Металлургия циркония
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
ение основного сульфата - 3 %, прокаливание основного сульфата - 0,7 %;
расход извести - 115 % от теоретически необходимого;
расход хлористого кальция составляет 5 % от массы концентрата;
расход 10 %-й НСl на отмывку от примесей принять из расчета создания Т:Ж = 1:3 (по массе), а расход 20 %-й НСl для разложения спека - 200 % от теоретически необходимого количества.
Расчет ведем на 100 кг цирконового концентрата.
Расчет процесса спекания. ZrO2 в концентрате связан с SiO2 в циркон ZrSiO4. Следовательно, количество циркона будет
ZrO2 - SiO2 - ZrSiO4
123 60 183
,44 28,5 86,94
Принимаем, что оставшийся SiO2 в количестве 31,2 - 28,5 = 2,7кг и другие оксиды концентрата находятся в свободном состоянии. Тогда с известью будет взаимодействовать циркон, кремнезем, оксид титана и железа по нижеприведенным реакциям. При этом циркон в соответствии с заданными условиями разлагается на 98 %, а остальные оксиды взаимодействуют с известью полностью.
Циркон взаимодействует с известью по реакции
ZrSiO4 + 3 СаО = Ca ZrO3 + Ca2 SiO4 (2)
183 356 179 172
86,940,98 78,22 83,34 80,08
Останется не провзаимодействовашим 86,94 - 86,940,98 =1,74 кг ZrSiO4.
Остальные компоненты концентрата взаимодействуют с известью по следующим реакциям:
Fe2O3 + CaO = Ca(FeO2)2(3)
56 216
4,26 1,49 5,75
ТiO2 + CaO = СаTiO3(4)
80 56 136
5,5 3,85 9,35
SiO2 + 2CaO = Ca2SiO4(5)
112 172
2,7 5,04 7,74
Для протекания этих реакций необходимо израсходовать извести 78,22 + 1,49 + 3,85 + 5,04 = 88,6кг. С учетом избытка 20 % извести ее потребуется 88,6 1,15 =101,89 кг (избыток 13,29кг).
Хлористого кальция берем в количестве 5 % от массы концентрата, или 5 кг.
Тогда масса спека составит CaZrO3 + Ca2SiO4 + Ca(FeO2)2 + CaTiO3+ CaO + ZrSiO4 + СаС12 + прочие = 83,34 + (80,08 + 7,74) + 5,75 + 9,35 + 13,29+ 1,74 + 5 + 0,6 =206,89 кг.
Расчет расхода соляной кислоты для отмывки спека от примесей и для разложения цирконата кальция. Принимаем, что при отмывке спека слабой соляной кислотой на холоду в раствор перейдут все примеси по реакциям
СаО + 2 НС1 = СаС12 + Н2O(6)
73 111 18
13,29 17,32 26,34 4,27
Ca(FeO2)2 + 8 HC1 = CaCl2 +2FeCl3 +4H2O(7)
292 111 325 72
5,75 7,77 2,95 8,65 1,92
СаТiO3 + 6 НС1 = СаС12 + TiCl4, + 3Н2O(8)
136 219 111 190 54
9.35 15,05 7,63 13,06 3,71
Са2 SiO4 + 8 HC1 = 4 СаС12 + 2H4 SiO2(9)
344 292 444 192
87,82 74,54 113,35 49,01
На их протекание потребуется соляной кислоты 17,32 + 7,77 + 15,05 + 74,54 = 114,68кг. Количество 10 %-го раствора соляной кислоты составит 114,68 100/10 = 1146,8 кг. В нем содержится воды 1146,8 - 114,68 = 1032,12 кг. Отношение Т:Ж составит 206,89:1146,8 = 1:5,5. Количество спека после выщелачивания составит 206,89 - 13,29 - 5,75 - 9,35 - 87,82 - 5 = 85,68 кг.
Поскольку потери спека при этой операции составляют 2 %, то масса спека после отмывки составит 85,680,98 = 83,96кг. В нем содержится CaZrO3 83,340,98 = 81,67кг. Его разложение 20 %-й соляной кислотой протекает по реакции
CaZrO3 +4HC1 = ZrOCl, + СаС12 + 2 Н2O(10)
436,5 178 111 36
81,67 66,61 81,21 50,64 16,43
При этом необходимый расход соляной кислоты составит 66,61кг, а с учетом 100% избытка - 133,22кг.
Количество раствора 20 %-й НС1 составит 133,22-100:20 = 666,1кг. В нем содержится воды 666,1 - 133,22 = 532,88кг.
Кека останется 83,96 - 81,67 = 2,29кг
Выделение циркония из раствора.
При растворении спека крепкой соляной кислотой и фильтрации потери составляют 2 %. Тогда из раствора необходимо выделить ZrOCl2 в количестве 81,210,98 = 80кг.
Выделение циркония протекает по следующей реакции:
2ZrOCl2 + H2SO4 + 6 H2O= 2ZrO2SO35H2O + 4HC1(11)
356 93108 416 146
80 22,02 24,27 93,48 32,81
При этом израсходуется 22,02 кг серной кислоты и образуется 93,48 кг основного сульфата и 32,81кг НСl
Прокаливание осадка основного сульфата циркония. При выделении из раствора основного сульфата потери составляют 3 %. Тогда прокалить нужно соли в количестве 93,480,97 = 90,67кг. Количество образовавшегося ZrO2 рассчитываем по реакции
2ZrO2SO35H2O = 2ZrO2 + SO3 + 5H2O(12)
416 246 80 90
90,67 53,62 17,44 19,61
С учетом потерь при прокаливании технического диоксида циркония будет получено 53,620,97 = 53,01кг. В техническом диоксиде чистого ZrO2 содержится 53,080,998 = 52,97кг.
Таблица 1 Материальный баланс процесса получения диоксида циркония из цирконового концентрата спеканием с известью
ЗагруженокгПолученокгКонцентрат B нем ZrО2 58,44кг100ZlO2 техн В нем ZгО2 52,81 кг53,01Известь101,89Раствор после растворения спека1287,32Хлористый кальций5Кек2,29Соляная кислота247,9Газ36,25Серная кислота22,02Раствор после осаждения659,64Вода1565Потери3,3Итого2041,81Итого2041,81
Производительность цеха по диоксиду циркония составляет 200 т/г. Примем число рабочих дней в году - 340. Тогда суточная производительность равна 200:340=0,59 т/сут.
Расход сырья и материалов на суточную производительность и на 1 т готовой продукции представлен в таблице 2.
Таблица 2 Расход сырья и материалов для переработки цирконового концентрата спеканием с известью на диоксид циркония
Сырье и материалыРасходна 100кг концентратана суточную производительность, кг/сутна 1 т готовой продукции, тКонцентрат10011131,87Известь101,891134,031,92Хлористый кальций555,650,094Соляная кислота247,92759,124,67Серная кислота22,02245,080,42Вода156517418,4129,52Технический ZrО253,015901
3.2 Выбор оборудования
Переработка циркониевой шихты без его расплавления производится в трубчатых вращающихся печах. В длинной футерованной трубе чаще всего противотоком движутся нагреваемый материал и продукты горения топлива. Движение материала происходит благодаря небольшому наклону трубы в сторону выгрузки и вращению печи. При вращении материал поднимается на некоторую высоту и пересыпается вниз. При этом происходит хороший тепл