Завдання
Тема: "Витяг талію з розчинів переробки пилу свинцевого виробництва"
1 Виконати металургійний розрахунок з складанням матеріального балансу по всіх операціях з отриманням талію
2 Виконайте розрахунок процесу екстракції (число ступенів екстракції, геометричні розміри екстрактора)
3 Графічна частина: екстрактор
Вихідні дані:
Склад розчину, г/дм3: Zn - 65, Cd - 8,2, Tl - 0,35, In - 0,05, Fe - 0,01, H2SO4 - 18
Витяг талію:
- При екстракції 95-98%,
- При реекстракціі 99-99,5%.
Соізвлеченіе кадмію при екстракції 0,5%, щільність індіевих рафината 1,05 кг / дм 3.
Продуктивність по розчину 150 м3/сут.
Зміст
"1-3" Вступ ............................................ .................................................. ........... 3
1. Металургійні розрахунки ................................................ ...................... 6
1.1. Розрахунок технологічного процесу ............................................... ...... 6
1.2. Розрахунок процесу екстракції ............................................... ................ 10
1.2.1. Розрахунок числа ступенів екстракції .............................................. ... 10
1.2.2. Розрахунок екстрактора (змішувач-відстійник ящикового типу )....... 11
1.2.3. Розрахунок необхідної кількості екстракторів .......................... 13
2. Заходи з техніки безпеки .............................................. .. 14
Список літератури ................................................ ...................................... 15
Введення
Зміст талію в земній корі 3.10-4% (за масою). Відомі деякі мінерали талію, але більша частина його перебуває в розсіяному стані у вигляді ізоморфної домішки в сульфідних мінералах свинцю, цинку, міді, заліза і в таких силікатах, як польовий шпат, слюда, лепідоліт, де талій заміщає калій і рубідій. Найбільші концентрації талію виявлені в сульфіду заліза (пірит і марказіта), де його вміст сягає 0,1-0,5%.
Основним джерелом сировини талію в даний час служать відходи й напівпродукти одержувані при переробці сульфідних руд. При окислювальному і агломераційному випалюванні сульфідних концентратів частина талію несеться з газами і концентрується в пилу електрофільтрів та інших пиловловлюючих пристроях. Це пояснюється летючістю TlO2 і Tl2S.
При агломераційному випалюванні свинцевого концентрату понад 50% талію несеться з газами. Пил електрофільтрів зазвичай містить десяті частки відсотка талію. У процесі шахтної плавки в шлаки переходить до 20% талію, решта приблизно порівну розподіляється між свинцем і пилом. При рафінуванні свинцю велика частина талію (70-80%) переходить в Медист знімання, 10-15% переходить в лужному плав, що виходить при очищенні свинцю від миш'яку і сурми.
При випалюванні цинкових концентратів велика частина талію переганяється і разом з кадмієм потрапляє в циклонів і котельню пил. Пилу витравлюють разом з недогарками, при цьому ~ 85% талію переходить в сірчанокислі розчини, при очищенні яких талій цементується разом з міддю і кадмієм і витягується з Кекова попутно з кадмієм.
При окислювальному випалюванні мідних концентратів весь талій залишається в огарки. У процесі відбивної плавки талій розподіляється між штейном і шлаком.
У процесі конвертації мідних штейнів 50-75% талію переходить у шлаки, а в процесі ф'юмінговання шлаків 90-99% талію концентрується в возгонах.
Вихідні матеріали зазвичай містять від сотих до десятих часток відсотка талію. З них талій витравлюють розведеної сірчаної кислотою. Для більш повного вилучення проводять попередню сульфатізацію гранульованого матеріалу в киплячому шарі при 300-400 0С.
Для отримання талієву концентратів талій виділяють з розчинів у вигляді гідрооксиду талію (III), сульфіду, хромату, хлориду талію (I), витягають іонним обмінному або сорбцією, рідинної екстракцією, цементацією. Вибір способу залежить від концентрації талію у розчині і зміст супутніх елементів.
У курсовій роботі талій витягають методом екстракції.
Екстракційні способи дозволяють істотно спростити технологію витягання талію.
