелачивания перерабатывают, дополнительное извлечение цинка в раствор составляет примерно 80 %, т.е. окончательные потери будут 4,94 ∙ 0,2 =0,99

Следовательно, извлечение в процессе выщелачивания с учетом переработки остатков от выщелачивания составит , т.е потери составляют 1,68 %.

Прочие потери цинка в производстве укладываются в следующие пределы, %;

при переплавке катодов 1,0

при очистке растворов от примесей 0,70

в выщелачиваемом цехе 0,50

в электролизном цехе 0,50

Всего 2,70

Таким образом, суммарные потери цинка составляют 1,68 + 2,7 = 4,38%

и выход цинка в чушковый металл 100 - 4, 55 = 95,62%.

Определение суточного количества потерь и материалов

Допустим, что производительность проектируемого завода составляет

100 000 т чушкового металла в год. Приняв число рабочих дней в году равным 365, получим суточную производительность по чушковому металлу

100 000: 365 = 274 т.

Примем, что из катодного цинка 4% будет израсходовано для производства цинковой пыли и 2,5% перейдет в дросс. Дросс возвращается в процесс выщелачивания, где цинк полностью извлекается (на безвозвратные потери ранее принято было 1%). Цинковую пыль (4%), расходуемую на очистку растворов от меди и калия, лишь частично растворяют, а остальную ее часть выводят из процесса с медно-кадмиевым кеком. Для упрощения расчетов примем, что цинк из цинковой пыли вовсе не извлекают.

Выход катодного цинка в сутки тогда составляет

т

Для производства такого количества цинка необходимо ввести в процесс выщелачивания обожженного цинкового концентрата

т

Таким образом, в процесс выщелачивания поступает в сутки

542,93∙ 0,588 = 319,24 т цинка.

Суммарные потери будут 319,24 ∙ 0,044 = 14,05 т цинка.

Абсолютные величины потерь распределяются следующим образом, т: потери в остатках от выщелачивания

(с учетом доизвлечения цинка) 319,24 ∙ 0,017= 5,42;

потери при очистке электролита 319,24 ∙ 0,007 = 2,24;

потери в выщелачиваемом цехе 319,24 ∙ 0,005 = 1,60;

потери в электролитном цехе 319,24 ∙ 0,005 = 1,60;

потери при переплавке катодов 319,24 ∙ 0,010 = 3,19;

Всего 14,05

Выщелачивая в сутки 542,93т огарка, получим остатков от выщелачивания 542,93∙ 0,2499 = 135,68 т.

Суточное количество влажных кеков составит: т.

Суточная производительность электролитного цеха составляет 293,05т.

При осаждении этого количества цинка на катодах образуется эквивалентное количество серной кислоты по реакции

ZnSO₄ + H₂O = Zn + H₂SO₄ + ЅO₂, а именно

293,05 ∙ 1,5 = 439,58 т.

Зададимся содержанием цинка в нейтральном растворе, поступающем на электролиз, равным 120 г/дм³ и количеством выделяемого при электролизе 80 г/дм³. Тогда для производства 293,05 т катодного цинка потребуется раствора м³

Удельный вес раствора выбранного состава равен 1,285. Весовое количество его будет 3663,13 ∙ 1,285 = 4707,13 т.

Каждый кубический метр этого раствора состоит из следующих компонентов:

сульфата цинка 120 ∙ 2,47 = 296,4 кг;

воды (по разности) 988,6 кг;

Всего 1285 кг

Следовательно, во всей массе раствора содержится

3663,13 ∙ 0,2964 = 1085,75 т ZnSO₄;

3663,13 ∙ 0.9886 = 3621,37 т воды.

Всего 4707,12 т

В процессе электролиза происходит выделение цинка на катоде и эквивалентного кислорода на аноде  т кислорода за счет разложения 293,05 ∙ 2,47 = 723,83 т ZnSO₄и т воды.

Состав и количество получившегося отработанного электролита будет:

сульфата цинка 1085,75 – 723,83 = 361,92 т;

Воды 621,37 – 80,86 = 3540,51 т;

серной кислоты 439,58 т.

