Масса твердой фазы 1500· ½, 5= 600 кг.
Масса жидкой фазы: 600· 0,5= 300 кг.
Масса растворённых в жидкой фазе веществ:
3,09 + 7,5+ 28,9 + 1,31 + 20,36 + 17,86 +10,0+ 6,34 = 95,36 кг.
Рассчитаем массу воды в жидкой фазе300- 95,36 = 204,64 кг.
Данные расчета заносятся в таблице3.
2.Таблице3.
2 — Масса и состав жидкой фазы окисленной пульпы в расчёте на 1 м³ пульпы, кг.
Компо-нентыNiCuCoFeAlMgSHOН2OΣCuSО43,01,53,07,5NiSО411,05,9711,9328,9CоSО40,50,270,541,31FeSО47,54,298,5720,36Fe2(SO4)35,04,298,5717,86MgSО42,02,675,3310,0Al2(SO4)31,01,783,566,34H2O204,64 204,64Н2SО41,010,062,023,09Σ11,03,00,512,51,02,021,780,0643,52 204,64300,0Расчёт массы и состава твёрдой фазы окисленной пульпы. Исходя из того, что масса твердой фазы пульпы составляет 600 кг, а содержание никеля в ней равно 1%, найдем массу никеля в твердой фазе пульпы600· 1,0/100= 6,00 кг.
Так как никель содержится только в пентландите NiFeS2, то по никелю рассчитаем массу железа и серы в нем59 кг Ni — 56 кг Fe 6,0 кг — хх= 5,69 кг59 кг Ni — 2· 32 кг S6,00 кг — хх= 6,51 кг.
Масса NiFeS2: 6,0+ 5,69 + 6,51 = 18,20 кг.
Рассчитаем массу меди в твердой фазе пульпы600· 0,6/100= 3,60 кг.
Так как медь содержится только в халькопирите CuFeS2, то по меди рассчитаем массу железа и серы в нем64 кг Cu — 56 кг Fe 3,60 кг — хх= 3,15 кг64 кг Cu — 2· 32 кг S3,60 кг — хх= 3,6 кг.
Масса CuFeS2: 3,60 + 3,15 + 3,60 = 10,35 кг.
Рассчитаем массу кобальта в твердой фазе пульпы600· 0,06/100= 0,36 кг.
По кобальту рассчитаем массу железа и серы в CоFeS259 кг Cо — 56 кг Fe 0,36 кг — хх= 0,34 кг59 кг Cо — 2· 32 кг S0,36 кг — хх= 0,39 кг.
Масса CоFeS2: 0,36 + 0,34 + 0,39 = 1,09 кг.
Рассчитаем массу железа в твёрдой фазе пульпы600· 43,0/100= 258 кг.
Серы в высших сульфидах цветных металлов (NiFeS2; CuFeS2; СоFeS2) 6,51+3,60 + 0,39= 10,50 кг.
Всего серы, связанной в сульфидах600· 6,0/100= 36 кг.
Следовательно, серы в троилите FeS36,00- 10,50 = 25,5 кг.
Рассчитаем по сере массу железа в FeS32 кг S — 56 кг Fe25,50 кг — хх= 44,63 кг.
Масса железа в сульфидах твердой фазы пульпы5,69+ 3,15+ 0,34+ 44,63 = 53,81 кг.
Небольшим содержанием магнетита в твердой фазе пульпы пренебрегаем, считая, что всё окисленное железо в ней находится в виде гетита FeООН. Рассчитаем массу железа в FeООН 258 — 53,81= 204,19 кг.
По железу рассчитаем массу кислорода и водорода в FeООН56 кг Fe — 2· 16 кг О204,19 кг — хх= 116,68 кг56 кг Fe — 1 кг Н204,19 кг — хх= 3,65 кг.
Масса гетита 204,19 + 116,68 + 3,65= 324,52 кг.
Рассчитаем массу элементарной серы в твёрдой фазе600· 16/100= 96 кг.
Масса кальция в гипсе CaSO4· H2O600·1,1/100= 6,60 кг.