На вітчизняних підприємствах використовують спосіб екстракції талію з сірчанокислих розчинів розчином йоду в трибутилфосфат (ТБФ 50%-ний розчин в гасі). При контакті органічної фази з таллійсодержащім розчином деяка частина йоду переходить у розчин у вигляді іонів йоду внаслідок присутності в розчині відновників: As (III), Fe (II) (якщо необхідно в розчин вводять відновлювач Na2SO3). Утворений в розчині TlJ переходить в органічну фазу, утворюючи комплекс TlJ3.3ТБФ:
Tl + водн + J-водн + (J2.3ТБФ) орг ↔ TlJ3.3ТБФ
При невеликій концентрації іонів йоду в розчині кадмій, мідь, миш'як, сурма і цинк екстрагуються в малому ступені. Індій необхідно попередньо отримати з розчину, наприклад, екстракцією Д2ЕГФК (ді-2-етілгексін фосфорною кислотою).
Талій реекстрагіруют з органічної фази розчином 350 г / л H2SО4 з додаванням пероксиду водню для окислення іонів йоду до елементарного йоду, що призводить до руйнування комплексу та регенерації екстрагенту:
2 (TlJ3.3ТБФ) + H2SО4 + Н2О2 + 3ТБФ = Tl3SO4 + 3 (J2.3ТБФ) + 2 Н2О
При відповідних відносинах обсягів органічної і водної фаз на стадіях екстракції і реекстракціі з вихідних розчинів, що містять 0,2-0,6 г / л талію, отримують реекстракти з концентрацією талію 20-35 г / л, з яких виділяють чорновий талій цементацією на цинку [1].
Технологічна схема добування талію з сірчанокислих розчинів наведена на малюнку 1.
1. Металургійні розрахунки
1.1. Розрахунок технологічного процесу
Перерахуємо вміст компонентів розчину на задану продуктивність 150 м3/добу (150000 дм3/суткі).
Zn 65.150000 / 1000 = 9750 кг
Cd 8,2.150000 / 1000 = 1230 кг
Tl 0,35.150000 / 1000 = 52,5 кг
In 0,05.150000 / 1000 = 7,5 кг
Fe 0,01.150000 / 1000 = 1,5 кг
Н2SО4 18.150000 / 1000 = 2700 кг
1) Екстракція індію
Розрахуємо необхідні маси Д2ЕГФК і гасу при екстракції індію
Об'єм розчину на екстракцію 150000 дм3, зміст індію 0,05 г/дм3. при екстракції В: В = 1: 30. Щільність електроліту 0,8 кг / дм 3.
Обсяг екстрагенту:
150000 / 30 = 5000 дм3
Маса екстрагенту
5000.0,8 = 4000 кг
Екстрагент використовується у вигляді 20% розчину в гасі, тоді маса Д2ЕГФК складе
4000.0,2 = 800 кг
Маса гасу
4000 - 800 = 3200 кг
У розчині, що надходить на екстракцію міститься 7,5 кг In. Витяг індію в екстракт 99%. Тоді зміст індію в екстракті складе
7,5.0,99 = 7,43 кг
Розрахуємо масу вихідного розчину
ρраствора = 65 + 8,2 + 0,35 + 0,05 + 0,01 + 18 + 1000 = 1092 г / дм 3 = 1,1 кг / дм 3
mраствора = V. ρраствора = 150000.1,1 = 165000 кг
За результатами розрахунків складаємо таблицю 1 матеріального балансу екстракції індію.
Таблиця 1 - Матеріального балансу екстракції індію
2) Екстракція талію
Щільність індіевих рафината ~ 1,05 кг / дм 3
VРАФ = m / ρ = 164992,57 / 1,05 = 157 136 дм3
Зміст талію у вихідному розчині
52,5.103 / 157136 = 0,3 г/дм3
У реекстракте зміст талію 20-35 г/дм3 (приймемо 30 г/дм3) отже, збагачення
30 / 0,3 = 100 разів
На реекстракціі В: B = 10: 1, отже при екстракції В: B = 1: 10
Розрахуємо обсяг екстрагенту
157136 / 10 = 15714 дм3
Екстрагент використовується у вигляді 50% розчину ТБФ в гасі + 80 г / дм 3 J2. При щільності екстрагенту 0,8 кг / дм 3 його маса складе
mекстрагента = 15714.0,8 = 12571,2 кг
розрахуємо добавку J2 на екстракцію
15714.80 = 1257120 м = 12,57,12 кг
30% J2 треба відновити сульфитом натрія з реакцією
1257,12.0,30 = 377,13 mNa2SO3
J2 + Na2SO3 + Н2О = Na2SO4 + 2НJ
2.126,90 126
mNa2SO3 = (377,13.126) / (2.126,90) = 187,23 кг
Na2SО3 подається у вигляді розчину з вмістом 250 г/дм3. Приймемо щільність розчину 1 кг/дм3.
