Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологические расчеты в металлургии цветных металлов. Лабораторный практикум
.pdf
5.4. Порядок проведения работы
Занятие состоит из трех частей:
1) экстракция меди из модельного раствора;
2) реэкстракция меди с LIX;
3) составление и расчет материального баланса технологической
схемы выделения меди из растворов подземного выщелачивания.
Бригада студентов (2–4 чел.) получает индивидуальное задание:
– характеристики исходного (модельного) раствора;
– состав готового продукта (раствора для электролиза).
1. Экстракция меди из модельного раствора
В качестве экстрагента ис
пользуют 10 %-ный раствор LIX в уайтспирите. Для этого 10 мл экстрагента смешивают с 90 мл уайтспирита. Экстракцию проводят в делительных стеклянных воронках.
В воронку заливают 20 мл исходного раствора меди и экстрагент для
получения готового продукта в соответствии с заданием. Водные и
органические фазы перемешивают в течение 5 мин, затем дают возможность фазам расс
нат – R) сливают, определяют ее объем (V
лоиться. После расслоения водную фазу (рафи-
) и содержание меди – CR,
R
а также железа (см. прил. Г).
2. Реэкстракция меди LIX
Реэкстракция проводится раствором серной кислоты c концентрацией 200 г/л в той же делительной воронке. Объем серной кислоты
рассчитывается в соответствии с индивидуальным заданием.
3. Составление и расчет материального баланса технологиче-
ской схемы выделения меди из растворов подземного выщелачивания
В соответствии с зад
анием и результатами экспериментальных
данных составить материальный баланс для каждой операции технологической схемы.
5.5. Обработка экспериментальных данных
На основании полученных результатов рассчитать извлечение ме-
ди и железа в экстракт (
), извлечение меди из экстракта в водный
Е
раствор () и степень концентрирования меди (k) в растворе после
реэкстракции:
Me Me
CVС V
η 100 %
LLRR
Е
VVV
LSR
Me
С V
Re Re
(5.2)
η 100 %,
Me
CV
EE
, (5.1)
31
Me
C – концентрация металла (Cu, Fe) в исходном водном растворе;
где
L
Me
С – концентрация металла (Cu, Fe) в водном растворе после
R
Me Me
kC C , (5.3)
Re L
экстракции – рафинате;
Me
C – концентрация металла (Cu, Fe) в органической фазе после
E
экстракции – экстракте;
Me
С – концентрация металла (Cu, Fe) в водном растворе после
Re
реэкстракции;
V – объем исходной водной фазы;
L
V – объем экстрагента;
S
V – объем рафината;
R
V – объем экстракта.
E
Рассчитать коэффициент разделения меди и железа ():
Fe
Cu Cu
CC
ER
Fe Fe
CC
ER
. (5.4)
D
Cu
β
D
Построить технологическую схему выделения меди из растворов
подземного выщелачивания с указанием технологических параметров на каждой операции. Рассчитать степень извлечения меди и
удельный расход серной кислоты на 1 кг выделенной меди.
5.6. Составление отчета
Отчет должен содержать: индивидуальное задание по работе; результаты исследований и расчетов; технологическую схему выделения меди из растворов; пооперационные материальные балансы; выводы. Отчет предъявляется на проверку преподавателю на следующем занятии.
Контрольные вопросы
1. Что такое экстракция и реэкстракция?
2. Перечислить основные характеристики процессов экстракции и
реэкстракции?
3. Цель применения экстракции?
4. Привести классификацию экстрагентов.
5. От чего зависит извлечение металла в экстрагент в процессе
экстракции?
32
Лабораторная работа 6
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРОЦЕССА
ФИЛЬТРОВАНИЯ ПУЛЬПЫ
(2 часа)
6.1. Цель работы
Приобретение навыков проведения процесса фильтрования и рас-
чета его характеристик.
6.2. Теоретическое введение
Фильтрованием называют процесс разделения суспензий
помощи пористой перегородки, пропускающей жидкость
при
(фильтрат) и задерживающей взвешенные в ней твердые частицы.
Различают следующие виды фильтрования:
– фильтрование с образованием слоя осадка на фильтровальной
перегородке;
– сгущение – отделение твердой фазы от жидкой не в виде
осадка,
а в виде высококонцентрированной (сгущенной) суспензии;
– осветление – фильтрование жидкостей с незначитель-
ным
содержанием твердой фазы.