Рассчитаем массу воды, кислорода и серы в CaSO4· H2O40 кг Ca — 18 кг H2O6,60 кг — хх= 2,97 кг40 кг Ca — 4· 16 кг O6,60 кг — хх= 10,56 кг40 кг Ca — 32 кг S6,60 кг — хх= 5,28 кг.
Рассчитаем массу магния в оксиде MgО600· 0,25/100= 1,50 кг.
Рассчитаем массу кислорода в MgО24 кг Mg — 16 кг O1,50 кг — хх= 1,00 кг.
Рассчитаем массу алюминия в оксиде Al2O3600· 0,6/100= 3,60 кг.
Масса кислорода в Al2O32· 27 кг Al — 3· 16 кг O3,60 кг — хх= 3,20 кг.
Результаты расчётов заносятся в таблицу 3.
3.Таблица3.
3 — Масса и состав твердой фазы окисленной пульпы в расчёте на 1 м³ пульпы, кгNiCuCoFeSOHMgAlCaH2OПр.ΣNiFeS26,05,696,5118,2CuFeS23,63,153,610,35CoFeS20,360,340,391,09FeS44,6325,570,13FeOOH204,19 116,68 3,65 324,52S096,096,0Al2O33,23,66,8MgO1,01,52,5CaSO4· H2O5,28 10,56 6,62,97 25,41Прочие45,045,0Σ6,03,60,36 258,0137,28 131,443,651,53,66,62,97 45,0600.
Расчёт массы и состава твёрдой фазы пульпы осаждения. В механизме осаждения никеля можно выделить следующие реакции: CuSО4+ Fe+ S → CuS+ FeSО4(3.3)NiSО4+ Fe+ S → NiS+ FeSО4(3.4) CоSО4+ Fe+ S → CоS+ FeSО4(3.5) Fe+Н2SО4→ FeSО4 + Н2 ↑ (3.6)Реакция (3.1) нежелательна, поскольку приводит к перерасходу металлизированных железных окатышей. Рассчитаем массы компонентов, веществ участвующих в химических реакциях по уравнениям (3.3 — 3.5), используя данные таблицы 3.
1. По данным практики принимаем глубину разложения сульфатов 97,3%. Масса прореагировавшего сульфата меди CuSО4 7,5∙97,3/100= 7,30 кг.
Рассчитаем сколько железа и серы необходимо для протекания реакции (3.3)160 кг CuSО4 — 56 кг Fe 7,3 кг — хх= 2,56 кг160 кг CuSО4 — 32 кг S 7,3 кг — хх= 1,46 кг.
По реакции (3.3) образуется CuS и FeSО4160 кг CuSО4 — 96 кг CuS 7,30 кг — хх= 4,38 кг160 кг CuSО4 — 152 кг FeSО4 7,30 кг — хх= 6,94 кг.
Масса прореагировавшего сульфата никеля NiSО4 28,9 ∙97,3/100= 28,12 кг.
Рассчитаем сколько железа и серы необходимо для протекания реакции (3.4)155 кг NiSО4 — 56 кг Fe 28,12 кг — хх= 10,16 кг155 кг NiSО4 — 32 кг S28,12 кг — хх= 5,81 кг.
По реакции (3.4) образуется NiS и FeSО4155 кг NiSО4 — 91 кг NiS28,12 кг — хх= 16,51 кг155 кг NiSО4 — 152 кг FeSО4 28,12 кг — хх= 27,58 кг.
Масса прореагировавшего сульфата кобальта СоSО4 1,31∙97,3/100= 1,27 кг.
Рассчитаем сколько железа и серы необходимо для протекания реакции (3.5)155 кг СоSО4 — 56 кг Fe 1,27 кг — хх= 0,46 кг155 кг СоSО4 — 32 кг S1,27 кг — хх= 0,26 кг.
По реакции (3.5) образуется СоS и FeSО4155 кг СоSО4 — 91 кг CоS1,27 кг — хх= 0,74 кг155 кг СоSО4 — 152 кг FeSО4 1,27 кг — хх= 1,25 кг.