250 г - 1 дм3
187,23.103 - х
х = 187,23.103 / 250 = 748,92 дм3
маса розчину
mраствора = V. ρ = 748,92.1. = 748,92 кг
зміст Tl у вихідному розчині 0,3 г/дм3 або 52,5 кг
витяг талію при екстракції 95-98%, отже, в екстракті зміст талію
52,5.0,95 = 49,88 кг
Соекстракціей кадмію нехтуємо
Маса екстракту складе
mекстракта = m (50% ТБФ в гасі) + mTl + mJ = 12571,2 + 49,88 + 1257,12 = 13878,2 кг
за результатами розрахунку складаємо таблицю 2 матеріального балансу екстракції талію
Таблиця 2 - Матеріальний баланс екстракції талію
3) реекстракція талію
Умови В: У = 10: 1
Обсяг екстракту (ρ = 0,8 кг / дм 3)
13878,2 / 0,8 = 17347,75 дм3
Обсяг реекстрагента складе
17347,75 / 10 = 1734,78 дм3
Реектсрагент використовується у вигляді 350 г/дм3 Н2SО4 + 3% Н2О (від маси екстракту)
Маса Н2SО4
350.1734,78 = 607173 р = 607 кг
У перерахунку на 96% Н2SО4
607 / 0,96 = 632 кг
Щільність реекстрагента 1,21 кг / дм 3, тоді
mреекстрагента = 17,34,78.1,21 = 2099,1 кг
маса води в реекстрагенте
2099,1 - 632 = 1467,1 кг
Маса Н2О2
13878,2.0,03 = 416,35 кг
У перерахунку на 30% Н2О2
416,35 / 0,3 = 1387,83 кг
Зміст талію в екстракті 79,88 кг. Витяг при реекстракціі 99%, тоді вміст талію у реекстракте
mTl = 49,88.0,99 = 49,38 кг (60,98 кг Tl2SО4)
маса реекстракта складе
mреекстракта = mреекстрагента + mTl = 2099,1 + 1387,83 + 49,38 = 3536,31 кг
Складаємо таблицю 3 матеріального балансу реекстракціі.
Таблиця 3 - Матеріальний баланс реекстракціі Tl
Цементація талію на Zn пластині
60,98 mZn mTl mZnSO4
Tl2SO4 + Zn = 2 Tl + ZnSO4
504,74 65,38 2. 204,37 161,38
mZn = 60,98.65,38 / 504,74 = 7,90 кг
mTl = 60,98.2. 204,37 / 504,74 = 49,38 кг
mZnSO4 = 60,98.161,38 / 504,74 = 19,5 кг
1.2. Розрахунок процесу екстракції
1.2.1. Розрахунок числа ступенів екстракції
Розрахуємо кількість ступенів екстракції при екстракції талію 50% розчином ТБФ в гасі + 80 г / дм 3 J2, зміст талію у вихідному розчині 0,3 г/дм3, витяг в органічну фазу 95%, В: В = 1: 10. За літературними даними КР = 50.
Vводн = 157136 дм3
Vорг = 157136 / 10 = 15714 дм3
Початкова концентрація талію
m0 = 0,3 / 204,37 = 1,47.10-3 моль/дм3,
де 204,37 - мольна маса талію.
Кінцева концентрація талію при добуванні 95% дорівнює
0,3.0,05 = 0,015 г / дм 3 або
m1 = 0,015 / 204,37 = 0,73.10-4 моль/дм3
число ступенів екстракції визначимо за формулою
де р - теоретичне число ступенів екстракції,
m0 - початкова концентрація екстрагуються речовини у водній фазі, моль/дм3,
m1 - кінцева концентрація екстрагуються речовини у водній фазі, моль/дм3,
V1 - об'єм водної фази, дм3
V2 - обсяг органічної фази, дм3
КР - коефіцієнт розподіленого
Практичне число ступенів екстракції
рпрак = р / 0,9 = 1,7 / 0,9 = 1,9
Приймаються 2 ступеня екстракції
1.2.2. Розрахунок екстрактора (змішувач-відстійник ящикового типу)
Для розрахунку геометричних розмірів екстрактора треба обчислити загальний обсяг потоку водної та органічної фаз по формулі
де VВ - обсяг водної фази, м3/сут
Vо - обсяг органічної фази, м3/сут
Тоді
Обсяг камер визначаємо за формулами
де VСМЕС і VОТСТ - обсяги змішувальної і відстойної камер, м3
VОБЩ - загальний потік водної та органічної фаз, м3 / год
τСМ і τОТСТ - час змішування і час відстоювання, хв
0,8 - коефіцієнт заповнення екстрактора
τСМ = 6 хв, τОТСТ = 10 хв
тоді
Співвідношення розмірів змішувальної камери зазвичай беруть
ВС: LС: НС = 1: 1: 1,5,
де ПС - ширина змішувальної камери,
LС - довжина змішувальної камери,
НС - висота змішувальної камери.
