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3000t/a电解金属锰冶炼工厂冶金计算

2019-03-05    来源:    
    1、碳酸锰矿藏组成核算
    质料(碳酸锰矿)化学成分见表1。
    依据碳酸锰矿藏相分析材料,矿中锰以MnCO3方式存在;脉石中的Ca,Mg别离以CaCO3,MgCO3方式存在;其他Si,Al,P别离以SiO2,Al2O3,P2O5方式存在。其他少数元素均列入其他项中。
表1  碳酸锰矿化学成分表





化学成分

Mn

Fe

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

P

S

其他


含量/%

21.30

3.45

23.60

4.40

8.05

3.0

0.20

0.90

35.10
    下面以100kg干的碳酸锰矿为基数进行核算。
    (1)MnCO3量
21.30×114.95/54.94=44.57(kg)
    其间:Mn21.30kg;C 4.66;O 18.6kg
    (2)CaCO2量
8.05×100.09/56.08=14.37(kg)
    其间:CaO8.05kg;C 1.72kg;O 4.60kg    (3)MgCO3量
3.0×84.32/40.31=6.28(kg)
    其间:MgO 3.00kg;C 0.90kg;O 2.38kg
    (4)FeS2量
0.9×119.97/64.12=1.68(kg)
    其间:S 0.9kg;Fe 0.78kg
    (5)Fe2O3量核算
    与硫结组成FeS2的铁为0.78kg,则与氧结组成Fe2O3的铁量为
3.45-0.78=2.67(kg)
    Fe2O3量:
2.67×159.70/111.70=3.82(kg)
    其间:Fe 2.67kg;O 1.15kg
    (6)P2O5量
0.20×141.94/61.94=0.46(kg)
    其间:P 0.20kg;O 0.26kg
    上述核算成果列于表2中。
表2  碳酸锰矿藏相组成(kg)





组成

Mn

CaO

MgO

S

Fe

P

C

O

SiO2

Al2O3

其他

算计


MnCO3

21.30

 

 

 

 

 

4.66

18.61

 

 

 

44.57


CaCO3

 

8.05

 

 

 

 

1.72

4.60

 

 

 

14.37


MgCO3

 

 

3.00

 

 

 

0.90

2.38

 

 

 

6.28


FeS2

 

 

 

0.90

0.78

 

 

 

 

 

 

1.68


Fe2O3

 

 

 

 

2.67

 

 

1.15

 

 

 

3.82


P2O5

 

 

 

 

 

0.20

 

0.26

 

 

 

0.46


SiO5

 

 

 

 

 

 

 

 

23.60

 

 

23.60


Al2O3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.40

 

