Выбор и обоснование способа переработки вольфрамитового концентрата с целью получения триоксида вольфрама. Часть 4

1  2  3  4

---

3.3 Расчет оборудования по технологической схеме

 

Оборудование для процесса разложения вольфрамитового концентрата спеканием с содой. Разложение проводят в трубчатых вращающихся печах (рисунок 7) в одну стадию. По данным работы заводов — аналогов производительность одной печи составляет 3 т/сут. На разложение поступает 14,361 т шихты. Один цикл спекания длится 12 часов, тогда 14,361 / 2 = 7,18 т приходится на одну загрузку. Следовательно, устанавливаем 3 трубчатые печи длиной 20 м, диаметром трубы 1,6 м [14].

 

Дробление спека проводится в конусных дробилках мелкого дробления, модель дробилки PYD-900, с производительностью (40÷75) м³/ч. Принимаем одну дробилку.

Выщелачивание проводим в реакторах. На выщелачивание поступает 37,615 / 1,24 = 30,33 м³ пульпы. Продолжительность одного цикла составляет 12 часов, а объем заполнения реактора, по данным практики составляет 70 %. Тогда (30,33 / 2) / 0,7 = 21,66м³. Следовательно, устанавливаем пять реакторов по 5 м³.

Для пульпы, где твердая часть не является мелкодисперсной, можно выбрать дисковый вакуум-фильтр. На фильтрацию поступает 46,451 / 1,24 = 37,46 м³ пульпы.

Найдем удельную производительность фильтра:

q = (2,88 ∙ К ∙ Р) / [(h + h₀) ∙ (R – R_w)] = (2,88 ∙ 40 ∙ 0,35 ∙ 0,6) / [(6+3)∙(2,63 – 30/(100-30))] = 0,815 т/(сут∙м²).

Выберем фильтр с фильтрующей поверхностью 30 м². Тогда за сутки один фильтр будет перерабатывать 0,815 ∙ 20 = 16,3 т.

Потребуется фильтров: 37,46 / 16,3 = 2,29. Принимаем 3 фильтра.

Оборудование для процесса очистки раствора от кремния. На очистку от кремния поступает раствор в количестве 30,776 т/сут. Объем равен 35,776 / 1,24 = 28,85 м³. Продолжительность одного цикла очистки 4 часа, т.е. за сутки 24 / 4 = 6 циклов. Коэффициент заполнения реактора 0,8. Выбираем реактор емкостью 7,5 м³. За сутки один реактор перерабатывает следующее количество раствора: 7,5 ∙ 0,8 ∙ 6 = 36 м³. Потребуется реакторов: 28,85 / 36 = 0,8. Принимаем 1 реактор.

Фильтрацию проводим на ленточных вакуум-фильтрах. На фильтрацию после очистки поступает 35,803 / 1,24 = 28,87 м³ пульпы. Так как по данным работы заводов — аналогов производительность фильтра составляет 1,5 м³/час, то в сутки на одном фильтре можно отфильтровать 36 м³/сут пульпы. 28,87 / 36 = 0,8, следовательно, необходимо установить 1 фильтр.

Оборудование для процесса очистки раствора от фосфора и мышьяка. На очистку от фосфора и мышьяка поступает раствор в количестве 35,423 т/сут. Объем равен 35,426 / 1,24 = 28,56 м³. Продолжительность одного цикла очистки 4 часа, т.е. за сутки 24 / 4 = 6 циклов. Коэффициент заполнения реактора 0,8. Выбираем реактор емкостью 5 м³. За сутки один реактор перерабатывает следующее количество раствора: 5 ∙ 0,8 ∙ 6 = 24 м³. Потребуется реакторов: 28,56 / 24 = 1,19. Принимаем 2 реактора.

Фильтрацию проводим на ленточных вакуум-фильтрах. На фильтрацию после очистки поступает 35,428 / 1,24 = 28,57 м³ пульпы. Так как по данным работы заводов — аналогов производительность фильтра составляет 1,5 м³/час, то в сутки на одном фильтре можно отфильтровать 36 м³/сут пульпы. 28,57 / 36 = 0,79, следовательно, необходимо установить 1 фильтр.