Тоді
НС = 1,5 ЗС = 1,5.0,84 = 1,26 м
Співвідношення розмірів відстойної камери: висоту і ширину відстойної камери можна прийняти рівними висоті і ширині змішувальної камери, тоді
VОТСТ = НД НС. z
Отже, довжина відстойної камери
z = VОТСТ / (НД НС) = 1,5 / (0,84.1,26) = 1,42 м,
загальна довжина апарату
Lобщ = lC + z = 0,84 + 1,42 = 2,26 м
1.2.3. Розрахунок необхідної кількості екстракторів
Об'єм одного екстрактора обчислюється за формулою
V1 = (Вс + НС + Lобщ). рПРАКТ
V1 = (0,84 + 1,26 + 2,26) .2 = 4,78 м3
Необхідна кількість екстракторів буде знайдено зі співвідношення
n = VОБЩ / V1
n = 7,2 / 4,78 = 1,5
Приймаються 2 екстрактора.
Схема екстрактора наведена на малюнку 2.
2. Заходи з техніки безпеки
При отриманні талію використовуються такі шкідливі речовини:
1) сірчанокислий розчин
Загальний характер дії на організм. Дратує і припікає слизові оболонки верхніх дихальних шляхів. При попаданні на шкіру викликає опіки.
Перша допомога. Інгаляція содового розчину. При попаданні на шкіру рясне промивання водою.
Гранично допустима концентрація (ГДК) - 0,002 мг / л.
Індивідуальні захисні пристосування. Промисловий фільтруючих протигаз марки В з додатковим протидимних фільтром. Захисні окуляри і маска, гумова одяг і взуття при зливі розчинів, гумові рукавички, чоботи, фартухи.
2) Перекис водню Н2О2
При постійній роботі з Н2О2 нерідко спостерігаються запальні захворювання шкіри. Індивідуальні захисні пристосування: рукавички, спецодяг.
3) гас
Гас сильно дратує слизові оболонки і шкіру. При роботі з гасом спостерігаються головні болі, запаморочення, розлад травлення, слабкість. При безпосередньому зіткненні з рідким гасом дія може виражатися в дерматитах.
ГДК (у перерахунку на вуглець) - 300 мг/м3.
При високих концентраціях фільтруючі протигази малопридатні. Повинні використовуватися шлангові, ізолюючі з примусовою подачею чистого повітря. Захист шкіри рук пастами типу "біологічних рукавичок".
Заходи попередження полягають у максимальному усуненні виділення пари, аерозолю і контакту шкіри з гасом [3].
Список літератури
1. Зелікман О.М., Коршунов Б.Г. Металургія рідких металів. - М.: Металургія, 1991
2. Шкідливі речовини в промисловості. Неорганічні та елементорганічних з'єднання (під ред. М. В. Лазарева). - Л.: Ленгосхіміздат, 1954
3. Шкідливі речовини в промисловості. Органічні речовини (за ред. М. В. Лазарева і Е. Н. Льовиній). - Л.: Хімія, 1976
Тема: "Витяг талію з розчинів переробки пилу свинцевого виробництва"
1 Виконати металургійний розрахунок з складанням матеріального балансу по всіх операціях з отриманням талію
2 Виконайте розрахунок процесу екстракції (число ступенів екстракції, геометричні розміри екстрактора)
3 Графічна частина: екстрактор
Вихідні дані:
Склад розчину, г/дм3: Zn - 65, Cd - 8,2, Tl - 0,35, In - 0,05, Fe - 0,01, H2SO4 - 18
Витяг талію:
- При екстракції 95-98%,
- При реекстракціі 99-99,5%.