4.40


其他

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.82

0.82


算计

21.30

8.05

3.00

0.30

3.45

0.20

7.28

27.00

23.60

4.40

0.82

100
    2、溶液平衡核算
    溶液平衡是湿法冶金规划的首要核算内容,通过溶液平衡核算后,才干进行湿法冶金进程的金属平衡、热平衡核算,才干精确进行湿法冶金的浸出槽、净化槽、各种溶液贮槽、过滤设备、输送泵、溜槽、管道及阀门等的挑选核算。[next]
    (1)溶液平衡核算选:
    ①锰冶炼总回收率68%~74%,本核算选取71%。
    ②锰电解合格液含Mn2+35~40kg/m3,本核算选取37kg/m3。
    ③锰电解阳极液含Mn2+13~16kg/m3,本核算选取15kg/m3。
    ④电解车间锰冶炼回收率95%~97%,核算选取96%。
    ⑤工厂年出产天数300~330d,本核算选取300d。
    ⑥电解时,电解槽槽面蒸腾水分为合格液体积的1.0%。
    (2)电解溶液平衡核算
    ①日分出金属锰产品含Mn量核算:
3000t/300d=10.0t/d
    产品中含Mn量:
10.0t/d×99.9%=9.99t/d=9990kg/d
    ②日需合格液量核算
    电解进程锰冶炼回收率为96%,冶炼全流程锰总回收率71%,则日需碳酸锰中的锰量为
9990kg/d÷71%=14070kg/d
    电解进程其他方面丢失的锰量:
14070kg/d×(1-96%)=560kg/d
    设日需合格液体积为V1,则因为电解时水分蒸腾,每日所发生的阳极液体积V2为:
V2=(100%-1%)V1=V1×99%
    日需合格液(V1)体积可由下式求得:
V1=m/(C1-C2×99%)
式中  V1-合格液日需体积,m3;
      m-产品中及其他丢失的锰量,kg;核算为9990+560=1055kg;
      C1-合格液含Mn 2+,37kg/m3;
      C2-阳极液含Mn2+,15kg/m3。
    代入后得:
V1=10550/(37-15×99%)=476.30(m3/d)
    折合每出产1t电解金属锰需合格液体积47.63m3。合格液中Mn2+量为:
476.30×37=17623.10(kg/d)
    ③阳极液核算
    阳极液产出量:
476.30×(100%-1%)=471.54(m3/d)
    阳极液中Mn2+量:
471.54×15=7073.10(kg/d)
    阳极液中H2SO4浓度核算:
(17623.10-7073.10)×98÷55471.54=18798÷471.54=39.87(kg/m3)
或:
    (37-15×99%)×98÷55÷99%=39.87(kg/m3)
    应该指出,电解槽作业温度高时,槽面水分蒸腾大,所产阳极液含H2SO4高。冬天一般蒸腾量少,阳极液酸度偏低,夏日蒸腾量大,阳极液含酸略高。本规划核算成果为工业出产的中间值,契合工业出产实践。
    ④电解蒸腾水量
    电解时水分蒸腾量正常状况下为合格液参加量的1%,即为
476.3×1%=4.76(m3/d)    在实践出产中,当电解液温度为40℃时,测定的每1m2电解槽面积,每小时蒸腾水分1kg的数值相契合。[next]
    设备挑选了68个电解槽,每个槽面面积为3.76m×0.78m=2.933m2,蒸腾水量为
1×3.76×0.78×68×24=4786(kg/d)=4.78m3/d
    这与按合格液体积的1%预算成果(即4.76m3/d )根本相契合。
    ⑤阳极泥带走的水分
    锰电解时,阳极泥发生率占电解锰产出量的6%~12%,本核算取8%,则阳极泥产出量为
10000kg/d×8%=800kg/d(干量)
    阳极泥含水40%,带出水量为
800kg/d×100%÷60%-800kg/d=533kg/d
    此部分带出水量很少,与电解操作带入水量相抵消,溶液平衡核算中能够不考虑这一部分水量。
    (3)硫化、静置溶液体积核算
    硫化进程在常温下进行,蒸腾水量少,硫化渣渣量很少。静置也是相同,静置水分与静置液量均为476.30m3/d。
    (4)浸出、氧化、中和溶液核算
    ①电解锰工艺锰冶炼总回收率一般在68%~74%之间,本核算取锰冶炼总回收率为71%,年产3000t电解金属锰需含Mn21.30%的碳酸锰矿量为
          3000×99.9%÷71%÷21.3%=19818(t/a)=66.06(t/d)
    碳酸锰矿粉含H2O3%,带入的水重量为
          66.06×100%÷97%-66.06%=68.1-66.06=2.04t=2.04m3
    ②由阳极液带入的体积
    电解产出的阳极认悉数参加到浸出中,其间一部分是参加到碳酸锰矿的浆化进程中,但最终仍是进入到浸出体系,其量为471.54m3/d。
    ③参加H2SO4的体积
    H2SO4单位耗费目标为1.8t/t,每天参加H2SO4量为
1.8t/t×10t/d=18t/d
    折合体积为10m3/d(容重1.8t/m3核算)
    硫酸参加水溶液中总体积会缩小,但对工业出产体积核算来说,其缩小的体积能够忽略不计。
    ④的体积
    补加量(吨电锰)为0.1m3,每天产10t电锰,补加的锰水体积为1.0m3/d。
    ⑤浸出渣带走的水分核算
    浸出、氧化、中和除杂质后的溶液通过过滤,过滤渣率一般为参加碳酸锰矿量的68%~72%,本核算按渣率为70%考虑。
产出干渣量:
19818.00×70%=13872.60(t/a)=46.24(t/d)
    过滤选用箱式压滤机,过滤渣含水分28%~32%,本核算按渣含水30%计,渣带走的水为
46.24×100%÷70%-46.24=19.82(t/d)
    ⑥浸出、氧化、中和进程蒸腾水分
    浸出、氧化、中和是在常温下作业,而且槽、罐均加盖。蒸腾水分不多,本核算不予考虑。
    ⑦工艺进程补加水核算
    因为浸出渣带走水量、电解槽蒸腾水等,为使湿法冶金进程溶液平衡,工艺进程有必要弥补新水,新水的弥补用于过滤进程洗渣用,以下降渣中带走Mn2+,(NH4)2SO4等有价物质含量。
    可补加的洗渣水量为:
         浸出渣带走的水量+电解槽蒸腾量-加硫酸体积-参加体积-碳酸锰矿中水量。
即:19.82+4.76-10-1-2.04=11.54(m3/d)
    在工业出产中,补加水量随浸出渣含量的高、低,随气候条件的改变有动摇。
归纳上述各项核算,将溶液平衡成果列入表3、表4中,为直观反映,也可在工艺流程图中直接标示出来,见图1。