Оборудование для процесса осаждения искусственного шеелита. Для осаждения необходим реактор с механическим перемешиванием. На операцию поступает раствор в количестве 36,574 / 1,24 = 29,49 м³. Продолжительность одного цикла осаждения 6 часов ,т.е. за сутки 24:6=4 цикла. Коэффициент заполнения 0,8. Выбираем реактор емкостью 5 м³. За сутки один реактор перерабатывает следующее количество раствора 5∙0,8∙4 = 16 м³. Потребуется реакторов 29,49:16 = 1,843. Принимаем 2 реактора.

Фильтрацию проводим на ленточных вакуум-фильтрах. На фильтрацию после осаждения поступает 40,005 / 1,24 = 32,26 м³ пульпы. Так как по данным работы заводов – аналогов производительность фильтра составляет 1,5 м³/час, то в сутки на одном фильтре можно отфильтровать 36 м³/сут пульпы. 32,26 / 36 = 0,89, следовательно, необходимо установить 1 фильтр.

Оборудование для процесса разложения искусственного шеелита соляной кислотой. Для разложения необходим кислотостойкий реактор. На операцию поступает пульпа в количестве 7,196 / 1,24 = 5,80 м³. Продолжительность одного цикла разложения 12 часов , т.е за сутки 24:12=2 цикла . Коэффициент заполнения 0,8. Выбираем реактор емкость 2,5 м³ . За сутки один реактор перерабатывает следующее количество пульпы 2,5*0,8*2=4 м³ . Потребуется реакторов 5,80:4=1,45. Принимаем 2 реактора.

Фильтрацию проводим на ленточных вакуум-фильтрах. На фильтрацию после разложения поступает 10,147 / 1,24 = 8,18 м³ пульпы. Так как по данным работы заводов – аналогов производительность фильтра составляет 0,3 м³/час, то в сутки на одном фильтре можно отфильтровать 7,2 м³/сут пульпы. 8,18 / 7,2 = 1,13, следовательно, необходимо установить 2 фильтра.

Оборудование для процесса аммиачной очистки. Процесс проводят в герметичных стальных реакторах, покрытых кислотоупорной эмалью типа СЭрнв. Выбираем реактор емкостью 2,5м³. На очистку поступает 7,691 /1,24 = 6,202 м³ раствора. Расход пульпы 6,202:1,15=5,39 м³/сут. Тогда емкость чана будет равна, с учетом коэффициента загрузки 5,39 / 0,8=6,73 м³. Т.к. время процесса 12 часов ,то коэффициент рабочего времени оборудования в сутки 12/24=0,5 (от суток). Количество реакторов равно 0,5*6,73 / 2,5=1,346 = 2 единицы.

Для выпаривания необходимы чаны с паровой рубашкой. На эту операцию поступает раствор в количестве 7,690 т. Плотность раствора принимаем 0,98 кг/м³ . Тогда объем раствора составит 7,690 / 0,98 = 7,85 м³.

Выпаривание длится 24 часа, т.е. за сутки можно осуществить 1 цикл. Рабочий объем чана 0,8 м³. 7,85 / 1 / 0,8 = 6,28 м³. Нам необходимо 2 чана объемом 3,5 м³.

ПВА сушится в сушильном шкафу. В сутки поступает 3153 кг (ПВА + влага). В сушильный шкаф помещают тарелки емкостью 2,1 кг ПВА. Площадь одной тарелки равна 0,067 м², занимаемая тарелками суммарная площадь с учетом интервалов между ними 1∙0,067∙3153/2,1=100,6 м². Площадь одной полки в шкафу 3 м².

Выбираем шкаф ФРИЗ мощностью 12 кВт с 39 полками, габаритами 1800х860х1800.

Оборудование для процесса прокаливания кристаллов ПВА. На прокалку поступает 2,425 т/сут. Производительность одиннадцати трубной печи 620 кг/сут. Необходимо печей 2425:620 =3,91, принимаем 4 печи типа ОКП-111.

Необходимое количество лодочек в сутки:

2425:0,4=6062 лодочек для двух печей,

6062:2=3031 лодочек для одной печи,

3031:11=276 лодочек в каждую трубу.

 

4. Охрана труда и окружающей среды

4.1 Анализ промышленных загрязнении окружающей среды

 

Сохранение и защита окружающей среды – это важнейшее условие продолжения жизнедеятельности человечества. Основными загрязнителями воздуха, воды являются предприятия металлургической и химической промышленности. Особое внимание уделяется мероприятиям по защите окружающей среды.

