Конспект лекций для студентов специальности 5В070900 Металлургия Шымкент, 2020 г
Тема 3. Процессы растворения и осаждения
жүктеу/скачать 8,06 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Лекция 8.
| Тема 3. Процессы растворения и осаждения
Лекция 7. Процессы растворения и осаждения материалов. Определение растворимости. Свойство воды. Характеристика процесса осаждения. Флокулянты. Лекция 8. Виды и характеристика оборудования для растворения и осаждения Лекция 9. Характеристики оборудования для разделения жидких фаз План темы: 1.Теоретические основы растворения 2.Принципы интенсификации процесса растворения 3. Аппараты для растворения концентратов Растворение – образование однородного раствора из твердой и жидкой фаз. Непосредственный результат растворения заключается в получении раствора, т.е. гомогенной смеси двух и более веществ. Обычно взаимодействие растворителя с полностью растворяющейся твердой фазой происходит на поверхности частиц, в ряде случаев это взаимодействие может затрагивать пористую структуру внутри частиц. Можно выделить два основных класса реакции растворения: 1.Обратимое растворение 2. Необратимое растворение Растворение вещества можно разделит на простое, растворение фазовых состоянии вещества. Простое растворение – когда вешество находится в твердой фазе в виде растворимого в воде соединения, процесс сводится к простому переходу вещества из твердой фазы в раствор. Растворение по реакциям обменного типа. Эта разновидность процесса выщелачивания встречается в трех вариантах, а также различают растворение веществ, связанное с окислением металла, аниона, растворение с восстановлением металла и растворение с образованием комплексов, Реакции растворения всегда включают в себя несколько стадий: перенос растворителя к поверхности кристалла; химическая межфазная реакция на поверхности кристалла; отвод продуктов растворения от поверхности реакции. Процесс растворения твердого тела (например, огарка) или выщелачивание из него ценного компонента приведена на рис. 1. Рис. 3.1. Схема растворения частицы огарка в серной кислоте 2.Принципы интенсификации процесса растворения Процесс растворения, как отмечалось, состоит из трех стадии. На первой стадии осуществляется перенос реагирующих частиц растворителя ( H2SO4) к поверхности твердого тела (зерна огарка), на которой происходит взаимодействие с окисью цинка. Вторая стадия – собственно взаимодействие растворителя с окисью цинка. На третьей стадии происходит отвод продуктов реакции (ZnSO4, H2O) из зоны взаимодействия (поверхности раздела фаз). Скорость взаимодействия растворителя с материалом обычно очень велика. Лимитирует общую скорость растворения диффузионные процессы, протекающие в первой и третьей стадиях, так как прилегающий к поверхности огарка слой растворителя постепенно обедняется серной кислотой и обогащается сульфатом цинка. Поэтому для обновления слоя растворителя вокруг частиц огарка и поддержания постоянной скорости растворения применяют перемещивание пульпы. На скорость процесса растворения существенное влияние оказывает также величина частиц материала. Чем мельче зерна огарка, тем больше поверхность взаимодействия огарка с растворителем и выше скорость растворения. В связи с этим на выщелачивание направляют только измельченный материал, без крупных частиц или комков. Правильный выбор растворителя чрезвычайно важен. Замена одного растворителя другим, более удачным, означает по существу революционные изменения в той или иной области гидрометаллургии. Наиболее распространенные растворители, применяемые в гидрометаллургической практике – вода, кислоты, водные растворы щелочей, оснований и солей. В промышленности применяются следующие основные способы способов растворения: периодический, прямоточный и противоточный и процесс в неподвижном слое. 2.Характеристика и виды применяемого оборудования. Периодический процесс проводят в аппаратах с механическим или пневматическим перемещиванием. Пневматическое перемещивание позволяет в случае необходимости использовать перемешивающий агент (воздух) в качестве окислителя. Прямоточный и противоточный процессы, проводимые в аппаратах непрерывного действия, широко распространены. В принципе, растворение можно проводить непрерывно в аппарате с мешалкой путем непрерывного подвода в аппарат твердой и жидкой фаз и отвода их из него. Однако осуществление непрерывного процесса таким способом неизбежно приведет к падению его интенсивности. В связи с этим растворение проводят в каскаде последовательно соединенных аппаратов с мешалками, через которые пульпа движется самотеком. Более эффективным является проведение непрерывных процессов по принципу противотока. В соответствии с организационно-технической структурой процессов растворения различают аппараты периодическогои непрерывного действия.3. Аппараты для растворения концентратов Аппараты непрерывного действия компактнее периодических, требуют меньших капитальных затрат и эксплуатационных расходов. В зависимости от характера движения твердой и жидкой фаз их делят на аппараты полного смещения (аппараты с перемешивающими устройствами), полного вытеснения (аппараты с неподвижным слоем) и аппараты промежуточного типа. Процесс растворения различных материалов вне зависимости от состава минералов наиболее интенсивно может происходит при их перемешивании. Различные конструкции аппаратов с перемешивающими устройствами оценивают по интенсивности и эффективности