Технологiя утилiзацii нiкелю та марганцю у виробництвi синтетичних алмазiв
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
ладi зСФднання таких елементiв як: марганець, нiкель, натрiй, кремнiй та органiчнi сполуки.
Вiдфiльтрована рiдина прямуСФ на подальшу переробку, а тверда фаза, яка мiстить переважно гiдроксиди i оксиди марганцю i нiкелю спрямовуСФться у вилужувач ВЛ2, де пiддаСФться обробцi NH4OH з концентрацiСФю 2024 %. В результатi такоi обробки зСФднання нiкелю переважно переходять в розчин, а зСФднання марганцю та залiза залишаються в нерозчиненому виглядi.
Отримана суспензiя фiльтруСФться на фiльтрпресi Ф3. Пiсля чого тверда фаза, що мiстить зСФднання марганцю i 510 % нiкелю, в перерахунку на чистий метал, прямуСФ на металургiйну переробку.
Пiсля вiддiлення твердоi фази на фiльтрi Ф3 iз розчину, що мiстить амiачнi комплекси нiкелю вiдгоняють амiак разом з парою за допомогою кипятiння у КЛ. Далi амiак з парою прямуСФ на конденсацiю у АТ, а пiсля чого знову потрапляСФ на стадiю вилуговування сполук нiкелю у ВЛ2. В результатi вiдгонки пари з амiаком нiкель випадаСФ в осад у виглядi Ni(OH)2, який вiддiляСФться вiд розчину фiльтруванням на фiльтрi Ф4. Обробкою осаду Ni(OH)2 за допомогою H2SO4 одержують розчин NiSO4 у ЗБ2, який СФ товарним продуктом. Пiсля фiльтрування розчин NaOH прямуСФ на отримання нiкелю (II) гiдроксиду у КЛ.
Таким чином, запропонована схема дозволяСФ значно полiпшити екологiчний стан у промисловому районi i дозволяСФ повернути цiнний нiкель у виглядi додатковоi лiквiдноi хiмiчноi продукцii.
Для iснуючого виробництва синтетичних алмазiв запропоновано принципову технологiчну схему очищення стiчних вод, що мiстять зСФднання марганцю i нiкелю, з двома способами утилiзацii водно-сольового розчину; електродiалiз з отриманням NaClО i H2 або спрямовування розчину у водооборотну систему пiдприСФмства.
4. ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ ТА ЕКОЛОГРЖЯ
Запропонована схема утилiзацii нiкелю та марганцю значно скорочуСФ кiлькiсть необхiдних енергоресурсiв за рахунок використання енергii розiгрiву реакцiйноi сумiшi при розчиненнi сiрчаноi кислоти та за рахунок реакцii взаСФмодii металiв з кислотою. Додатково для скорочення кiлькостi енергоресурсiв проводиться автоматичне регулювання температури i пiдiгрiв вмикаСФться на останнiй стадii.
За рахунок використання H2SO4 зменшуСФться кiлькiсть газо образних викидiв та спрощена схема утилiзацii твердих вiдходiв у виглядi сумiшi солей нiкелю та марганцю.
Стiчнi води, та газовi викиди, що мiстять iони нiкелю та марганцю токсичнi речовини з досить рiзноманiтним впливом на органiзм: можуть викликати змiни в кровообiгу, органах подиху, нервовiй системi, обмiн речовин; загальну реактивнiсть органiзму.
Екологiчна обстановка залишаСФться дуже складною. Проводиться багато дослiджень з метою створення безвiдходних технологiй, що дозволять лiквiдувати чи забезпечити мiнiмальнi шкiдливi викиди у водоймища, ТСрунт i атмосферу.
Весь комплекс проведених дослiджень i запропонована технологiчна схема дозволяють скоротити кiлькiсть викидiв та кiлькiсть необхiдних енергоресурсiв до мiнiмально можливих величин.
5. РОЗРАХУНОК МАТЕРРЖАЛЬНОГО БАЛАНСУ
Вихiднi данi:
Концентрацiя H2SO4 = 15 %;
Спiввiдношення Ni/Mn = 40/60;
Ступiнь перетворення () 97 %;
Продуктивнiсть 20 млн. карат/мiсяць або 4000 кг/мiсяць;
Спiввiдношення (алмаз+графiт) / (Ni+Mn) = 50/50.
Маса сумiшi алмазiв, що подаСФться на очистку:
(5.1)
Сумарна маса Ni+Mn:
(5.2)
ВизначаСФмо масу Ni:
(5.3)
ВизначаСФмо масу Mn:
(5.4)
Процес очищення алмазу вiд солей Ni представляСФмо у виглядi рiвняння:
Ni + H2SO4 = NiSO4 + H2.(5.1)
По цьому рiвнянню розрахуСФмо кiлькiсть H2SO4, необхiдну для взаСФмодii з нiкелем:
. (5.5)
Тодi кiлькiсть отриманого NiSO4 складатиме:
. (5.6)
Кiлькiсть одержаного H2 за результатами реакцii (5.1) складе:
або
. (5.7)
Залишилось Ni пiсля реакцii:
. (5.8)
Процес очищення алмазу вiд солей Mn представляСФмо у виглядi рiвняння:
Mn + H2SO4 = MnSO4 + H2.(5.2)
По цьому рiвнянню розрахуСФмо кiлькiсть H2SO4, необхiдну для Mn:
.(5.9)
Тодi кiлькiсть отриманого MnSO4 складатиме:
.
Кiлькiсть одержаного H2 за результатами реакцii (5.2) складе:
або
.
Залишилось Mn пiсля реакцii:
.
Усього по реакцii (5.1) та (5.2) необхiдно H2SO4:
.
Залишилось H2SO4 пiсля реакцiй (5.15.2):
.
Усього по реакцii (5.1) та (5.2) необхiдно H2:
або
.
РозрахуСФмо кiлькiсть води, необхiдноi для отримання 15 % H2SO4:
.
Результати розрахункiв зводимо у таблицю 5.1.
Таблиця 5.1 Матерiальний баланс
ПрихiдВитратиКомпонентm, кгм3Компонентm, кгм3Алмаз+графiт4000Алмаз+графiт4000Ni1600Ni48Mn2400Mn72H2SO46934H2SO4208,02H2O39293H2O39293NiSO4NiSO44077,3MnSO4MnSO46391,4H2H2137,31537,5Усього:54227Усього:54227
6. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОГО БАЛАНСУ
Вихiднi данi приведенi в таблицi 6.1.
Таблиця 6.1 ТеплоСФмнiсть та тепловий ефект речовин [11]
КомпонентТеплоСФмнiсть при 25 С, Дж/мольградТепловий ефект при 25 С, кДж/мольАлмаз+графiт7,3Ni26,050Mn26,320H2SO4 (15%)137,57194,6H2О75,3NiSO480,0888,0MnSO4100,0994,0H228,830
Тепловий ефект реакцiй (5.1) та (5.2) розраховуСФмо за формулою:
(6.1)
За даними таблицi 6.1 розраховуСФмо тепловий ефект реакцii (5.1):
.
За даними таблицi 6.1 розраховуСФмо тепловий ефект реакцii (5.2):
.
Розрахунок зводимо