Файл: Методические указания к выполнению практических работ по по предмету металлургия редких металлов по направлениям бакалавриата.doc

Определив количество и состав раствора, получающегося при выщелачивании, за вычетом раствора, переходящего во влажный кек, составляем материальный баланс выщелачивания (табл.1).

Извлечение WO₃ в раствор без отмывки кека 53,95/56 · 100 = 96,3 %. Извлечение WO₃ в раствор с учетом полного доизвлечения водорастворимого из кека 55,44/56 · 100 = 99 %.
Задание: рассчитать процесс разложения шеелитового концентрата в автоклаве с помощью содового раствора.

Таблица 2.

№ (%)	WO3	Mo	CaO	SiO2	Cu	P	As	Sn	Fe	S	H2O	п.п.п	Прочие
1	56,0	0,1	25,5	3,8	0,1	0,1	0,1	0,1	0,76	1,0	2	9,6	0,84
2	56,5	0,1	25,5	3,6	0,1	0,1	0,1	0,1	0,76	0,7	2	9,6	0,84
3	57,0	0,1	25,0	3,4	0,1	0,1	0,1	0,1	0,75	0,9	2	9,6	0,85
4	55,0	0,15	27,0	3,5	0,1	0,1	0,1	0,1	0,77	0,8	2	9,6	0,78
5	55,5	0,15	26,3	3,7	0,1	0,1	0,1	0,1	0,78	0,8	2	9,6	0,77
6	57,0	0,1	25,0	3,5	0,1	0,1	0,1	0,1	0,80	0,8	2	9,6	0,80
7	57,5	0,15	24,4	3,5	0,1	0,1	0,1	0,1	0,72	0,8	2	9,6	0,84
8	58,0	0,1	24,0	3,5	0,1	0,1	0,1	0,1	0,76	0,8	2	9,6	0,84
9	56,4	0,1	25,5	3,6	0,1	0,1	0,1	0,1	0,76	0,8	2	9,6	0,84
10	55,5	0,15	26,5	3,4	0,1	0,1	0,1	0,1	0,81	0,8	2	9,6	0,84

---

Практическая работа №2. РАСЧЕТ АВТОКЛАВА ДЛЯ РАЗЛОЖЕНИЯ ШЕЕЛИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА

В СОДОВОМ РАСТВОРЕ
Цель работы: Ознакомление студента оборудованием пирометаллургического процесса и условиями проведения, действие внешних факторов на процесс.
Характеристика технологического процесса
При автоклавно-содовом выщелачивании вольфрамовых концентратов достигается достаточно полное переведение вольфрама в раствор. Эта операция осуществляется в вертикальных или горизонтальных автоклавах. Процесс, как правило, проходит в одну стадию. На некоторых предприятиях с целью снижения расхода соды применяют двустадийное выщелачивание.

Оптимальные условия для выщелачивания шеелитовых концентратов, содержащих 45-55 % WO₃: содовый эквивалент 2,5-3; т:ж составляет от 1,0:3,5 до 1,0:4,0; температура 225⁰С; время выщелачивания 4ч; извлечение вольфрама в раствор 96-99 %.

Наиболее распространены в практике автоклавно-содового выщелачивания вольфрамовых концентратов вертикальные автоклавы емкостью 5 м³, имеющие высоту 6,7 м и внутренний диаметр 1 м.

Расчет процесса выщелачивания и автоклава предусматривает: определение расхода соды, количества и состава вольфрамсодержащего раствора и кека; механический расчет автоклава; определение количества автоклавов для обеспечения заданной производительности; проверку принятого расхода пара составлением теплового баланса автоклава.
Расчетные формулы

Механические расчеты автоклава. Расчетную толщину, м, цилиндрической стенки (обечайки), подверженной внутреннему давлению, находим из выражения

(2.1)

(2.2)

где, D_в – внутренний диаметр автоклава, м; p – внутреннее давление, Па;

σ_Д – допускаемое напряжение для материала автоклава, Па;

φ – коэффициент прочности цилиндрической стенки (сварных швов) в продольном направлении;

С – прибавка на коррозию, м;

σ_в – временное сопротивление разрыву материала автоклава, Па;

---

n_в – запас прочности;

η – поправочный коэффициент.

При σ_Д/ p·φ≥50 величиной p в знаменателе выражения (2.1) пренебрегаем.

Расчетная толщина, м, стенки днища (рис.1), подверженного внутреннему давлению выражается формулой
(2.3)
Здесь h_в – высота выпуклой части днища, м; К – безразмерный коэффициент; φ_ш – коэффициент прочности реального сварного шва.



Рис. 2.1. Днище автоклава



Рис. 2.2. Люк автоклава с крышкой
При величиной р в знаменателе формулы (2.3) пренебрегаем.

