Технологические расчеты в металлургии цветных металлов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 
Институт экотехнологий и инжиниринга 

 

Е.В. Богатырева 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2933 

Кафедра цветных металлов и золота

Технологические расчеты 
в металлургии цветных  
металлов 

 

Лабораторный практикум 

Рекомендовано редакционно-издательским  
советом университета 

Москва 2017 

УДК 669.2/.8 
 
Б73 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук, доц. В.Ю. Лопатин 

Богатырева Е.В. 
Б73  
Технологические расчеты в металлургии цветных металлов : лаб. практикум / Е.В. Богатырева. – М. : Изд. Дом НИТУ 
«МИСиС», 2017. – 71 с. 
 

Практикум включает работы, связанные с определением характеристик 
минеральных концентратов, шихт и их компонентов, а также продуктов их 
переработки, необходимых для составления рационального состава концентратов, баланса технологических схем по металлу, технологических расчетов 
основных процессов и вспомогательных операций производства цветных металлов. 
При выполнении работ применяются современные методы инструментального анализа. 
Предназначен для студентов, обучающихся в бакалавриате по направлению 22.03.02 «Металлургия» профиля «Металлургия цветных, редких и благородных металлов». 

УДК 669.2/.8 

 


Е.В. Богатырева, 2017 
НИТУ «МИСиС», 2017 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие ........................................................................................ 4 
Лабораторная работа 1. Экспериментальное определение 
рационального состава концентратов (руд) цветных, 
редких и благородных металлов ................................................. 5 
Лабораторная работа 2. Составление и расчет баланса 
технологической схемы по металлу ........................................... 9 
Лабораторная работа 3. Определение технологических 
характеристик компонентов шихты ......................................... 12 
Лабораторная работа 4. Исследование вскрытия 
вольфрамитового концентрата спеканием с содой и расчет 
материального баланса процесса .............................................. 21 
Лабораторная работа 5. Извлечение меди из растворов 
подземного выщелачивания и ее концентрирование 
методом экстракции ................................................................... 29 
Лабораторная работа 6. Исследование и расчет процесса 
фильтрования пульпы ................................................................ 33 
Лабораторная работа 7. Исследование технологических 
характеристик процесса отстаивания ....................................... 37 
Лабораторная работа 8. Определение и расчет  
технологических характеристик операции промывки 
осадков ........................................................................................ 42 
Лабораторная работа 9. Получение хлорида калия из 
отработавшего электролита производства магния .................. 46 
Приложения ....................................................................................... 51 
Библиографический список .............................................................. 69 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Лабораторный практикум составлен в соответствии с программой 
курса «Технологические расчеты в металлургии цветных металлов». 
Цель выполнения работ лабораторного практикума – закрепление 
навыков определения характеристик минеральных концентратов, 
шихт и продуктов их переработки для составления балансов по металлу и выполнения технологических расчетов процессов и вспомогательных операций производства цветных металлов. 
Практикум включает задачи, которые содержат элементы исследования. При выполнении работ применяются современные инструментальные методы анализа. 
Выполнение работ предполагает знание студентами общих курсов 
«Основы гидрометаллургических производств», «Основы пирометаллургического производства», «Металлургия редких металлов». 

Лабораторная работа 1 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ 
РАЦИОНАЛЬНОГО СОСТАВА КОНЦЕНТРАТОВ 
(РУД) ЦВЕТНЫХ, РЕДКИХ И БЛАГОРОДНЫХ 
МЕТАЛЛОВ 

(4 часа) 

1.1. Цель работы 

Приобретение навыков экспрессной оценки химического состава 
минерального концентрата (руды) и расчета его рационального состава. 