Соізвлеченіе кадмію при екстракції 0,5%, щільність індіевих рафината 1,05 кг / дм 3.
Продуктивність по розчину 150 м3/сут.
Зміст
"1-3" Вступ ............................................ .................................................. ........... 3
1. Металургійні розрахунки ................................................ ...................... 6
1.1. Розрахунок технологічного процесу ............................................... ...... 6
1.2. Розрахунок процесу екстракції ............................................... ................ 10
1.2.1. Розрахунок числа ступенів екстракції .............................................. ... 10
1.2.2. Розрахунок екстрактора (змішувач-відстійник ящикового типу )....... 11
1.2.3. Розрахунок необхідної кількості екстракторів .......................... 13
2. Заходи з техніки безпеки .............................................. .. 14
Список літератури ................................................ ...................................... 15
Введення
Зміст талію в земній корі 3.10-4% (за масою). Відомі деякі мінерали талію, але більша частина його перебуває в розсіяному стані у вигляді ізоморфної домішки в сульфідних мінералах свинцю, цинку, міді, заліза і в таких силікатах, як польовий шпат, слюда, лепідоліт, де талій заміщає калій і рубідій. Найбільші концентрації талію виявлені в сульфіду заліза (пірит і марказіта), де його вміст сягає 0,1-0,5%.
Основним джерелом сировини талію в даний час служать відходи й напівпродукти одержувані при переробці сульфідних руд. При окислювальному і агломераційному випалюванні сульфідних концентратів частина талію несеться з газами і концентрується в пилу електрофільтрів та інших пиловловлюючих пристроях. Це пояснюється летючістю TlO2 і Tl2S.
При агломераційному випалюванні свинцевого концентрату понад 50% талію несеться з газами. Пил електрофільтрів зазвичай містить десяті частки відсотка талію. У процесі шахтної плавки в шлаки переходить до 20% талію, решта приблизно порівну розподіляється між свинцем і пилом. При рафінуванні свинцю велика частина талію (70-80%) переходить в Медист знімання, 10-15% переходить в лужному плав, що виходить при очищенні свинцю від миш'яку і сурми.
При випалюванні цинкових концентратів велика частина талію переганяється і разом з кадмієм потрапляє в циклонів і котельню пил. Пилу витравлюють разом з недогарками, при цьому ~ 85% талію переходить в сірчанокислі розчини, при очищенні яких талій цементується разом з міддю і кадмієм і витягується з Кекова попутно з кадмієм.
При окислювальному випалюванні мідних концентратів весь талій залишається в огарки. У процесі відбивної плавки талій розподіляється між штейном і шлаком.
У процесі конвертації мідних штейнів 50-75% талію переходить у шлаки, а в процесі ф'юмінговання шлаків 90-99% талію концентрується в возгонах.
Вихідні матеріали зазвичай містять від сотих до десятих часток відсотка талію. З них талій витравлюють розведеної сірчаної кислотою. Для більш повного вилучення проводять попередню сульфатізацію гранульованого матеріалу в киплячому шарі при 300-400 0С.
Для отримання талієву концентратів талій виділяють з розчинів у вигляді гідрооксиду талію (III), сульфіду, хромату, хлориду талію (I), витягають іонним обмінному або сорбцією, рідинної екстракцією, цементацією. Вибір способу залежить від концентрації талію у розчині і зміст супутніх елементів.
У курсовій роботі талій витягають методом екстракції.
Екстракційні способи дозволяють істотно спростити технологію витягання талію.
На вітчизняних підприємствах використовують спосіб екстракції талію з сірчанокислих розчинів розчином йоду в трибутилфосфат (ТБФ 50%-ний розчин в гасі). При контакті органічної фази з таллійсодержащім розчином деяка частина йоду переходить у розчин у вигляді іонів йоду внаслідок присутності в розчині відновників: As (III), Fe (II) (якщо необхідно в розчин вводять відновлювач Na2SO3). Утворений в розчині TlJ переходить в органічну фазу, утворюючи комплекс TlJ3.3ТБФ:
Tl + водн + J-водн + (J2.3ТБФ) орг ↔ TlJ3.3ТБФ
При невеликій концентрації іонів йоду в розчині кадмій, мідь, миш'як, сурма і цинк екстрагуються в малому ступені. Індій необхідно попередньо отримати з розчину, наприклад, екстракцією Д2ЕГФК (ді-2-етілгексін фосфорною кислотою).