Всего 4342,01 т.

Удельный вес отработанного электролита примем равным 1,18. Тогда объем его будет 4342,01: 1,18 = 3679,67 м³.

Содержание цинка составит г/дм³

и содержание серной кислоты  г/дм³

При выгрузке катодов происходит потеря раствора и с ним цинка. Выше было подсчитано, что потери при электролизе составляют 1,6 цинка, что дает в пересчете на сульфат цинка 1,6∙ 2,47 = 3,95 т.

С раствором теряется также кислота т, и вода т

Таким образом, количество отработанного электролита будет:

сульфата цинка 361,92 – 3,95 = 357,97 т;

серной кислоты 439,58 – 4,80 = 434,78 т;

воды 540,51 – 38,64 = 3501,87 т;

Всего 4294,62 т.

Что в перерасчете на объемные единицы состави 4294,62 : 1,18 = 3639,51 м³.

Расчет медно-кадмиевой очистки растворов

В течение суток перейдет в раствор

542,93 ∙ 0,0025 =1,364 т меди и

542,93 ∙ 0,001 = 0,54 т кадмия

Очистка растворов от меди и кадмия производится цинковой пылью и осуществляется по следующим реакциям:

CuSO₄ + Zn = ZnSO₄ + Cu,

CdSO₄ + Zn = ZnSO₄ + Cd.

Теоретический расход цинковой пыли составит, т:

для осаждения меди

для осаждения кадмия

Итого 1,72 т.

Практически нами было принято. Что 4% от всего катодного цинка будет расходоваться для этой цели, или 293,05 ∙ 0,04 = 11,72 т в сутки, т.е расход цинковой пыли будет примерно в 6 раз больше теоретически необходимого количества. Избыточная пыль в количестве перейдет в медно-кадмиевые кеки. 11,72 – 1,72 = 10,00 т

В этих кеках сумма Cu + Cd + Zn составляет 60 %. Всего перейдет в медно-кадмиевые кеки

Металл	т	%
цинка	10,00	50,42
меди	1,36	6,86
кадмия	0,54	2,72
Итого	11,90	60,0

Ежесуточное получение медно-кадмиевых кеков составит: т.

Расход воды на процесс

Вода на промывку кеков берется в таком количестве, в каком она выводится из процесса с цинковыми и медно-кадмиевыми кеками, а также с учетом ее испарения. Примем, что испарение воды составляет 2 % от количества нейтрального раствора, или 4707,12 ∙ 0,02 = 94,14 т воды.

Примем, что в меднокадмиевых кеках содержится 30 % воды или 19,83 ∙ 0,3 = 5,95т.

Всего будет израсходовано воды, т:

с цинковыми кеками 72,63

с медно-кадмиевыми кеками 5,95

на испарение 94,14

потери при электролизе 38,64

Итого 211,36

Результаты всех расчетов сводим в общую таблицу 3 материального баланса выщелачивания.

Таблица 3 Материальный баланс выщелачивания

Статьи	т	Компоненты
		Цинк	Свинец	Медь	Кадмий	Железо		Сера (общ)	Прочие
Поступило
Обожженный концентрат	542,93	319,24	10,86	2,72	0,54	36,38	18,45		154,73
Отработанный электролит	4294,62	145,03	-	-	-	-	212,95		3936,64
Цинковая пыль	11,72	11,72	-	-	-	-	-		-
Вода для промывки кеков	211,36	-	-	-	-	-	-		211,36
Итого	5060,63	475,99	10,86	2,72	0,54	36,38	231,41		4302,73
Получено
Нейтральный раствор	4707,12	437,29	-	-	-	-	215,29		4054,54
Влажные цинковые кеки	208,31	26,82	10,86	1,36	-	36,38	9,72		123,17
Медно-кадмиевые кеки	19,83	10,00	-	1,36	0,54	-	-		7,93
Испарение воды	34,14	-	-	-	-	-	-		94,14
Потери	31,23	1,88	-	-	-	-	6,4		22,95
Итого	5060,63	475,99	10,86	2,72	0,54	36,38	231,41		4302,73