1.2. Теоретическое введение 

Химический состав определяет количественное содержание элементов в минеральном концентрате. Минеральный состав концентрата показывает, в виде каких минералов присутствуют в концентрате 
(руде) все содержащиеся элементы. От минерального состава концентрата зависят составы продуктов процесса вскрытия (выщелачивания, плавки, обжига и др.), расход электроэнергии и реагентов, что 
обусловливает выбор варианта его металлургической переработки.  
Современная техника исследований предоставляет большие возможности для определения химического и минерального состава сырья. Микроскопия, рентгенографическое, электронографическое исследование, рентгенофлуоресцентная спектрометрия позволяют достаточно надежно определить качественный и количественный состав 
сырья. Все данные полного химического и минералогического состава обобщаются в виде рационального состава, показывающего, какие 
минералы и в каком количестве входят в состав минеральных концентратов. 
Рациональный состав рассчитывается на 100 кг (т) концентрата 
(руды) и результаты расчетов сводятся в таблицу. Вариант оформления таблицы рационального состава приведен на рис. 1.1. Сумма содержания компонентов и соединений (минералов) в графах «Итого» 
и «Всего» должна составлять 100 кг (!). 

Таблица 

Рациональный состав сульфидного медного концентрата 

Соединения 
(минералы) 
Содержание компонентов, % 
Всего 

Cu 
Fe 
S 
SiO2
Прочие 

CuFeS2 
 
 
 
 
 
 

CuS 
 
 
 
 
 
 

FeS 
 
 
 
 
 
 

SiO2 
 
 
 
 
 
 

Прочие 
 
 
 
 
 
 

 
Итого 
 
 
 
 
 
100 
100 

Рис. 1.1. Вариант оформления таблицы рационального состава 

Для составления таблицы рационального состава концентрата 
(руды) необходимо провести стехиометрические расчеты: 
– процентного состава минералов; 
– содержания минерала в концентрате (руде). 
Примеры расчетов приведены в прил. А. 

1.3. Перечень оборудования и реактивов 

1. Рентгенофлуоресцентный анализатор ARL Optim’X. 
2. Ручной пресс для пробоподготовки. 
3. Пресс-форма. 
4. Весы технические. 
5. Ступка.  
6. Концентраты цветных, редких и благородных металлов. 
7. Борная кислота. 

1.4. Порядок проведения работы 

Занятие состоит из двух частей: 
1) определение химического состава минерального концентрата 
(руды) рентгенофлуоресцентным методом на приборе ARL Optim’X; 
2) расчет рационального состава концентрата (руды). 
Студенты получают индивидуальное задание: 
– образец минерального концентрата (руды); 
– минералогический состав концентрата (руды). 
1. Определение химического состава минерального концентрата 
(руды) рентгенофлуоресцентным методом на приборе ARL Optim’X 

А) Подготовка пробы к анализу: 
– Истереть образец до крупности менее 40 мкм.  
– На прессе, в соответствии с инструкцией пользователя, запрессовать подложку из борной кислоты (масса борной кислоты для подложки – 10,0 г) при усилии 5 тс в гарнитуре диаметром 40 мм. Снять 
верхний пуансон для доступа к поверхности подложки. 
– Перенести на подложку 1…2 г образца после помола и равномерно распределить по поверхности подложки. Установить на место 
верхний пуансон и запрессовать пробу с усилием 25 тс. 
– Выпрессовать пробу из пресс-формы. Перенести, не касаясь руками аналитической поверхности, полученную пробу в кассету спектрометра, снабженную центрирующим кольцом для таблеток диаметром 40 мм. 
Б) Анализ образца методом фундаментальных параметров (метод 
X_UQ). 
В) Обработка данных в программном комплексе OptiQuant в соответствии с инструкцией пользователя. 
2. Расчет рационального состава концентрата (руды) 
Преподаватель приводит пример типового расчета рационального 
состава концентрата (руды). 

1.5. Обработка экспериментальных данных 

 Расчет рационального состава концентрата (руды) проводится на 
основании индивидуального задания и результатов химического анализа с использованием типового расчета и вариантов стехиометрических расчетов приведенных в прил. А. Результаты расчетов, оформляется в виде таблицы (см. рис. 1.1). 

1.6. Составление отчета 

Отчет должен содержать: индивидуальное задание по работе; 
описание методики химического анализа концентрата (руды); результаты химического анализа; результаты обработки экспериментальных данных; таблицу рационального состава концентрата (руды). Отчет предъявляется на проверку преподавателю на следующем 
занятии. 

Контрольные вопросы 

1. Что такое минерал, руда, минеральный концентрат? 
2. С какой целью определяется рациональный состав концентрата? 