图1  各工序溶液数量流程图
    3、金属平衡核算
    金属平衡是冶金工厂得要的操控目标,是金属在各工序的走向攻略。对湿法冶金而言,金属平衡与固体物料平衡、溶液平衡有着密切关系。[next]
表3  浸出、氧化、中和溶液平衡表





项目

称号

单位

数量


项目

1、阳极液

m3/d

471.54


2、硫酸

m3/d

10.00


3、

m3/d

1.00


4、碳酸锰矿中的水

m3/d

2.04


5、洗渣新水

m3/d

11.54


6、其他

m3/d

 


算计

m3/d

496.12


产出项

1、中和后过滤液

m3/d

476.30


2、浸出渣带走

m3/d

19.82


3、蒸腾及其他

m3/d

 


算计

m3/d

496.12
 
 
表4  金属锰电解溶液平衡表





项目

称号

单位

数量


参加项

1、合格液

m3/d

476.30


2、其他

m3/d

 


3、算计

m3/d

476.30


产出项

1、阳极液

m3/d

471.54


2、水分蒸腾

m3/d

4.76


3、阳极泥带出

m3/d

 


4、丢失及其他

m3/d

 


算计

m3/d

476.30
    冶炼进程金属平衡的好坏,影响冶炼的直接回收率和总回收率的凹凸。
    (1)金属平衡核算根底数据
    ①碳酸锰矿中锰的冶炼总回收率68%~74%,本核算选取71%。
其间:浸出、氧化、中和实收率:77.0%
      硫化实收率:98.7%
      静置实收率:99.3%
      电解实收率:96%
    ②冶炼进程无名丢失1.0%。
        ③阳极泥产率(吨电解锰,含Mn50%)80kg/t
    (2)电解金属平衡核算
    电解金属实收率96.0%,其他4%进入到阳极泥、水洗的剥离丢失伴随溶液跑、冒、滴、漏等丢失。
    ①产品中和金属锰量
产品产量10.0t/d,含Mn99.9%,产品中Mn量;
10.0×99.0%=9.99(t/d)
    ②阳极泥中的Mn量
    电解阳极泥产出率为8.0%(占产品量的份额),阳极泥含Mn50%,阳极泥中Mn量:
10.0×8.0×50%=0.40(t/d)
    ③碳酸锰矿含Mn总量核算
    碳酸锰矿含Mn21.3%,冶炼总加嘏率71%,需总Mn量为:
10.0×99.90%÷71%=14.07(t/d)
    ④电解进程Mn的其他丢失和无名丢失量:
0.56t/d-0.4×4%=0.56t/d
    电解进程Mn的其他丢失和无名丢失量:
0.56t/d-0.4t/d=0.16t/d
    ⑤阳极液带出的锰量
    依据溶液平衡核算,电解阳极液产出量为471.54m3/d,阳极液含Mn15kg/m3,阳极液含Mn15kg/m3,阳极液中的锰量70731.1kg/d。
    ⑥需由合格液补给的锰量
    按溶液平衡核算成果,合格液量为476.30m3/d,合格液含Mn37.0kg/m3,合格液中的Mn重17623.10kg/d。[next]
    依据上列各项核算成果,列出电解金属平衡见表5。
 
表5  电解金属平衡表





项目

称号

干量或体积(kg/d或,m3/d)

金属锰


参加项

1、合格液

476.303m/d

%或kg/m3

Kg/d


算计

 

%或kg/m3

17623.10


产出项

1、电解金属锰

10000kg/d

37.0kg/m3

17623.10


2、阳极液

471.50m3/d

 

9990.00


3、阳极泥

800kg/d

99.90%

7073.10


4、其他丢失

 

15.0kg/m3

400.00


算计

 

50.0%

17623.10
    (3)浸出、氧化、中和及过滤金属平衡核算
    ①参加碳酸锰矿粉中Mn量
    参加碳酸锰矿粉66.06t/d,含锰档次21.3%,Mn量为
66.06×21.3%=14.074(t/d)=14070.4(kg/d)
    ②参加阳极液471.54m3/d,阳极液中Mn量70703.1kg/d。
    ③过滤液中带出Mn量
    浸出、氧化、中和实收率为77.0%,即进入到过滤液中的Mn量为
7073.10+14070×77%+10834.2=17907.3(kg/d)
    按溶液平衡核算,过滤液量为476.3m3/d,过滤液含Mn:
17907.3÷476.3=37.60(kg/m3)
    ④无名丢失的锰量
    浸出、氧化、中和进程无名丢失占矿中锰量的0.4%,即:
14070.4kg/d×0.4%=56.3kg/d
    ⑤浸出渣中的Mn量核算
    浸出渣率70%,产出干渣量46.24t/d(即46240kg/d),渣中Mn总量为
14070.4×(1-77%)-56.3=3179.89(kg/d)
    渣含Mn:
3179.89÷46240=6.88%
    实践上因为氧化进程参加了软锰矿,浸出渣中的Mn含量超越6.88%。
    当不核算软锰矿中的Mn量时,浸出、氧化、中和进程中的Mn金属平衡见表6。
表6  浸出、氧化、中和金属平衡表