Расчет производительности фильтра или продолжительности
фильтрования с образованием осадка при перепаде давления
р = const можно вести по уравнению [7, 8]:
V
2
+2VC = K , (6.1)
где V – объем фильтрата, собранный за время с единицы поверхности;
С – константа, учитывающая сопротивление фильтрующей перегородки;
K – константа, учитывающая физико-химические свойства материала.
Опытные значения объемов фильтрата V
и V2 за время 1 и 2 по-
1
зволяют вычислить константы K и С при помощи системы из двух
уравнений, составленных на основе уравнения (6.1):
33
2
p
2
VVCK
11 1
2
VVCK
22 2
2
Для несжимаемых осадков константы С и K могут быть выражены
соотношениями
(6.2)
r
тк
С K
;
rrx
x
2
, (6.3)
где r – удельное сопротивление осадка;
– удельное сопротивление фильтрующей поверхности (ткани);
r
тк
– динамический коэффициент вязкости фильтрата;
x – масса сухого вещества, откладывающегося на фильтре при
прохождении 1 м
3
фильтрата.
При фильтровании с образованием сжимаемого осадка константы
K и С принимают вид [9, 10]:
1
n
121
rm p m
тк
С K
rx rx
00
;
, (6.4)
где – плотность фильтрата;
m – масса влажного осадка на 1 кг содержащегося в нем сухого
вещества;
n – показатель сжимаемости осадка, имеющий пределы от 0 до 1;
– удельное сопротивление осадка при давлении 1 атм.
r
0
6.3. Перечень оборудования и реактивов
1. Нутч-фильтр.
2. Мерные цилиндры на 50…100 мл.
3. Мерные колбы на 50 мл.
4. Секундомер.
5. Технические весы.
6. Пульпа после выщелачивания концентратов цветных металлов.
6.4. Порядок проведения работы
Занятие состоит из двух частей:
1) фильтрование пульпы после выщелачивания концентратов
цветных металлов;
34
2) составление и расчет материального баланса операции фильт-
рации.
Бригада студентов (2–4 чел.) получает индивидуальное задание:
– характеристики пульпы;
– объемы фильтрации пульпы.
1. Фильтрование пульпы после выщелачивания концентратов
цветных металлов
Подготовить нутч-фильтр к фильтрованию. Замерить диаметр
фильтра. Отфильтровать пульпу в соответствии с заданием. Зафиксировать продолжительность фильтрации. Взвесить влажные осадки
после фильтрации.
2. Составление и рас
чет материального баланса операции
фильтрации
В соответствии с заданием и результатами экспериментальных
данных составить материальный баланс операции фильтрации 1 кг
пульпы.
6.5. Обработка экспериментальных данных
На основании экспериментальных данных с применением уравнения (6.1) определить константы K и С процесса и рассчитать удельную производительность фильтра (по фильтрату) q (м
V
q
, (6.5)
3/м2
):
S
где
S – поверхность фильтрации.
Построить график зависимости объема фильтрата и удельной
производительности фильтра от продолжительности процесса
фильтрации пульпы объемом 50…1000 мл.
Рассчитать влажность осадка с учетом содержания твердой фазы в
исходной пульпе
mm
0
100 %,
(6.6)
m
m – масса влажного осадка;
где
m0 – масса твердой фазы в исходной пульпе.
Определить плотность исходной пульпы
35
1(ж:т)
п
ρ
1(ж:т)
ρ
тв
ж
, (6.7)
ρ
где ж:т – соотношение объема жидкой фазы пульпы к массе твердой
фазы;
– плотность твердой фазы пульпы;
тв
– плотность жидкой фазы пульпы.
ж
Составить материальный баланс операции фильтрации 1 кг пульпы.
6.6. Составление отчета
Отчет должен содержать: индивидуальное задание по работе; результаты исследований и расчетов; материальный баланс процесса;
выводы. Отчет предъявляется на проверку преподавателю на следующем занятии.
Контрольные вопросы
1. Для каких целей используется процесс фильтрования?
2. Какой параметр характеризует свойства ткани, и какой – физи-
ко-химические свойства осадка и жидкости?
3. Каким образом можно определить значение констант
K и С?
4. Как меняются величины сопротивления ткани и осадка по мере
накопления вещества на фильтре?
5. Какие виды фильтров применяются в процессе фильтрования?
36
Лабораторная работа 7
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА ОТСТАИВАНИЯ
(2 часа)
7.1. Цель работы
Приобретение навыков исследования процесса отстаивания и рас-
чета его характеристик.
