Проект передела осаждения цветных металлов из окисленной пульпы автоклавным выщелачиванием с использованием металлических железных окатышей и известково серного отвара в соотношении 2:1 производительностью 100 тыс тонн в год по металлическим железным окатышам

Масса твердой фазы 1500·1/2,5= 600 кгМасса жидкой фазы: 600·0,5= 300 кгМасса растворённых в жидкой фазе веществ:3,09 + 7,5+ 28,9 + 1,31 + 20,36 + 17,86 +10,0+ 6,34 = 95,36 кгРассчитаем массу воды в жидкой фазе300- 95,36 = 204,64 кгДанные расчета заносятся в таблице3.2.Таблице3.2 - Масса и состав жидкой фазы окисленной пульпы в расчёте на 1 м3 пульпы, кгКомпо-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)31,01,783,566,34H2O204,64204,64Н2SО41,010,062,023,09Σ11,03,00,512,51,02,021,780,0643,52204,64300,0Расчёт 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 кгТак 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 кгМасса NiFeS2: 6,0+ 5,69 + 6,51 = 18,20 кгРассчитаем массу меди в твердой фазе пульпы600·0,6/100= 3,60 кгТак 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 кгМасса CuFeS2: 3,60 + 3,15 + 3,60 = 10,35 кгРассчитаем массу кобальта в твердой фазе пульпы600·0,06/100= 0,36 кгПо 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 кгМасса CоFeS2: 0,36 + 0,34 + 0,39 = 1,09 кгРассчитаем массу железа в твёрдой фазе пульпы600·43,0/100= 258 кгСеры в высших сульфидах цветных металлов (NiFeS2; CuFeS2; СоFeS2) 6,51+3,60 + 0,39= 10,50 кгВсего серы, связанной в сульфидах600·6,0/100= 36 кгСледовательно, серы в троилите FeS36,00- 10,50 = 25,5 кгРассчитаем по сере массу железа в FeS32 кг S – 56 кг Fe25,50 кг - хх= 44,63 кгМасса железа в сульфидах твердой фазы пульпы5,69+ 3,15+ 0,34+ 44,63 = 53,81 кгНебольшим 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 кгПо 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 кгМасса гетита 204,19 + 116,68 + 3,65= 324,52 кгРассчитаем массу элементарной серы в твёрдой фазе600·16/100= 96 кгМасса кальция в гипсе CaSO4·H2O600·1,1/100= 6,60 кгРассчитаем 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 кгРассчитаем массу магния в оксиде MgО600·0,25/100= 1,50 кгРассчитаем массу кислорода в MgО24 кг Mg – 16 кг O1,50 кг - хх= 1,00 кгРассчитаем массу алюминия в оксиде Al2O3600·0,6/100= 3,60 кгМасса кислорода в Al2O32·27 кг Al – 3·16 кг O3,60 кг - хх= 3,20 кгРезультаты расчётов заносятся в таблицу 3.3.Таблица3.3 - Масса и состав твердой фазы окисленной пульпы в расчёте на 1 м3 пульпы, кгNiCuCoFeSOHMgAlCaH2OПр.ΣNiFeS26,05,696,5118,2CuFeS23,63,153,610,35CoFeS20,360,340,391,09FeS44,6325,570,13FeOOH204,19116,68 3,65 324,52S096,096,0Al2O33,23,66,8MgO1,01,52,5CaSO4·H2O5,28 10,56 6,62,97 25,41Прочие45,045,0Σ6,03,60,36258,0137,28131,443,651,53,66,62,97 45,0600Расчёт 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 кгРассчитаем 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 кгПо 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 кгМасса прореагировавшего сульфата никеля NiSО4 28,9 ∙97,3/100= 28,12 кгРассчитаем 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 кгПо 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 кгМасса прореагировавшего сульфата кобальта СоSО4 1,31∙97,3/100= 1,27 кгРассчитаем 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 кгПо 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 кгПосле 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 кгРезультаты расчетов занесетсяв в таблицу 3.4.Таблица 3.4 - Расход исходного материала и выход образующихся продуктов реакций, кгРеакция3.43.53.63.7ΣИсходные 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 кгРассчитаем массу воды в МЖО23,0 ∙30/100= 6,9 кгМасса других примесей в МЖО23,0-14,95-6,9= 1,15 кгРассчитаем 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 Ni16,51кг - хх= 10,7 кг91 кг NiS– 32 кг S16,51кг - хх= 5,81 кгРассчитаем 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 кгРассчитаем 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 кгНа 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 кгДанные расчетов заносим в таблицу 3.5.Таблицу 3.5 - Масса и состав твёрдой фазы пульпы осаждения в расчёте на 1 м3 окисленной пульпы, кгNiCuCoFeSOHMgAlCaH2OПроч.