Талій реекстрагіруют з органічної фази розчином 350 г / л H2SО4 з додаванням пероксиду водню для окислення іонів йоду до елементарного йоду, що призводить до руйнування комплексу та регенерації екстрагенту:
2 (TlJ3.3ТБФ) + H2SО4 + Н2О2 + 3ТБФ = Tl3SO4 + 3 (J2.3ТБФ) + 2 Н2О
При відповідних відносинах обсягів органічної і водної фаз на стадіях екстракції і реекстракціі з вихідних розчинів, що містять 0,2-0,6 г / л талію, отримують реекстракти з концентрацією талію 20-35 г / л, з яких виділяють чорновий талій цементацією на цинку [1].
Технологічна схема добування талію з сірчанокислих розчинів наведена на малюнку 1.
1. Металургійні розрахунки
1.1. Розрахунок технологічного процесу
Перерахуємо вміст компонентів розчину на задану продуктивність 150 м3/добу (150000 дм3/суткі).
Zn 65.150000 / 1000 = 9750 кг
Cd 8,2.150000 / 1000 = 1230 кг
Tl 0,35.150000 / 1000 = 52,5 кг
In 0,05.150000 / 1000 = 7,5 кг
Fe 0,01.150000 / 1000 = 1,5 кг
Н2SО4 18.150000 / 1000 = 2700 кг
1) Екстракція індію
Розрахуємо необхідні маси Д2ЕГФК і гасу при екстракції індію
Об'єм розчину на екстракцію 150000 дм3, зміст індію 0,05 г/дм3. при екстракції В: В = 1: 30. Щільність електроліту 0,8 кг / дм 3.
Обсяг екстрагенту:
150000 / 30 = 5000 дм3
Маса екстрагенту
5000.0,8 = 4000 кг
Екстрагент використовується у вигляді 20% розчину в гасі, тоді маса Д2ЕГФК складе
4000.0,2 = 800 кг
Маса гасу
4000 - 800 = 3200 кг
У розчині, що надходить на екстракцію міститься 7,5 кг In. Витяг індію в екстракт 99%. Тоді зміст індію в екстракті складе
7,5.0,99 = 7,43 кг
Розрахуємо масу вихідного розчину
ρраствора = 65 + 8,2 + 0,35 + 0,05 + 0,01 + 18 + 1000 = 1092 г / дм 3 = 1,1 кг / дм 3
mраствора = V. ρраствора = 150000.1,1 = 165000 кг
За результатами розрахунків складаємо таблицю 1 матеріального балансу екстракції індію.
Таблиця 1 - Матеріального балансу екстракції індію
| Завантажено | Отримано | ||||
| Найменування | Всього, кг | У ньому In, кг | Найменування | Всього, кг | У ньому In, кг |
| Розчин Д2ЕГФК Гас | 165000 800 3200 | 7,50 - - | Екстракт Рафінат | 4007,43 164992,57 | 7,43 0,07 |
| Разом | 169000 | 7,50 | Разом | 169000 | 7,50 |
Щільність індіевих рафината ~ 1,05 кг / дм 3
VРАФ = m / ρ = 164992,57 / 1,05 = 157 136 дм3
Зміст талію у вихідному розчині
52,5.103 / 157136 = 0,3 г/дм3
У реекстракте зміст талію 20-35 г/дм3 (приймемо 30 г/дм3) отже, збагачення
30 / 0,3 = 100 разів
На реекстракціі В: B = 10: 1, отже при екстракції В: B = 1: 10
Розрахуємо обсяг екстрагенту
157136 / 10 = 15714 дм3
Екстрагент використовується у вигляді 50% розчину ТБФ в гасі + 80 г / дм 3 J2. При щільності екстрагенту 0,8 кг / дм 3 його маса складе
mекстрагента = 15714.0,8 = 12571,2 кг
розрахуємо добавку J2 на екстракцію
15714.80 = 1257120 м = 12,57,12 кг
30% J2 треба відновити сульфитом натрія з реакцією
1257,12.0,30 = 377,13 mNa2SO3
J2 + Na2SO3 + Н2О = Na2SO4 + 2НJ
2.126,90 126
mNa2SO3 = (377,13.126) / (2.126,90) = 187,23 кг
Na2SО3 подається у вигляді розчину з вмістом 250 г/дм3. Приймемо щільність розчину 1 кг/дм3.
