Математическая модель процесса выщелачивания цинковых Огарков Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 669.536.22 Д.Н. Дюнова

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЦИНКОВЫХ ОГАРКОВ

~ИЪ основе промышленного выщела--Л-^чивания цинковых огарков лежит гетерогенный процесс взаимодействия компонентов огарка и отработанного электролита. Технологическая цель процесса - наиболее полное извлечение в раствор цинка и сопутствующих ценных компонентов при минимальном загрязнении примесями, осложняющими ход последующих операций сгущения и фильтрации.

Скорость выщелачивания компонентов огарка может быть описана уравнениями химической кинетики:

dC„

dt

■ _ — KSC„

dCa

dt

dCH

ГДе CMe

лов; C„

= PaCM

(1)

концентрация оксидов метал-

ты; 5 - поверхность твердой фазы; в - стехиометрический коэффициент, определяющий расход реагента (в молях) на один моль сырья; а - коэффициент пропорциональности.

Для гетерогенного процесса выщелачивания огарка, описываемого псевдого-могенной моделью, уравнения материального баланса представим в виде

У0 (1 - е) ^СМеО = ф0 с0 _

Кр1(1 е) Л Фме0Сме0 (2)

_ФМе0^СМе0СН,50. ^Р1(1 — Ю — ФМе0СМе0,

v л H2SO4 _ C^

2S dt _ ^H2SO4 CH2SO4 — (3)

-Фн2SO4 kCMeOCH2SO4 Vp2 (1 — s) — ФН2SO4 CH2SO4 ,

где V - объем реакционной смеси; pi, р2 -плотность твердой фазы; s - порозность реакционной смеси; Фймю, Ф°н2SOt - входные потоки твердого и жид-кого вещества; ФМеС>, Фн SO - выходные потоки твердого и жидкого веществ; Ф^ию, Ф211гSOt - потоки компонентов реакции, подаваемых в стехиометрически необходимых количествах; CMleO,C<>HiO - концентрации веществ

во входном потоке; k - константа скорости реакции.

В предположении устойчивости и неизменности гидродинамических условий протекания процесса, а также их безинер-ционности по отношению к химическим процессам справедливо:

Vp1(1 — е) _ G1 _ const, Vp2е _ G2 _ const,

kCMeOCH2SO, _K . (4)

Тогда материальный баланс по твердому и жидкому веществам определяется соотношениями:

Ф _

(1 — CMeO ) ф0 (1 — Cmo ) Me

(5)

Ф„

_ . =(1 _ СЯ2504 ) Фн2504 + КОг(ФмеЮА + Фн20 ).

(1 СН250. )

(6)

В течение времени похождения пульпы через систему реакторов цинк и сопут-

ствующие ему ценные компоненты должны быть практически полностью переведены в раствор. В гидрометаллургической практике для этой цели широко используются каскады перемешивающих аппаратов. Система реакторов выщелачивания функционирует в установившемся режиме, причем в каждом из аппаратов системы сохраняются свои определенные и постоянные условия.

Основным показателем процесса выщелачивания является извлечение металлов в раствор. В случае равенства объемов реакторов извлечение вещества, достигаемое в каскаде реакторов, описывается соотношением:

Н* =

/ґ~лвх,\ г~івых,N \ (СМе0 ~ СМе0 ) /^вх,1 '

'-х

(7)

/^вых, N Нг 3О4

/'~»вХ,1 СН? 5Од

(8)

работки пульпы; объемная скорость потоков пульпы постоянна.

Тогда в соответствии с [1] для описания процесса выщелачивания в каскаде реакторов можно использовать зависимость:

Н1* = 1 - вь \м,(стн 2^о )^Ф(х)ах,

(9)

где СМО - концентрация оксидов металлов во входном потоке; СМО -концентрация ^(С^ ) =

оксидов металлов в выходном потоке *-го

реактора. где С

Переход компонентов огарка в жидкую фазу сопровождается расходованием серной кислоты. Поэтому извлечение металлов в раствор возможно оценивать по степени использования серной кислоты, количество которой практически можно определять с помощью промышленных рН-метрических и кондуктометрических систем. Вследствие этого справедливо:

где м>( СтНг0 ) - функция превращения вещества; Ф(т) - дифференциальная функция распределения вещества; т0 - натуральное время полного или условно полного завершения реакции; Ь — временной коэффициент.

Функция превращения вещества выражает долю завершения реакции во времени относительно реагирующего количества:

СТ

Нг 504

С я

С

Н7 504 ? н7 504

(10)

концентрация серной

В целях уточнения структуры модели принимаются следующие допущения: интенсивность перемешивания пульпы в реакторах обеспечивает ее однородность; состав пульпы в реакторе полностью соответствует ее составу на выходе; время усреднения свежего материала, подаваемого в реактор, пренебрежимо мало по сравнению со временем об-

кислоты в получаемом растворе соответственно текущая и предельная.

Дифференциальная функция распределения dФ(т) выражает долю потока пульпы или долю частиц вещества, пребывающих в системе реакторов в течение времени от т до т + йт. Общее содержание всех элементов пульпы выражается зависимостью

| йФ (т)йт + | йФ (т)йт = 1. (11)

О т+бт

Для системы последовательно установленных реакторов равного объема

-Я-1 _ т

ёФш = -

(12)

Я (N-1)! ’

где 2 - номинальное время пребывания частиц пульпы в реакторе; N —количество аппаратов в каскаде.

а

Номинальное время пребывания частиц пульпы в реакторе определяется по формуле:

V

2 = L, (13)

V

где V - объем пульпы в реакторе; V - объемная скорость подачи пульпы.

Временной коэффициент определяется по формуле

Ь = т О е-1. (14)

Задача выявления закономерностей процесса выщелачивания значительно

упрощается при рассмотрении его кинетики применительно к локальной, характерной для условий действующего производства, области изменения технологических параметров.

Полученная математическая модель характеризует влияние степени использования серной кислоты на извлечение ценных компонентов огарка, позволяет прогнозировать величину извлечения цинка в раствор и может быть использована для оптимального управления процессом.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ДоброхотовГ.Н. Гидрометаллургические процессы и аппараты. Л.: ЛГУ. 1976. 86 с.ЕШ

— Коротко об авторе -------------------------------------------------------------------

Дюнова Д.Н. - кандидат технических наук, доцент кафедры «Теория и автоматизация металлургических процессов и печей», Северо-Кавказский горно-металлурги-ческий институт (государственный технологический университет).

Статья рекомендована к опубликованию Северо-Кавказским горно-металлургическим институтом (государственным технологическим университетом).

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

МЕЛЬКОВ Исследование и оптимизация параметров техноло- 25.00.22 к.т.н.

Дмитрий

Андреевич

гий разработки по критериям напряженности массива и качества руд (на примере месторождений Садонского рудного узла)

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова:

Заметки:

Дата создания:

Число сохранений:

Дата сохранения:

Сохранил:

Полное время правки: 2 мин.

Дата печати: 24.03.2009 0:15:00

При последней печати страниц: 4

слов: 969 (прибл.)

знаков: 5 529 (прибл.)

5_Дюнова1

Н:\Новое по работе в универе\ГИАБ-2009\ГИАБ-5\Рубрика С:\и8ег8\Таня\АррБа1а\Коатт§\М1сго80й\Шаблоны\Когта1.ёо

© В

Пользователь

12.03.2009 17:41:00 4

19.03.2009 9:37:00 Пользователь