С увеличением объема производства, созданием новых технологий, значительно возросли объемы переработки сырья, что обусловило резкое увеличение выбросов в атмосферу пыли и различных газообразных веществ. Вопросы охраны природы от загрязнения твердыми промышленными отходами, газовыми выбросами и сточными водами приобрели в последнее время важнейшее значение.

Для процесса производства триоксида вольфрама характерно образование различных отходов: отходящие газы, пары, сточные воды, твердые отходы. Все эти отходы, если не использовать определенные меры по их ликвидации, вызывают загрязнение как воздушного, так и водного бассейнов.

В силу того, что на предприятии предусмотрены природоохранные мероприятия, все эти загрязняющие факторы при выбросе в окружающую среду не превышают санитарно-гигиенических норм (ПДК, ПДУ), следовательно, не представляют угрозы для окружающего мира.

 

4.2 Природоохранные мероприятия по защите атмосферы, гидросферы

 

Охране природы на предприятии уделяется большое внимание. Основное значение в этой связи имеет устранение вредного воздействия технологических процессов на окружающую среду, для чего создано необходимое оздоровление условий труда на предприятии.

Защита воздушного бассейна осуществляется улавливанием и регенерацией отработанных газов. В результате введения регенерации водорода полностью исключаются жидкие отходы. Регенерация водорода позволяет исключить тепловые выделения от сжигания избыточного водорода, снизить пожароопасность производства. Отработанный газ поступает в регенерационную установку, что обеспечивает содержание водорода и аммиака в воздухе в нормах, не превышающих предельно-допустимых количеств.

Твердые отходы металлического вольфрама в виде скрапа, высева собирают, упаковывают и отправляют на предприятие вторцветмет. Это делает производство безотходным, повышая технико-экономические показатели.

Для очистки выбрасываемого воздуха от пыли вольфрама, его ангидрида и бурого оксида применяют газоочистную установку восьми рукавных фильтров. Показатели работы этой установки приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 — Основные показатели работы установки

Предлагаемые мероприятия по охране труда и окружающей среды цеха получения триоксида вольфрама не только улучшают технико-экономические показатели производства, но и создают лучшие условия труда и снижают загрязнение окружающей среды.

 

4.3 Охрана труда

 

В связи с возможностью возникновения несчастных случаев на производстве особое внимание необходимо уделять охране труда. Строительство цеха относится по действующей санитарной классификации ко II классу и защитная зона не менее 500 м (СН245-96).

Согласно СНиП23-05-95 зрительная работа по степени точности относится к VI разряду.

По пожарной безопасности производство относится к категории А, а по взрывоопасности к зоне класса В-1а.

Общая оценка трудового процесса – нормальная.

 

4.3.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

 

Технологический процесс получения вольфрама характеризуется следующими опасными и вредными факторами: действие электрического тока, взрывоопасность, тепловые выделения, вибрации, загазованность, запыленность, действие кислот и щелочей [16].

Опасность электрических поражений создает разнообразное оборудование: электрический привод (включая пускорегулирующую аппаратуру), осветительные установки. Разнообразное электрооборудование, применяемое в производстве. Повышенное значение напряжения в электрической цепи опасно, так как замыкание цепи может произойти через тело человека. Это вызовет серьезные травмы (электрический ожог, металлизацию кожи, электроофтальмию), несчастные случаи со смертельным исходом [15].

В технологическом процессе получения вольфрама участвуют горючие газы, которые находятся при различных температурах и давлении. Так например, восстановление осуществляется водородом под давлением. Может возникнуть ситуация, при которой возможны пожары, взрывы смеси водорода с воздухом, влекущие за собой аварии и несчастные случаи. Температура воспламенения водорода 570⁰С. Предел воспламеняемости водорода: нижний 4,15 %, верхний 75%. При содержании водорода в смеси 32% максимальное давление взрыва 7,39 МПа.

При прокалке, выпаривании выделяются водяные пары, которые поступают на конденсацию, а затем в оборот. Тепловые воздействия на организм могут явиться причиной быстрого утомления, снижения работоспособности, ослабления сопротивляемости организма к вредным воздействиям, различным заболеваниям.

В производстве вольфрама используют различные кислоты и щелочи, которые могут вызвать пожар, либо ожог поверхности тела человека.

 

4.3.2 Технические и организационные мероприятия по технике безопасности

 

Технология производства вольфрама подразделяется на гидрометаллургический и пирометаллургический участки [17].