После осаждения цветных металлов рН пульпы составляет 4,3 единицы. Конечная концентрация Н2SО4 пульпы осаждения при рН = 4,3 Следовательно, по реакции (3.6) нейтрализуется практически полностью кислота жидкой фазы окисленной пульпы. Рассчитаем сколько железа необходимо для протекания этой реакции 98 кг Н2SО4- 56 кг Fe 3,09 кг — х х= 1,77 кг По реакции (2.6) образуется FeSО4 и выделится водорода98 кг Н2SО4- 152 кг FeSО4 3,09 кг — хх= 4,80 кг98 кг Н2SО4−2 кг Н23,09 кг — хх= 0,06 кг.
Результаты расчетов занесетсяв в таблицу 3.
4.Таблица 3.4 — Расход исходного материала и выход образующихся продуктов реакций, кг.
Реакция3.
43.53.
63.7ΣИсходные материалыNiSO428,1228,12CuSO47,37,3CoSO41,271,27Fe2,5610,160,461,7714,95S1,465,810,267,53Н2SО43,09Продукты реакцииCuS4,384,38CоS0,740,74NiS16,5116,51FeSO46,9427,581,254,8040,57Н20,060,06Состав МЖО, %: Fe-65, % Н2О- 30 и другие примеси — 5. Всего железа на осаждение требуется 14,95 кг. (см. таблицу3.
4)Рассчитаем массу и состав требуемого МЖО, исходя из того, что в нем содержится 65% железа.
14,95∙100/65= 23,0 кг.
Рассчитаем массу воды в МЖО23,0 ∙30/100= 6,9 кг.
Масса других примесей в МЖО23,0−14,95−6,9= 1,15 кг.
Рассчитаем массу и состав твёрдой фазы пульпы после осаждения. Все, содержащиеся в МЖО, примеси переходят в твёрдую фазу пульпы осаждения, т. е. в прочие. Используя данные таблицы 2.16, рассчитаем массу Ni и серы в NiS91 кг NiS- 59 кг Ni16,51 кг — хх= 10,7 кг91 кг NiS- 32 кг S16,51 кг — хх= 5,81 кг.
Рассчитаем массу меди и серы в CuS96 кг CuS- 64 кг Cu4,38 кг — хх= 2,92 кг96 кг CuS- 32 кг S 4,38 кг — хх= 1,46 кг.
Рассчитаем массу Со и серы в в СоS91 кг CоS- 59 кг Cо 0,74 кг — хх= 0,48 кг91 кг CоS- 32 кг S0,75 кг — хх= 0,26 кг.
На протекание реакций требуется 7,53 кг элементарной серы. Всего элементарной серы с окисленной пульпой приходит 96,0 кг (см. таблицу3.
3). Следовательно, в твёрдую фазу пульпы осаждения переходит элементарной серы:
96,0- 7,53= 88,47 кг.
Данные расчетов заносим в таблицу 3.
5.Таблицу 3.5 — Масса и состав твёрдой фазы пульпы осаждения в расчёте на 1 м³ окисленной пульпы, кгNiCuCoFeSOHMgAlCaH2OПроч.ΣNiFeS26,05,696,5118,2CuFeS23,63,153,610,35CoFeS20,360,340,391,09FeS44,6325,570,13FeOOH204,19 116,68 3,65 324,52S088,4788,47Al2O33,23,66,8MgO1,01,52,5CaSO4· H2O5,28 10,56 6,62,97 25,41NiS10,75,8116,51CuS2,921,464,38CoS0,480,260,74Прочие46,1546,15Σ16,76,520,84 258 137,28131,443,651,53,66,62,97 46,15 615,25Расчёт массы и состава жидкой фазыпульпы осаждения.
Вся вода, содержащаяся в МЖО, переходит в жидкую фазу пульпы осаждения. Тогда масса воды жидкой фазы пульпы осаждения 204,64 + 6,9= 211,54 кг.
Масса CuSО4вжидкой фазе пульпы после осаждения 7,5- 7,3 = 0,2 кг.
Масса меди, серы и кислорода CuSО4 В жидкойфазе пульпы после осаждения 160 кг CuSО4 — 64 кг Cu 0,2 кг — хх= 0,08 кг160 кг CuSО4 — 4∙16 кг О 0,2 кг — хх= 0,08 кг160 кг CuSО4 — 32 кг S0,2 кг — хх= 0,04 кг.
