4. Материальные расчеты

4.1 Приготовление исходного раствора

Составы растворов рассмотрены в разделе 2.1. Раствор электролита из цеха электролиза после очистки от железа, сурьмы и частично от мышьяка объединяется с промывными водами и кислыми растворами печи «КС».

Берем 85 % масс электролита, 6 % масс промвод и 9 % масс кислого раствора. Данные сведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Смешение растворов

4.2 Стадия нейтрализации серной кислотой [14]

Полученный усредненный раствор направляется на стадию нейтрализации свободной серной кислоты до остаточного содержания 5 – 15 г./л. Нейтрализация осуществляется гранулированной медью с использованием в качестве окислителя кислорода воздуха.

Cu + H2SO4 + ½ O2 = CuSO4 + H2O (43)

M 64 98 16 160 18

m 17518 26824 4380 43795 4927

где М – молярная масса вещества, г/моль;

m – масса вещества, кг/сут.

По реакции (43) находим массы веществ. Содержание меди в гранулах 98,99 %, отсюда

mcu = 17697 ∙ 0,9899 =17518 кг,

m H2SO4 = 17518 ∙ 98/64 = 26824 кг,

m O2 =17518 ∙ 16/64 = 4380 кг,

m CuSO4 = 17518 ∙ 160/64 = 43795 кг,

m H2O = 17518 ∙ 18/64 = 4927 кг.

Степень разложения CuSO4 98 %, тогда с учетом этого

m O2исп = 4380 ∙ 0,98 = 4292 кг,

m H2SO4исп= 26824 ∙ 0,98 = 26287 кг,

m CuSO4исп= 43795 ∙ 0,98 = 42919 кг,

m H2Oисп= 4927 ∙ 0,98 = 4828 кг,

mcuисп = 17518 ∙ 0,98 = 17168 кг,

mвозд = 4380/0,231 = 18961 кг,

mN2 = 18961 – 4380 = 14581 кг,

m H2O = 4828 + 136617 = 141445 кг,

mcu = 17518 – 17168 = 350 кг,

m H2SO4израсх = 27061 – 26287 = 774 кг,

m CuSO4получ = 15483 + 42919 = 58402 кг,

mнераств. примесей = 17697 – 17518 = 179 кг,

m O2израсх = 4380 – 4292 = 88 кг.

Полученные данные в ходе нейтрализации представлены в табл. 4.2.

Таблица 4.2. Стадия нейтрализации

4.3 Фильтрация смеси

На стадию фильтрации поступает смесь после глубокой нейтрализации, на выходе имеем нейтральный раствор и медно-мышьяковистый кек, который отгружают и используют в других производствах.

Состав медно – мышьяковистого кека: 20 % Cu, 15 % As, 2 % Ni, 60 % H2O, 3 % нерастворимый остаток.

Тогда mкека = 350/0,2 = 1750 кг,

m As = 1750 ∙ 0,15 = 262 кг,

m As в р-ре = 382 – 262 = 120 кг,

mNi = 1750 ∙ 0,02 = 35 кг,

mNi в р-ре = 871 – 35 = 836 кг,

m влаги = 1750 ∙ 0,6 = 1050 кг,

mнераств. ост. = 1750 ∙ 0,03 = 53 кг.

Исходный раствор имеет массу mобщ (CuSO4 + H2SO4 + H2O) = 200621 кг

ω CuSO4 = 58402/200621 ∙ 100 = 29,1 %,

ω H2SO4 = 774/200621 ∙ 100 = 0,4 %,

ω H2O = 141445/200621 ∙ 100 = 70,5 %.

Отсюда m CuSO4 = 1050 ∙ 0,291 = 306 кг,

m H2SO4 = 1050 ∙ 0,004 = 4 кг,

m H2O = 1050 ∙ 0,705 = 740 кг.

Найдем массу CuSO4 в нейтральном растворе

m CuSO4 = 58402 – 306 = 58097 кг,

m H2SO4 = 774 – 4 = 770 кг,

m H2O = 141445 – 740 = 140705 кг.

Результат расчетов по стадии фильтрации представлен в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Фильтрация смеси