250 г - 1 дм3
187,23.103 - х
х = 187,23.103 / 250 = 748,92 дм3
маса розчину
mраствора = V. ρ = 748,92.1. = 748,92 кг
зміст Tl у вихідному розчині 0,3 г/дм3 або 52,5 кг
витяг талію при екстракції 95-98%, отже, в екстракті зміст талію
52,5.0,95 = 49,88 кг
Соекстракціей кадмію нехтуємо
Маса екстракту складе
mекстракта = m (50% ТБФ в гасі) + mTl + mJ = 12571,2 + 49,88 + 1257,12 = 13878,2 кг
за результатами розрахунку складаємо таблицю 2 матеріального балансу екстракції талію
Таблиця 2 - Матеріальний баланс екстракції талію
| Завантажено | Отримано | ||||
| Найменування | Всього, кг | У ньому Tl, кг | Найменування | Всього, кг | У ньому Tl, кг |
| Розчин 50% р-р ТБФ в гасі J2 Р-р Na2SO3 | 164992,57 12,571,2 1257,12 748,92 | 52,5 - - - | Екстракт Рафінат | 13878,2 165691,61 | 49,88 2,62 |
| Разом | 179569,81 | 52,5 | Разом | 179569,81 | 52,5 |
Умови В: У = 10: 1
Обсяг екстракту (ρ = 0,8 кг / дм 3)
13878,2 / 0,8 = 17347,75 дм3
Обсяг реекстрагента складе
17347,75 / 10 = 1734,78 дм3
Реектсрагент використовується у вигляді 350 г/дм3 Н2SО4 + 3% Н2О (від маси екстракту)
Маса Н2SО4
350.1734,78 = 607173 р = 607 кг
У перерахунку на 96% Н2SО4
607 / 0,96 = 632 кг
Щільність реекстрагента 1,21 кг / дм 3, тоді
mреекстрагента = 17,34,78.1,21 = 2099,1 кг
маса води в реекстрагенте
2099,1 - 632 = 1467,1 кг
Маса Н2О2
13878,2.0,03 = 416,35 кг
У перерахунку на 30% Н2О2
416,35 / 0,3 = 1387,83 кг
Зміст талію в екстракті 79,88 кг. Витяг при реекстракціі 99%, тоді вміст талію у реекстракте
mTl = 49,88.0,99 = 49,38 кг (60,98 кг Tl2SО4)
маса реекстракта складе
mреекстракта = mреекстрагента + mTl = 2099,1 + 1387,83 + 49,38 = 3536,31 кг
Складаємо таблицю 3 матеріального балансу реекстракціі.
Таблиця 3 - Матеріальний баланс реекстракціі Tl
| Завантажено | Отримано | ||||
| Найменування | Всього, кг | У ньому Tl, кг | Найменування | Всього, кг | У ньому Tl, кг |
| Екстракт Реекстрагент: Н2SО4 (96%) Н2О Н2О2 | 13878,2 632 1467,1 1387,83 | 49,88 - - - | Реекстракт Екстрагент | 3536,31 13828,82 | 49,38 0,5 |
| Разом | 17365,13 | 49,88 | Разом | 17365,13 | 49,88 |
60,98 mZn mTl mZnSO4
Tl2SO4 + Zn = 2 Tl + ZnSO4
504,74 65,38 2. 204,37 161,38
mZn = 60,98.65,38 / 504,74 = 7,90 кг
mTl = 60,98.2. 204,37 / 504,74 = 49,38 кг
mZnSO4 = 60,98.161,38 / 504,74 = 19,5 кг
1.2. Розрахунок процесу екстракції
1.2.1. Розрахунок числа ступенів екстракції
Розрахуємо кількість ступенів екстракції при екстракції талію 50% розчином ТБФ в гасі + 80 г / дм 3 J2, зміст талію у вихідному розчині 0,3 г/дм3, витяг в органічну фазу 95%, В: В = 1: 10. За літературними даними КР = 50.
Vводн = 157136 дм3
Vорг = 157136 / 10 = 15714 дм3
Початкова концентрація талію
m0 = 0,3 / 204,37 = 1,47.10-3 моль/дм3,
де 204,37 - мольна маса талію.