Расчетная толщина, м, крышки люка (рис.3) в месте уплотнения устанавливается по формулам:

(2.4)

(2.5)

(2.6)

(2.7)

(2.8)

(2.9)

(2.10)

(2.11)

-D_П) (2.12)
где, р_ш – расчетное растягивающее усилие в шпильках,

Н; z’ и z – расчетное и принятое число шпилек;

D_П и D_ш – диаметры осей прокладки и расположения шпилек, м;

σ_из – допускаемое напряжение при изгибе, Па;

К₁ – коэффициент, зависящий от типа крышки и диаметра прокладки;

р – внутреннее давление в автоклаве, Па;

q – удельная нагрузка на площадь прокладки, Па/м²;

К₂ – коэффициент, зависящий от диаметра шпильки

---

;

F_ш – площадь поперечного сечения выбранной шпильки по внутреннему диаметру резьбы, м²;

σ_Т – предел текучести материала шпильки, Па;

η – поправочный коэффициент;

D_В и D_н – внутренний и наружный диаметры люка, м;

b – ширина прокладки, м;

S – толщина стенки люка, м.

Зная диаметр шпильки d_ш, по справочникам находим площадь ее поперечного сечения F_ш.

Расчетную толщину крышки люка в средней части определяем из соотношений:

+С (2.13)
(2.14)

Здесь φ₁ – коэффициент ослабления крышки отверстиями; С – прибавка на коррозию, м; К – коэффициент, зависящий от конструкции крышки.

Для определения необходимого количества автоклавов используем формулу:

, (2.15)

где, V – объем пульпы, поступающей на выщелачивание, м³/сут;

V_пр – объем принимаемого к установке автоклава, м³;

η_v – коэффициент заполнения автоклава;

Z – количество циклов выщелачивания, осуществляемых в одном автоклаве за 1 сут.
(2.16)
Здесь ∑τ_i – продолжительность цикла (суммарная продолжительность операций, входящих в цикл), ч.

Расход острого пара, кг, находим из выражения:
(2.17)
где, Q_П – количество тепла, необходимое для нагрева пульпы и компенсации потерь тепла через стенку автоклава, кДж;

I₁ и I₂ – энтальпии уходящего из автоклава и поступающего в автоклав пара, кДж.

Выбор и механический расчет автоклава

К установке принимаем широко распространенный в практике вертикальный стальной (сталь марки Ст3) автоклав объемом 5 м³, внутренним диаметром 1000 мм и высотой 6700 мм. Автоклав имеет наружный теплоизоляционный слой из мастичного асбозурита толщиной 100 мм. Автоклав – аппарат высокого давления. Рабочее давление в нем достигает 2,5 МПа, что обусловливает необходимость определять толщину его стенки (обечайки), толщину днища, а также размеров крышки люка и диаметра стягивающих шпилек.

---

Данные для расчета толщины стенки (обечайки) автоклава следующие:

Внутренний диаметр обечайки, м, D_B……………………………..1

Рабочее давление в автоклаве, МПа, p ……………………………2,5

Коэффициент прочности сварного стыкового

двустороннего шва для цилиндрических обечаек, _C…………………..0,95

Прибавка на коррозию для стойких материалов

в заданной среде при отсутствии данных о проницаемости, мм, ……..1

Временное сопротивление разрыву Ст3, МПа, ……………… 380

Запас прочности для проката из углеродистой стали, n_B…………2,6

Поправочный коэффициент для деталей, изолированных

от прямого контакта с источником обогрева, ………………………… 1
Толщину стенки автоклава S определяем по формулам (2.4), (2.5). Находим допустимое напряжение: МПа. Величина σ_Д/р·φ=146/2,45·0,95=56,6>50.

Величиной р в знаменателе формулы (2.4) пренебрегаем, тогда S=1·2,24/(2·146·0,95)+1·10^-3=9·10^-3 м ≈ 10мм. Принятая толщина стенки 12 мм удовлетворит условиям прочности.

Данные для расчета толщины днища автоклава следующие:

Внутренний диаметр днища, м……………………………………..1

Высота выпуклой части днища, м, h_B……………………………...0,23

Рабочее давление в автоклаве, МПа……………………………… 2,5

Коэффициент прочности радиального сварного шва, _Ш……… 0,95
При отсутствии неукрепленных отверстий в днище К=1. при S’ – С ≤ 10 мм прибавка на коррозию, определенная при расчете обечайки, увеличивается на 1 мм.

Величина σ_в/р·Кφ=146/2,45·1·0,95=56,5>30. Следовательно, величиной р пренебрегаем в знаменателе формулы (2.6).

Толщину днища автоклава находим по формуле (2.6):

S’ = [1 · 2,45 / (3,8 · 146 · 1 · 0,95)] · [1 / (2 · 0,23)] + С = 9,4 · 10^-3 +С и окончательно S’ – С = 9,4 · 10^-3м = 9,4 мм.

Так как S’ – С < 10 мм, то С = 2 мм. Тогда S’ = 9,4 · 10^-3 + 2 · 10^-3 = 11,4 · 10^-3 м = 11,4 мм.

Принимаем толщину днища равной 12 мм. Данные для расчета размеров крышки люка и диаметра стягивающих шпилек (материал прокладки – паронит; материал шпилек и крышки – сталь Ст3; крышка не имеет отверстий) следующие:

---