3. Каковы основные принципы расчета рационального состава 
концентрата? 
4. Достаточно ли химического состава для выбора варианта его 
переработки? 
5. Какие данные необходимы для расчета рационального состава 
концентрата? 

Лабораторная работа 2 

СОСТАВЛЕНИЕ И РАСЧЕТ БАЛАНСА 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПО МЕТАЛЛУ 

(2 часа) 

2.1. Цель работы 

Приобретение навыков составления и расчета технологических 
схем по металлу. 

2.2. Теоретическое введение 

Составление баланса по металлу (целевому компоненту) необходимо для анализа и расчета движения металлов по технологической 
схеме. Он позволяет получать диагностическую информацию, необходимую для принятия эффективных решений в металлургической 
отрасли.  
Баланс по металлу технологической схемы – система уравнений, в 
которой неизвестными являются потоки металла (Хi). Количество 
уравнений в системе должно быть равно количеству неизвестных 
потоков. При этом: 
1.  Уравнения баланса каждой операции технологической схемы 
составляется в соответствии с законом сохранения массы вещества, 
т.е. сумма масс металла (целевого компонента) во входящих потоках 
равна сумме масс металла в выходящих из процесса потоках. 
2.  Уравнения распределения металла по потокам составляются с 
учетом пооперационных извлечений металла. 
3.  Определяется производительность схемы с учетом содержания 
металла в исходном сырье или основном продукте. 
Принцип составления баланса технологической схемы по металлу 
(целевому компоненту) рассмотрен на примере.  
Технологическая схема переработки раствора вольфрамата натрия 
приведена на рис. 2.1. На схеме показаны Xi – материальные потоки, 
содержащие WO3, и распределение WO3 между потоками.  
 

Баланс технологической схемы по WO3 (т/сут):  
Х1 = Х2 + Х3; 
Х3 = Х4 + Х5; 
Х5 = Х6 + Х7; 
Х7 = Х8 + Х9; 
Х3 = 0,99Х1; 
Х5 = 0,992Х3; 
Х7 = 0,988Х5; 
Х9 = 0,994Х7; 
Х9 = 5. 

Х1 = 5,184; 
Х2 = 0,052; 
Х3 = 5,132; 
Х4 = 0,041; 
Х5 = 5,091; 
Х6 = 0,061; 
Х7 = 5,030; 
Х8 = 0,030; 
Х9 = 5,000. 

раствор кислоты( H Cl )

раствор 

Очистка от примесей

осадок
раствор N a2WO 4(очищ)

Осаждение CaWO 4

раствор 
осадок CaWO 4 

Разложение CaWO 4

вольфрамовая кислота

Сушка и прокалка

пар, газ

Х 1 

раствор CaCl2

вольфрамовый ангидрид

раствор Na2W O 4

Х 3 
Х 2 

Х 5 
Х 4 

Х 6 

Х 9 

Х 7 

Х 8 

1,0 %  

0,8 %  

1,2 %  

0,6 %  

 
Рис. 2.1. Технологическая схема переработки раствора вольфрамата 
натрия (Xi – потоки, содержащие WO3) 

2.3. Перечень оборудования 

1. ЭВМ. 
2. Программное обеспечение по расчету систем уравнений методом Гаусса. 

2.4. Порядок проведения работы 

Студенты получают индивидуальное задание для составления и 
расчета баланса технологической схемы по металлу (целевому компоненту). Варианты индивидуальных заданий приведены в прил. Б. 

2.5. Обработка экспериментальных данных 

На основании индивидуального задания студенты составляют и 
рассчитывают баланс технологической схемы по металлу и определяют сквозное извлечение металла в выходящие продукты технологической схемы. 

2.6. Составление отчета 

Отчет должен содержать: индивидуальное задание по работе; баланс по металлу и результаты его расчета; гистограммы сквозного 
извлечения металла в выходящие потоки схемы. Отчет предъявляется на проверку преподавателю на следующем занятии. 

Контрольные вопросы 

1. Что представляет собой баланс по металлу? 
2. С какой целью составляется баланс технологических схем по 
металлу? 
3. В чем отличие извлечения и сквозного извлечения? 
4. Что представляет собой уравнение проверки расчета баланса по 
металлу? 
5. Какие данные необходимы для составления баланса по металлу?