7.2. Теоретическое введение
Процессы сгущения применяются в химическом, горнодобываю-
щем, металлургическом и многих других производствах.
Так, после выщелачивания бемитовых и диаспоровых бокситов ав-
токлавную пульпу (Na
≥ 280 г/л, αк = 1,6–1,7, ж:т = 10:1) необходимо
2Oк
разделить на алюминатный раствор и твердую фазу – красный шлам.
Процесс осуществляется за счет сгущения (отстаивания) красного шлама в непрерывно действующих аппаратах – сгустителях (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Сгуститель-отстойник
37
Сепарация дисперсной фазы из пульпы красных шламов в сгустителе происходит в результате гравитационного осаждения. Граница
раздела твердой и жидкой фаз движется сверху ко дну аппарата. В
процессе сгущения пульпы можно выделить две стадии: стадию седиментации и стадию сжатия-уплотнения, а также отчетливо прослеживаются три зоны: чистая жидкость, переходная зона и осадок.
На процесс сгу
щения, протекающий под действием силы тяжести,
влияют минералогический и дисперсный составы материала, форма
частиц, содержание твердого в исходной пульпе, плотность твердой
и жидкой фаз, вязкость жидкости, температура пульпы, содержание
твердого в пульпе. Одним из существенных факторов, влияющих на
скорость отстаивания, является содержание твердой фазы в пульпе.
Чем меньше разность п
лотностей сплошной и дисперсной фаз, тем
значительнее снижение эффективности выделения твердых частиц из
пульпы. Вязкость суспензии обусловливает ту или иную скорость
осаждения: чем больше вязкость суспензии, тем меньше скорость
осаждения [11].
Свойства шлама определяют угол наклона конической части
днища. В результате чаны сгустителей одного и того же диаметра
могу
т значительно различаться по высоте, полезному объему и ме-
таллоемкости и, соответственно, стоимости.
7.3. Перечень оборудования и реактивов
1. Мерные цилиндры на 50…100 мл.
2. Секундомер.
3. Пульпа красного шлама.
7.4. Порядок проведения работы
Пробу пульпы помещают в цилиндрический сосуд и устанавливают его вертикально. В процессе отстаивания начинает происходить
расслаивание суспензии и начинают появляться границы (сначала
размытые, а потом четко оформленные) между зонами осветленной
воды (зона
ния (зона
38
А), свободного осаждения (зона В), стесненного осажде-
С), уплотнения осадка (зона D) (рис. 7.2).
а б в г д
Рис. 7.2. Стадии сгущения пульпы
Продолжительность процесса оседания и содержание твердых
частиц регистрируют и полученные данные заносят в таблицу. Наблюдение за осаждением прекращают тогда, когда положение границы зон
А и D не меняется в течении 20 мин.
7.5. Обработка экспериментальных данных
На основании экспериментальных данных построить графическую зависимость высоты осветленного слоя от продолжительности
осаждения – кривую скорости осаждения (рис. 7.3).
Кривые осаждения, приведенные для двух пульп (суспензий), дают информацию о процессе, необходимую для проектирования или
выбора сгустителя. Тангенсы углов наклона α
кривых характеризуют скорость
осветления суспензии (v), которая и
определяет необходимую площадь сгустителя (
V
S
, (7.1)
, α2 левых частей ветви
1
S) и его диаметр (d):
v
4S
d
, (7.2)
V – объемный расход пульпы.
где
39
Рис. 7.3. Типичный вид кривых осаждения
Тангенсы углов наклона β1 и β2 правых частей ветви кривых ха-
рактеризуют скорость
сгущения твердой фазы суспензии и опреде-
ляют продолжительность выдержки шлама до необходимой плотности и полезный объем аппарата [12].
Глубина сгустителя
Н определяется по формуле [13]:
H = h
h
, h2 и h – высота соответственно зоны осветленной жидкости,
где
1
+ h2 + h, (7.3)
1
зоны пульпы (свободного и стесненного осаждения)
(
h
= 0,3…0,9 м и h2 = 0,3…0,6 м) и зоны уплотнения.
1
Высоту зоны уплотнения рассчитать по формуле
τ
у
, (7.4)
h
R
1
ср
ρρ
тв ж
S
где
– время пребывания твердой фазы в зоне уплотнения;
у
ρ – плотность твердого;
тв
R
– среднее разжижение в зоне уплотнения – отношение объема
ср
жидкости к объему твердого (определяется экспериментально);
ρ
– плотность жидкой фазы пульпы.
ж
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]