Масса NiSO4 вжидкой фазе пульпы после осаждения 28,9- 28,12= 0,78 кг.
Масса никеля, серы и кислорода NiSO4 в жидкойфазе пульпы после осаждения 155 кг NiSО4 — 59 кг Ni0,78 кгх= 0,3 кг155 кг NiSО4 — 4∙16 кг О 0,78 кг — хх= 0,32 кг155 кг NiSО4 — 32 кг S0,78 кг — хх= 0,16 кг.
Тогда масса кобальта, серы и кислорода СоSO4 в жидкойфазе пульпы после осаждения 1,31- 1,27= 0,04 кг155 кг СоSО4 — 59 кг Со 0,04 кг — хх= 0,02 кг155 кг СоSО4 — 4∙16 кг О 0,04 кг — хх= 0,01 кг155 кг СоSО4 — 32 кг S0,04 кг — хх= 0,01 кг.
Рассчитаем массу железа, серы и кислорода, в образовавшемся сульфате FeSO4152 кг FeSО4- 56 кг Feх= 14,95 кг40,56 кг — х152 кг FeSО4- 4∙16 кг О х= 17,08 кг40,56 кг — х152 кг FeSО4- 32 кг S40,56 кг — хх= 8,54 кг.
Вего FeSO4 в жидкой фазе пульпы осаждения20,36+ 40,57= 60,93 кг.
Масса железа, в FeSO4 жидкой фазы пульпы осаждения7,5+ 14,94= 22,44 кг.
Масса серы в FeSO4 жидкой фазы пульпы осаждения4,29+ 8,54 = 12,83 кг.
Масса кислорода в FeSO4 жидкой фазы пульпы осаждения8,57+ 17,08 = 25,65 кг.
Объединим данные в таблицу 3.
6.Таблица 3.6 — Масса и состав жидкой фазы пульпы осаждения в расчёте на 1 м³ окисленной пульпы, кг. NiCuCoFeAlMgSH2OOΣNiSO40,30,160,32 0,78CuSO40,080,040,080,2CoSO40,020,010,010,04FeSO422,4512,8325,6560,93Fe2(SO4)35,04,298,5717,86MgSO42,02,675,3310Al2(SO4)31,01,783,566,34H2O211,54Σ0,30,080,0227,451,02,021,78 211,5443,52 307,69Все рассчитанные данные сводим в таблицу 3.7 материального баланса. Таблица 3.7 — Материальный баланс процесса осаждения, в расчёте на 1 м³ окисленной пульпы.
СтатьиNiCuCoFeSOMgAlCaH2OHПроч.ΣПриход Твердая фаза окисленной пульпы кг6,003,600,36 258,00137,28 131,441,503,606,602,97 3,6545,600%1,000,600,0643,0022,8821,910,250,601,100,490,617,50 100.
Жидкая фаза окисленной пульпыкг11,003,000,5012,521,7843,522,001,204,640,6 300%1,220,330,061,392,424,840,220,1189,400,1 100МЖОкг14,956,91,1523,0%65,0030,005,100.
Итого, кг17,006,600,86 285,45159,6 174,963,504,606,60 214,513,7146,15 923.
Выход Твёрдая фаза пульпыосаждениякг16,706,520,84 258,00137,28 131,441,503,606,602,97 3,6546,15 615,25%2,721,060,1441,9422,3121,360,240,591,070,480,597,50 100.
Жидкая фаза пульпы осаждениякг0,300,080,0227,4521,7843,522,001,211,54307,69%0,030,013,022,404,790,220,1189,42 100.
Абгазкг0,060,06%100 100.
Итого, кг17,06,60,86 285,45159,6 174,963,54,66,6214,993,7146,159 233.
2 Расчет теплого баланса.
Для расчета теплового баланса плавки принимаем:
рабочая температура в автоклаве t1 = 225 °C; - температура поступающей пульпы t2= 90 °C;
— количество сконденсировавшегося пара в процентах от объема пульпы ν = 15%;
— теплота испарения воды r= 1860 кДж/кг;
— коэффициент теплоотдачи от пульпы к стенке автоклава α1= 105 Вт/(м2· °С);
— коэффициенты теплопроводности: стали λ1 = 46,5 Вт/(м2· °С), асбозурита λ2 = 0,185 Вт/(м2· °С);
— плотность пульпы ρп = 1,5 т/м3Статьи прихода тепла.