ΣNiFeS26,05,696,5118,2CuFeS23,63,153,610,35CoFeS20,360,340,391,09FeS44,6325,570,13FeOOH204,19116,68 3,65 324,52S088,4788,47Al2O33,23,66,8MgO1,01,52,5CaSO4·H2O5,28 10,56 6,62,97 25,41NiS10,75,8116,51CuS2,921,464,38CoS0,480,260,74Прочие46,1546,15Σ16,76,520,84258137,28131,443,651,53,66,62,97 46,15615,25Расчёт массы и состава жидкой фазыпульпы осажденияВся вода, содержащаяся в МЖО, переходит в жидкую фазу пульпы осаждения. Тогда масса воды жидкой фазы пульпы осаждения 204,64 + 6,9= 211,54 кгМасса CuSО4вжидкой фазе пульпы после осаждения 7,5- 7,3 = 0,2 кгМасса меди, серы и кислорода CuSО4в 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 кгМасса NiSO4 вжидкой фазе пульпы после осаждения 28,9- 28,12= 0,78 кгМасса 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 кгТогда 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 кгРассчитаем 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 кгВего FeSO4 в жидкой фазе пульпы осаждения20,36+ 40,57= 60,93 кгМасса железа, в FeSO4 жидкой фазы пульпы осаждения7,5+ 14,94= 22,44 кгМасса серы в FeSO4 жидкой фазы пульпы осаждения4,29+ 8,54 = 12,83 кгМасса кислорода в FeSO4 жидкой фазы пульпы осаждения8,57+ 17,08 = 25,65 кгОбъединим 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)31,01,783,566,34H2O211,54Σ0,30,080,0227,451,02,021,78211,5443,52307,69Все рассчитанные данные сводим в таблицу 3.7 материального баланса. Таблица 3.7 - Материальный баланс процесса осаждения, в расчёте на 1 м3 окисленной пульпыСтатьиNiCuCoFeSOMgAlCaH2OHПроч.ΣПриход Твердая фаза окисленной пульпы кг6,003,600,36258,00137,28131,441,503,606,602,97 3,6545,00600%1,000,600,0643,0022,8821,910,250,601,100,490,617,50100Жидкая фаза окисленной пульпыкг11,003,000,5012,521,7843,522,001,00204,640,06300%1,220,330,061,392,424,840,220,1189,400,01100МЖОкг14,956,91,1523,0%65,0030,005,00100Итого, кг17,006,600,86285,45159,06174,963,504,606,60214,513,7146,15923Выход Твёрдая фаза пульпыосаждениякг16,706,520,84258,00137,28131,441,503,606,602,97 3,6546,15615,25%2,721,060,1441,9422,3121,360,240,591,070,480,597,50100Жидкая фаза пульпы осаждениякг0,300,080,0227,4521,7843,522,001,00211,54307,69%0,030,013,022,404,790,220,1189,42100Абгазкг0,060,06%100100Итого, кг17,06,60,86285,45159,06174,963,54,66,6214,993,7146,159233.2 Расчет теплого балансаДля расчета теплового баланса плавки принимаем:- рабочая температура в автоклаве t1 = 225 °С; - температура поступающей пульпы t2= 90 °С;- 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 теплаКоличество тепла, вносимого пульпой определяется по формуле:гдеm – масса пульпы, перерабатываемой за 1 час в автоклаве- теплоемкость пульпы при 90 °С (3кДж/кг);t – температура пульпыm = Vчас×ρп = (Vц / τр)×ρпгде Vчас – объем пульпы, перерабатываемой за 1 час в автоклаве;Vц – объем пульпы, перерабатываемой за цикл в автоклаве(75 м3/т);τр- продолжительность рабочего цикла автоклава (τр = 3,5), чρп– плотность пульпы.m = (75 / 3,5) × 1,5 = 32,142 т = 32142 кгQп =32142×3×90 = 8678571 кДжКоличество тепла от конденсации острого пара.Для расчетов воспользуемся формулойQk = тк×rгде тк- масса конденсируемого пара(тк= Vk = Vчасν), кгr- теплота испарения воды, кДж/кг.Подставляя численные значения, получимQk = (75×0,15)× 1860 = 2092500кДжКоличество тепла, вносимого острым паром.Количество тепла определяется по формулеQпар = тп× I1 = (Qвн / ( I1- I2)) × I1где тп- масса пара, кг;I1- энтальпия входящего пара (I1 =3000), кДж/кг;I2- энтальпия выходяшего пара (I2 =2800), кДж/кг;Qвн – тепло вносимое паром (Qвн = 3198990),кДжQпар = (3198990/ (3000-2800) ×3000 = 47984850кДжРасход 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 × 250× (225 - 20) = 73800 Вт (или 265681 кДж).Количества тепла, уносимое паром определяется по формуле:Qу = (тп - тк)×I2Qу = (15994,95 - 11250) × 3000 =47647350кДж.Количество тепла, уносимое выгружаемой из автоклава пульпой определяется по формуле:mпул = 3214 + 11250 = 14464 кг.Qп= 14464 × 3,5 × 225 = 11390400кДж.Тепловой баланс автоклавного выщелачивания представлен в таблице 3.8Таблица 3.8 - Тепловой балансавтоклавного выщелачиванияПриход теплакДж%Расход теплакДж%Количество тепла, вносимое пульпой8678571,414,8Количество тепла, уносимое паром4764735081,09Количество тепла от конденсации пара2092500,03,6Количество тепла, уносимое пульпой11390400,019,4Количество тепла, вносимое паром47984850,081,7Потери тепла через стенку автоклава265681,00,5невязка-547509,60,9итого58755921,4100итого58755921,4100ЗАКЛЮЧЕНИЕЦветная 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 автоклавовАМГ125-15/150, 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 перерабатывать274 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 ЛИТЕРАТУРЫНабойченко 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: ДонНТУ, 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.НабойченкоС.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.