Кінцева концентрація талію при добуванні 95% дорівнює
0,3.0,05 = 0,015 г / дм 3 або
m1 = 0,015 / 204,37 = 0,73.10-4 моль/дм3
число ступенів екстракції визначимо за формулою
де р - теоретичне число ступенів екстракції,
m0 - початкова концентрація екстрагуються речовини у водній фазі, моль/дм3,
m1 - кінцева концентрація екстрагуються речовини у водній фазі, моль/дм3,
V1 - об'єм водної фази, дм3
V2 - обсяг органічної фази, дм3
КР - коефіцієнт розподіленого
Практичне число ступенів екстракції
рпрак = р / 0,9 = 1,7 / 0,9 = 1,9
Приймаються 2 ступеня екстракції
1.2.2. Розрахунок екстрактора (змішувач-відстійник ящикового типу)
Для розрахунку геометричних розмірів екстрактора треба обчислити загальний обсяг потоку водної та органічної фаз по формулі
де VВ - обсяг водної фази, м3/сут
Vо - обсяг органічної фази, м3/сут
Тоді
Обсяг камер визначаємо за формулами
де VСМЕС і VОТСТ - обсяги змішувальної і відстойної камер, м3
VОБЩ - загальний потік водної та органічної фаз, м3 / год
τСМ і τОТСТ - час змішування і час відстоювання, хв
0,8 - коефіцієнт заповнення екстрактора
τСМ = 6 хв, τОТСТ = 10 хв
тоді
Співвідношення розмірів змішувальної камери зазвичай беруть
ВС: LС: НС = 1: 1: 1,5,
де ПС - ширина змішувальної камери,
LС - довжина змішувальної камери,
НС - висота змішувальної камери.
Тоді
НС = 1,5 ЗС = 1,5.0,84 = 1,26 м
Співвідношення розмірів відстойної камери: висоту і ширину відстойної камери можна прийняти рівними висоті і ширині змішувальної камери, тоді
VОТСТ = НД НС. z
Отже, довжина відстойної камери
z = VОТСТ / (НД НС) = 1,5 / (0,84.1,26) = 1,42 м,
загальна довжина апарату
Lобщ = lC + z = 0,84 + 1,42 = 2,26 м
1.2.3. Розрахунок необхідної кількості екстракторів
Об'єм одного екстрактора обчислюється за формулою
V1 = (Вс + НС + Lобщ). рПРАКТ
V1 = (0,84 + 1,26 + 2,26) .2 = 4,78 м3
Необхідна кількість екстракторів буде знайдено зі співвідношення
n = VОБЩ / V1
n = 7,2 / 4,78 = 1,5
Приймаються 2 екстрактора.
Схема екстрактора наведена на малюнку 2.
2. Заходи з техніки безпеки
При отриманні талію використовуються такі шкідливі речовини:
1) сірчанокислий розчин
Загальний характер дії на організм. Дратує і припікає слизові оболонки верхніх дихальних шляхів. При попаданні на шкіру викликає опіки.
Перша допомога. Інгаляція содового розчину. При попаданні на шкіру рясне промивання водою.
Гранично допустима концентрація (ГДК) - 0,002 мг / л.
Індивідуальні захисні пристосування. Промисловий фільтруючих протигаз марки В з додатковим протидимних фільтром. Захисні окуляри і маска, гумова одяг і взуття при зливі розчинів, гумові рукавички, чоботи, фартухи.
2) Перекис водню Н2О2
При постійній роботі з Н2О2 нерідко спостерігаються запальні захворювання шкіри. Індивідуальні захисні пристосування: рукавички, спецодяг.
3) гас
Гас сильно дратує слизові оболонки і шкіру. При роботі з гасом спостерігаються головні болі, запаморочення, розлад травлення, слабкість. При безпосередньому зіткненні з рідким гасом дія може виражатися в дерматитах.
ГДК (у перерахунку на вуглець) - 300 мг/м3.
При високих концентраціях фільтруючі протигази малопридатні. Повинні використовуватися шлангові, ізолюючі з примусовою подачею чистого повітря. Захист шкіри рук пастами типу "біологічних рукавичок".
Заходи попередження полягають у максимальному усуненні виділення пари, аерозолю і контакту шкіри з гасом [3].
Список літератури
1. Зелікман О.М., Коршунов Б.Г. Металургія рідких металів. - М.: Металургія, 1991
2. Шкідливі речовини в промисловості. Неорганічні та елементорганічних з'єднання (під ред. М. В. Лазарева). - Л.: Ленгосхіміздат, 1954
3. Шкідливі речовини в промисловості. Органічні речовини (за ред. М. В. Лазарева і Е. Н. Льовиній). - Л.: Хімія, 1976