Для обеспечения безопасных условий работы на гидрометаллургическом участке необходимо провести мероприятия по защите от действия кислот и щелочей, от действия тепловых выделений.

При работе необходимо использовать индивидуальные средства защиты: спецодежда, тапочки кожаные, головной убор, хлопчатобумажные перчатки, защитные очки. Помещение должно иметь постоянно работающую общеобменную вентиляцию и местную вытяжку из рабочей зоны.

На пирометаллургическом участке необходимыми мероприятиями по технике безопасности являются: осуществление электробезопасности, защита от вредных выделений, от тепловых выделений, от производственного шума.

Электробезопасность на производстве обеспечивается соответствующей конструкцией электроустановок, применением технических способов и средств защиты, организационными мероприятиями.

Основной защитной мерой от поражений электрическим током персонала цеха является надежной видимое заземление и зануление корпусов электрооборудования. При возникновении в электроустановке опасности поражения током, обеспечивается автоматическое ее отключение, подаются звуковой и световой сигналы. На каждой электроустановке в целях безопасности в сетях питания стоят рубильники, а для электрозащиты предусмотрены предохранители марки НПН-20. Для предотвращения случайного прикосновения к токоведущим сетям и частям оборудования служат плакаты. Для защиты людей, работающих с электроустановками, используют электрозащитные средства, такие как диэлектрические коврики, перчатки, слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками.

Снижению поступления в воздух рабочих зон вредных веществ способствует хорошая герметизация оборудования, а также установление вытяжных зонтов над каждой установкой, которые связаны с общей системой вентиляции, обеспечивающей отвод вредных выделений.

Водород и аммиак, выделяющиеся в процессе производства, поступают на регенерацию. При достижении концентрации водорода в помещении 1 % автоматически отключается подача его в отделение и подается звуковой и световой сигналы.

Для защиты от вредных веществ применяют также средства индивидуальной защиты .

Шум в цехе не превышает предельно установленных уровней. Вследствие использования звукоизолирующих кожухов, в которые заключены толкательные механизмы печей, редукторы смесителей эксцентрикового пресса достигается снижение уровня шума на 30 дБ.

Основными источниками значительного выделения тепла являются печи прокалки и восстановления, сушильные шкафы, реакторы, работающие на паровом отоплении [19]. Для защиты от тепловых выделений на вентили и задвижки паропровода повесить надписи с номерами согласно схеме трубопровода. Наружную поверхность трубопроводов с температурой теплоносителя > 45⁰С, расположенных в зоне доступной для обслуживания теплоизолировать. Паропровод острого пара выкрасить в красный цвет, кольцо желтое, надпись белая «конденсат». Использование водяного охлаждения печей дает возможность поддерживать температуру конструктивных элементов в необходимых пределах и способствует снижению температуры наружной поверхности печей.

Помещения, в которых хранятся бутыли с кислотами и щелочами оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией, а также обеспечены первичными средствами пожаротушения (песком, огнетушителями, асбестовым одеялом). Полы в помещениях несгораемые, непроницаемые и не разрушающиеся от действия химических веществ. В помещении вывешены плакаты о запрещении курения и применения открытого огня. На каждой бутыли имеется соответствующая надпись о содержимом.

Для оказания доврачебной помощи при ожоге кислотой или щелочью в цехе имеется аптечка.

К работе допускаются лица:

1. не моложе 18 лет;
2. прошедшие медицинский осмотр;
3. обученные, аттестованные в общезаводской аттестационной комиссии;
4. прошедшие вводный, первичный инструктаж;
5. обученные безопасным приемам работы и получившие допуск на самостоятельную работу.

Работу необходимо выполнять только на исправном оборудовании, не отвлекаясь, не приступать к работе без руководителя. В случае возникновения опасности для людей, необходимо сразу же поставить в известность руководителя работ и принять все меры для устранения опасности [17].

Индивидуальная защита имеет вспомогательный характер и не может подменить мероприятия по обеспечению нормальных условий труда в целом на производстве. Рабочим и служащим выдаются бесплатно: спецодежда, спецобувь и другие средства индивидуальной защиты, мыла, смывающие и обезвреживающие средства, молоко.

Основные средства индивидуальной защиты, используемые на предприятии представлены в табл. 4.2.

