Question

Чистый цинк представляет собой голубовато-белый, блестящий металл, температуры плавления и кипения которого соответственно равны 419 о С и 908 о С. Мировое производство цинка составляет более 10 млн тонн. Он занимает четвёртое место по объёмам промышленного использования после железа, алюминия и меди. Основным минералом цинка является сфалерит, или цинковая обманка ZnS. Первой стадией получения цинка в промышленности является обогащение руды, содержащей цинковую обманку. В результате обогащения получается концентрат, содержащий в среднем 50 % цинка по массе, а также серу, железо и оксид кремния(IV). Второй стадией является обжиг концентрата в обогащённом кислородом воздухе, в результате чего образуются оксиды цинка и серы. На третьей стадии полученный после обжига продукт прокаливают при 950 о С с коксом и получают черновой цинк, содержащий 98,7 % основного вещества. а) Приведите уравнения химических реакций, лежащих в основе промышленного процесса получения цинка. б) Чему равна массовая доля цинковой обманки в концентрате, образующемся после обогащения руды? в) Рассчитайте массу концентрата, необходимого для получения 1,00 т чернового цинка, если практический выход на стадии обжига равен 97 %, а на стадии восстановления — 95 %. г) Поясните, как выделяют черновой цинк из реакционной смеси на последней стадии процесса.

Answer 1

дано:
- содержание цинка в черновом цинке = 98,7 %
- практический выход на стадии обжига = 97 %
- практический выход на стадии восстановления = 95 %
- масса конечного продукта (чернового цинка) = 1,00 т = 1000 кг

найти:
массу концентрата, необходимую для получения 1,00 т чернового цинка.

решение:

а) Уравнения химических реакций, лежащие в основе промышленного процесса получения цинка:

1. Обжиг концентрата:
2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2

2. Восстановление оксида цинка с помощью кокса:
ZnO + C → Zn + CO

б) Массовая доля цинковой обманки в концентрате:

При обогащении руды получается концентрат, содержащий 50 % цинка по массе.

Массовая доля цинковой обманки в концентрате = 100 % - 50 % = 50 %.

в) Рассчитаем массу концентрата, необходимую для получения 1,00 т чернового цинка:

1. Определим массу чернового цинка после стадии восстановления:
масса чернового цинка = 1000 кг / 0,95 (выход на стадии восстановления) = 1052,63 кг.

2. Теперь определим массу оксида цинка, необходимую для получения этой массы:
масса ZnO = 1052,63 кг / 0,97 (выход на стадии обжига) = 1085,56 кг.

3. Поскольку каждый 1 моль ZnO (81 г) содержит 1 моль Zn (65 г), мы можем найти массу концентрата:
масса ZnO = (масса концентрата * содержание Zn в концентрате) / молярная масса ZnS.

Обозначим массу концентрата через x. Содержание Zn в концентрате 50 %, значит:
x * 0,50 = 1085,56 кг
x = 1085,56 кг / 0,50 = 2171,12 кг.

Ответ:
Необходимая масса концентрата для получения 1,00 т чернового цинка составляет примерно 2171,12 кг.

г) Выделение чернового цинка из реакционной смеси на последней стадии процесса происходит следующим образом: образовавшаяся реакционная смесь нагревается до температуры около 950 °C. При этом происходит восстановление оксида цинка к элементарному цинку с помощью кокса. Полученный цинк испаряется и конденсируется в виде жидкого металла, который затем отливают в слитки. Неполностью реагировавший кокс и другие побочные продукты остаются в виде шлака.