项目

称号

干量或体积(kg/d或,m3/d)

金属锰


%或kg/m3

Kg/d


参加项

1、碳酸锰矿

66060kg/d

21.30%

14070.4


2、阳极液

471.545m3/d

15kgm/3

7073.5


算计

 

 

24443.5


产出项

1、过滤液

476.30m3/d

37.60kg/m3

17907.3


2、浸出渣

46240kg/d

6.88%

3179.9


3、丢失及其他

 

 

56.3


算计

 

 

21143.5
    (4)硫化、静置金属平衡
    硫化和静置进程,参加学溶液量与产出合格数量持平考虑,均为476.3m3/d。包含过滤产出的硫化渣、静置结晶物及进程无名丢失的锰占碳酸锰中的Mn量的2.0%,即为:
1070.×2.0=281.4(kg/d)
    静置后的合格液为Mn量为
17907.3kg/d-281.4kg/d=17625.9kg/d
    归纳表4和表5,及硫化、静置进程,列出电解锰的锰金属平衡总表,见表14-9。
表7  电解金属锰金属平衡总表





项目

称号

干量

金属锰


%

Kg/d


参加项

1、碳酸锰矿

66060kg/d

21.3%

14070.4


算计

 

 

14070.4


产出项

1、电解金属锰

10000kg/d

99.90%

9990.00


2、浸出渣

46240kg/d

6.88%

3179.9


3、阳极泥

800kg/d

50.0%

400.00


4、丢失及其他

 

 

500.5


算计

 

 

14070.4
    4、浸出进程酸平衡核算
    本规划所选用的碳酸锰矿藏相组成核算成果见表2,其间含MnCO3 44.57%;CaCO3 14.37%;MgCO3 6.28%;Al2O3 4.4%。酸浸进程中的化学反响首要有:
MnCO3+H2SO4→MnSO4+H2O+CO2↑    (1)
 
CaCO3+H2SO4→CaSO4+H2O+CO2↑    (2)
MgCO3+H2SO4→MgSO4+H2O+CO2↑      (3)
Al2O3+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2O    (4)
    这些化学反响均耗费H2SO4。依据工业出产所产出的浸出渣物相分析,MnCO3的浸出率到达94.0%,有85%的CaCO3按反响式(2)进行化学反响,有90%的MgCO3按反响式(3)进行化学反响,有10%的Al2O3按反响式(4)进行化学反响。未参加化学反响的MnCO3,CaCO3,MgCO3和Al2O3均直接进入到浸出渣中。反响生成的MnSO4,MgSO4有部分随渣中的水进入到浸出渣中;CaSO4因为溶解度小,大部分进入到浸出渣中。
下面以100kg干碳酸锰矿进行H2SO4耗费核算:
    (1)MnCO3耗H2SO4量
44.57×94%×98.08÷114.98=35.738(kg)
    (2)CaCO3耗H2SO4量
14.37×85%×98.08÷100.09=11.969(kg)
    (3)MgCO3耗H2SO量
6.28×90%×98.08÷84.32=6.574(kg)
    (4)Al2O3耗H2SO4量
4.4×10%×294.24÷101.9=1.27(kg)
    以上各项共耗H2SO4 55.551kg。
        本规划依据金属平衡核算,浸出碳酸锰矿量为66060kg/d,则耗H2SO4量为
66060÷100×55.551=36697.0(kg/d)
    依据溶液平衡核算,浸出时回来的阳极液含H2SO4量为18798.18kg/d,则浸出需弥补的H2SO4量为
36697.0kg/d-18798.18kg/d=17898.82kg/d
    浸出进程H2SO4的无名丢失占核算弥补的H2SO4总量的1.5%,即:
    总弥补的H2SO4量为181713.39kg/d。
    将上述各项核算成果列入表8中。
表8  浸出酸平衡核算成果





项目称号

体积, , , , /(m3·d-1)

硫酸


kg/m3

t/d


参加项

1、电解阳极液

471.54

39.87

18.79818


2、弥补硫酸

9.876

1840

18.17139


算计

 

 

36.96957


产出项

1、产MnSO4耗硫酸

 

 

23.60852


2、产CaSO4耗硫酸

 

 

7.90672


3、产MgSO4耗硫酸

 

 

4.34278


4、产Al2(SO4)3耗硫酸

 

 

0.83898


5、丢失及其他

 

 

0.27257


算计

 

 

36.96957
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