Таблица 4.2 — Средства индивидуальной защиты

 

Заключение

 

Бакалаврская работа выполнена на основании литературных данных, материалов работы заводов-аналогов, технологической инструкции «КЗТС». Анализ литературных данных позволил предложить технологическую схему переработки вольфрамитового концентрата Уральского месторождения методом спекания с содой.

По отдельным операциям представленной технологической схемы описаны параметры процессов, выполнены необходимые металлургические расчеты, выбрано оборудование.

На основании металлургических расчетов составлен сквозной материальный баланс на годовую производительность по концентрату 1500 т. Таким образом можно сделать вывод о целесообразности выбора способа получения триоксида вольфрама методом спекания вольфрамитового концентрата с содой

В разделе «Охрана труда и окружающей среды» сделан анализ опасных и вредных факторов проектируемого цеха, разработаны мероприятия по технике безопасности, по производственной санитарии, по пожарной и взрывной опасности, разработаны организационные мероприятия по охране труда.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. СТО 4.2-07-2014 Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности. – Взамен СТО 4.2-07-2012; дата введ. 30.12.2013. — Красноярск: ИПК СФУ, 2014. – 60 с.
2. Зеликман, А. Н. Вольфрам [Текст]: учеб. пособие для вузов / А.Н. Зеликман; – М.: Металлургия, 1970. – 512 с.
3. Вольфрам: переводное издание / К. Дж. Смителлс; пер. с англ. Г. П. Курбатова и др., под ред. Р. Б. Котельникова, Я. Д. Пахомова. — М.: Металлургиздат, 1958. — 414 с.
4. «Металлургический бюллетень» [Электронный ресурс]. ─ Режим доступа: http://www. ru.
5. Зеликман А. Н. Металлургия редких металлов [Текст]: учеб. пособие для вузов / А. Н. Зеликман Г.А. Меерсон. – М.: Металлургия, 1973, — 608 с.
6. Зюзин Ю. Б. Металлургия редких металлов [Текст]: науч. изд. / Ю. Б. Зюзин, А. В. Перевалова О. Д. Нейков. – Аналитические обзоры, 2009. – 509 с.
7. Юхтанов Д. М. Изучение растворимости вольфрамита в водных растворах окислителей / Д. М. Юхтанов // Цветные металлы. – 1953. – № 3. – С.31–43.
8. Зеликман А.Н. Металлургия тугоплавких редких металлов.: Учебник для вузов — М.: Металлургия, 1986 — 440 с.
9. Рабинович, В. А. Краткий химический справочник [Текст]: науч. идз. / В. А. Рабинович З. Я. Хавин. – М.: Химия, Ленинградское отделение, 1977. – 376 с.
10. Технологическая инструкция ТИ 24569-14. [Текст]: Кировоград, КЗТС, 2014. – 39 с.
11. А.Д. Михнев Расчеты технологических процессов в металлургии тугоплавких редких металлов. [Текст]: учебное пособие / А.Д. Михнев, Л.П. Колмакова, О.Н. Ковтун. ─ Красноярск , 2006.- 162 с.
12. Диомидовский Д. А. Металлургические печи цветной металлургии [Текст]: учеб. пособие для вузов / Д. А. Диомидовский. – М: Металлургия, 1970. – 689 с.
13. Мастрюков Б. С. Конструкции и расчеты металлургических печей [Текст]: учеб. пособие для вузов / Мастрюков Б. С., В. А. Кривандина. – М.: Металлургия, 1978. – 272 с.
14. Добрынин К. Ю. Строительное дело [Текст]: под ред. К. Ю. Добрынин, и др. – М.: Строительство, 2005. – 243 с.
15. Крупович В. И. Справочник по проектированию электро-снабжения [Текст]: учеб. пособие для вузов / В. И. Крупович, Л. П. Байдер, А. Н. Глазков. ─ М.:Энергия 1980 – 442 с.
16. Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок [Текст]: под ред. Л. М. Большама и др. – М.: Энергия, 1974. – 738 с.
17. Маринина Л.К. Безопасность труда в химической промыш-ленности: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений / Л.К. Маринина, А.Я. Васин, Н.И. Торопов; под редакцией Марининой Л.К. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 528 с.
18. Безопасность жизнедеятельности в дипломном проектировании [Текст]: Методическое указание. / Сост.: Э. В. Богданова, А.Т. Степанов, Т.Н. Зернова, Л.С. Максименко. ─ Красноярск: КИЦМ, 1994. — 32 с.

---

1  2  3  4