Количество тепла, вносимого пульпой определяется по формуле:
гдеm — масса пульпы, перерабатываемой за 1 час в автоклаветеплоемкость пульпы при 90 °C (3кДж/кг);t — температура пульпыm = Vчасxρп = (Vц / τр)xρпгде Vчас — объем пульпы, перерабатываемой за 1 час в автоклаве;Vц — объем пульпы, перерабатываемой за цикл в автоклаве (75 м3/т);τрпродолжительность рабочего цикла автоклава (τр = 3,5), чρп- плотность пульпы. m = (75 / 3,5) x 1,5 = 32,142 т = 32 142 кгQп =32142x3x90 = 8 678 571 кДжКоличество тепла от конденсации острого пара. Для расчетов воспользуемся формулойQk = ткxrгде ткмасса конденсируемого пара (тк= Vk = Vчасν), кгrтеплота испарения воды, кДж/кг.Подставляя численные значения, получимQk = (75×0,15)x 1860 = 2 092 500кДжКоличество тепла, вносимого острым паром. Количество тепла определяется по формулеQпар = тпx I1 = (Qвн / (I1- I2)) x I1где тпмасса пара, кг;I1- энтальпия входящего пара (I1 =3000), кДж/кг;I2- энтальпия выходяшего пара (I2 =2800), кДж/кг;Qвн — тепло вносимое паром (Qвн = 3 198 990), кДжQпар = (3 198 990/ (3000−2800) x3000 = 47 984 850кДжРасход тепла. Потери тепла через стенки автоклава. Qпотерь = kF (t1-t2)где k -коэффициент теплоотдачи стенки автоклава (k = 1,44 Вт/(м· °С);F — площадь поверхности автоклава (F = 250 м2);t1- рабочая температура в автоклаве (t1 = 225), °С; t2- температура потери на кладку (t2= 20), °С;Qпотерь = 1,44×250x (225 — 20) = 73 800.
Вт (или 265 681 кДж).Количества тепла, уносимое паром определяется по формуле: Qу = (тп — тк) xI2Qу = (15 994,95 — 11 250) x 3000 =47 647 350кДж.Количество тепла, уносимое выгружаемой из автоклава пульпой определяется по формуле: mпул = 3214 + 11 250 = 14 464 кг. Qп= 14 464×3,5×225 = 11 390 400кДж. Тепловой баланс автоклавного выщелачивания представлен в таблице 3.8Таблица 3.8 — Тепловой балансавтоклавного выщелачивания.
Приход теплак.
Дж%Расход теплак.
Дж%Количество тепла, вносимое пульпой8 678 571,414,8Количество тепла, уносимое паром4 764 735 081,09Количество тепла от конденсации пара2 092 500,03,6Количество тепла, уносимое пульпой11 390 400,019,4Количество тепла, вносимое паром47 984 850,081,7Потери тепла через стенку автоклава265 681,00,5невязка-547 509,60,9итого58 755 921,4100итого58 755 921,4100ЗАКЛЮЧЕНИЕЦветная металлургия — весьма капиталоемкая отрасль народного хозяйства. Наиболее целесообразным путем ее развития является реконструкция действующих предприятий при максимальном использовании уже имеющегося вспомогательного оборудования, зданий и сооружений, в частности складов, отделений подготовки и транспортирования шихты и продуктов плавки, системы переработки отходящих газов, транспорта и т. д. В гидрометаллургический участок входит в состав цеха Надеждинского металлургического завода имени Б. И. Колесникова ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» входят следующие операции: — сгущения пирротинового концентрата ТОФ;- приготовления пульпы сгущённого пирротинового концентрата;- растворения лигносульфоната технического;- автоклавного окислительного выщелачивания;- осаждения цветных металлов и охлаждения пульпы осаждения. На участкеустановлено 16 автоклавов.