перемешивания. Практика использования различных конструкций перемешивающих устройств показала, что для невязких сред можно успешно использовать лопастные, пропеллерные и турбинные мешалки. К числу первых перемешивающих устройств, примененных в промышленной практике, относятся лопастные мешалки (рис. 3.2), отличающиеся простотой и низкой стоимостью изготовления. Рис. 3.2. Конструкции лопастных, якорных и рамных мешалок Совершенствование лопастных мешалок привело к разработке и широкому применению пропеллерных и турбинных мешалок. (рис.3.2) Пропеллерные мешалки, выполненные в виде корабельного винта, создают в аппарате интенсивную циркуляцию среды, что обусловлено возникновением насосного эффекта. Они отличаются от мешелок других типов низким расходом энергии. Турбинные мешалки представляют собой один или два диска с уарепленными на них лопатками. Если объем сосуда превышает 20 м3, то для обеспечения равномерности перемешивания применяют многоагрегатные или прецессирующие мешалки. При необходимости равномерного интенсивного перемешивания, когда мошность и масса привода существенно возрастают, используют аппараты с горизонтальным расположением одного или нескольких валов с лопастями. Для таких же условий растворения при ограниченной производственной площади применяют циркуляционные растворители с песковым насосом. При растворении концентратов, содержащих цветные металлы, в агрессивных кислых растворах цеоесообразно использовать для перемешивания сжатый воздух – аппарат для растворения с пневматическим перемешиванием. Когда необходимо растворять твердую фазу, поверхность которой экранирована твердыми продуктами реакции или примесями, используют аппарат с внешним циркуляционным контуром. Чаны с периферическими аэролифтами и импеллерной мешалкой – это дальнейшее усовершенствование расмотренных выше чанов с импеллерной мешалкой (рис.4). Эти чаны помимо центральной трубы и импеллерной мешалки, имеют четыре аэролифта, расположенных по окруженности чана у его стенок. Аэролифты в верхней своей части изогнуты под углом 900 и присоединены к центральной трубе. В результате этого пульпа циркулирует как через боковые патрубки центральной трубы, так и через периферические аэролифты. Их всех выше расмотренных чанов эти аппараты отличаются наиболее высокими аэрационными характеристиками, а следовательно, и наибольшей производительностью. Рис.3.3. Конструкции пропеллерных, турбинных и вибрационных мешалок Процесс растворения всегда сопровождается процессом сгущения, отстаивания или осаждения. Под сгущением и отстаиванием (осаждение) густых растворов, так называемых пульпой принято понимать выделение из нее твердой фазы с меньшим по сравнению с исходной пульпой содержанием жидкого (до 50%). Отстаиванием называют отделение от пульпы жидкой фазы в виде осветленного раствора с небольшим количеством (1-2 г/л) твердых частиц. Оба процесса с физической стороны мало чем отличаются один от другого и представляют собой явление осаждения твердых частиц в жидкой среде. При сгущении и отстаивании более грубые частицы пульпы довольно быстро опускаются на дно сгустителя, а самые тонкие, частицы, оседая с малой скоростью, длительное время остаются в верхней зоне. Процесс отстаивания (осветления) пульпы является более медленным. На изменение скорости отстаивания и высоту осветленной зоны («отстой») пульпы влияют следующие основные факторы: вещественный состав и физическое состояние огарка, режим растворения, плотность раствора, температура пульпы, высота сгущенной зоны. Температура пульпы положительно сказывается на процессах отстаивания. Благоприятно действует на отстаивание контакт горячего огарка с растворами. При повышении температуры пульпы до 70° С и более вязкость растворов снижается и отстаивание улучшается. Подогрев растворов особенно необходим при их большой плотности и высоком содержании кремниевой кислоты и гидроокисей железа. В последние годы па всех гидрометаллургических заводах для улучшения отстаивания пульпы применяют флокулянт - полиакриламид, предложенный и испытанный в свое время Гинцветметом. Полиакриламид выпускают в нашей стране в виде вязкого 8%-ного раствора. Выше были перечислены основные факторы, влияющие на процесс отстаивания пульпы. Имеются, однако, и другие причины, которые приводят к снижению скорости отстаивания. Они целиком зависят от качества работы обслуживающего персонала и соблюдения режима работы сгустителей. Одной из таких причин является несвоевременная разгрузка сгустителя от сгущенного продукта (нижнего слива) и увеличение высоты сгущенной зоны, что затрудняет процессы осветления пульпы в верхней отстойной зоне. При нарушении процесса отстаивания необходимо в первую очередь устранить эту причину, т. е. ускорить вывод сгущенного продукта из сгустителя Рис. 3.4. Сгуститель Для отделения твердого остатка от раствора на отечественных заводах повсеместно применяют сгустители горизонтальные отстойники. На некоторых зарубежных заводах, работающих по схеме одностадийного выщелачивания, пульпу подвергают фильтрации на вакуум-фильтрах. Сгустители - достаточно надежный агрегат непрерывного действия, позволяющий с минимальным расходом электроэнергии и небольшими затратами труда на обслуживание выделить из пульпы большую часть твердого. Недостаток этих аппаратов заключается в низкой удельной производительности, громоздкости и больших занимаемых площадях.жүктеу/скачать 8,06 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|