АМГ125−15/150, расположенные по четыре автоклава в цепочке. Для проекта передела осаждения цветных металлов из окисленной пульпы автоклавным выщелачиваниемс использованием металлических железных окатышей и известково серного отвара в соотношении 2:1 годовой производительностью 100 тыс. тонн требуется перерабатывать 274 тонн (или 411 м3) пульпы в сутки. Для этого нам потребуется использовать один автоклав. Для реализации проекта были рассмотрены теоретические основы осаждения цветных металлови автоклавного окисленного выщелачивания из пирротинового концентрата, а также реализация данной технологии на ОАО «ГМК «Норильский никель».Для определения требуемого количества исходных материалов и тепла проведены расчеты материального и теплового балансов проекта.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Набойченко С. С. Процессы и аппараты цветной металлургии / С. С. Набойченко, Н. Г. Агеев, А. П. Дорошкевич и др. -.
Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. — 700 с. Набойченко С. С. Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов. Научное издание/ С. С. Набойченко. — Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, — 2002. 940 с. Базилевский В. М. Вторичные цветные металлы (Справочник).
Часть 3. Металлургия меди и свинца. Издательство литературы по чёрной и цветной металлургии / В. М. Базилевский, М. А. Истрин, И. Л. Барташев. — М.: 1957. — 200 с. Бредихин В. Н. Медь Вторичная /В.Н. Бредихин, Н. А. Маняк, А. Я. Кафтаненко.-Донецк: Дон.
НТУ, 2006. — 416 с. Цейднер А. А. Металлургия меди и никеля / А. А. Цейднер. -.
М.: Издательство черной и цветной металлургии, 1958. — 284с. Худяков И. Ф. Металлургия меди, никеля и кобальта. Часть 1. Металлургия меди / И. Ф. Худяков, А. И. Тихонов, В. И. Деев, С. С. Набойченко.- М.: Металлургия, 1977. -.
356с.Купряков Ю. П. Производство тяжёлых цветных металлов из лома и отходов / Ю. П. Купряков.- Харьков: Основа, 1992. — 399 с. Береговский В. И. Металлургия меди и никеля / В. И. Береговский, Б. Б. Кистяковский. — М.: «Металлургия». 1972. — 367 с. Уткин Н. И. Производство цветных металлов. М., Интермет Инжиниринг, 2004.
— 442 с. Аветисян, Х. К. Металлургия черновой меди / Х. К. Аветисян. — М.: Металлургиздат, 1954. — 464 с.
Аглицкий, В. А. Пирометаллургическое рафинирование меди / В. А. Аглицкий. — М.: Металлургия, 1971. — 184 с. Газарян, Л. М. Пирометаллургия меди / Л. М. Газарян. — М.: Металлургия, 1965.
— 358 с. Лыкасов А. А. Металлургия меди. Учебное пособие / А. А. Лыкасов, Г. М. Рысс. — Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2006.
— 75 с. Лоскутов Ф. М., Цейдлер А. А. Расчёты по металлургии тяжёлых цветных металлов.- М.: Металлургия, 1963. — 591 с. Елисеев Е. И. Расчеты металлургических процессов производства меди: учебное пособие / Е. И. Елисеев, А. И. Вольхин, Г. Г. Михайлов, Б. Н. Смирнов. -.
Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2012. — 221 с. Гудима Н. В. Технологические расчеты в металлургии тяжелых цветных металлов / Н. В. Гудима, Ю. А. Карасев, Б. Б. Кистяковский и др. — М.: Металлургия, 1977. — 256 с.Набойченко.
С.С. Расчеты гидрометаллургических процессов: Учебное пособие для вузов по направлению «Металлургия» и специальности «Металлургия цветных металлов» / С. С. Набойченко, А. А. Юнь. — М.
: Изд-во МИСИС, 1995. — 428 с. Колчин Ю.O. Оборудование гидрометаллургических процессов: Расчет аппаратов гидрометаллургических процессов / Ю.O.Колчин, В. В. Миклушевский, Е. В. Богатырева, B.C. Стрижко.
Учебное пособие. — М.: МИСиС, 2006. — 71 с. Набойченко С. С. Расчеты гидрометаллургических процессов / С. С. Набойченко, А. А. Юнь. -.
М.: МИСИС, 1995. -428 с.
