Курсовая работа Автоклав. Введение 3 Принципы работы 8 Автоклавное выщелачивание 9 конструкция и классификация автоклавов 10
 Скачать 0.82 Mb.
|
Автоклав непрерывного действия.Автоклав непрерывного действия для проведения высокотемпературного вскрытия пирротиновых материалов содержит (фиг. 1): горизонтальный цилиндрический корпус 1, разделенный вертикальными перегородками 2 на секции, в которых попарно установлены двухъярусные перемешивающие устройства 3 механического типа; устройства для подачи в пульпу газообразного окислителя, выполненные в виде вертикальных аэрозольных труб 4, и встроенные теплообменники 5. Перемешивающие устройства 3 выполнены двухъярусными и имеют мешалку нижнего яруса 6, и мешалку верхнего яруса 7 (фиг. 2). Вертикальная аэрационная труба 4 выполнена с перфорированным нижним участком 8 и заглушенным свободным торцом 9, и установлена между устройствами 3 на расстоянии не более 0,8 диаметра мешалки от их оси симметрии. При этом, при переработке материалов, содержащих менее или 31 мас.% серы, нижняя граница 10 перфорации аэрационной трубы 4 расположена на уровне не ниже 0,2 и не выше 0,8 диаметра мешалки нижнего яруса 6 от плоскости ее вращения, а верхняя граница 11 перфорации аэрационной трубы 4 расположена ниже плоскости вращения мешалки верхнего яруса 7 на 0,1 - 1,2 ее диаметра. При переработке же материалов, содержащих более 31 мас.% серы, нижняя граница 10 перфорации аэрационной трубы 4 расположена выше плоскости вращения мешалки нижнего яруса 6 на 1,1 - 1,5 ее диаметра, а верхняя граница 11 перфорации аэрационной трубы 4 расположена выше плоскости вращения мешалки верхнего яруса 7 не более чем на 0,5 диаметра мешалки 3. Плотность перфорации аэрационной трубы 4 вдоль геометрических образующих ее поверхности (фиг. 3) является однородной, а перфорация в сечениях перпендикулярных оси аэрационной трубы 4 (фиг. 4) выполнена неоднородной. Перфорированные участки аэрационной трубы 4 в ее поперечном сечении (Б-Б) представляют собой две равные дуги 12, каждая из которых опирается на центральный угол (α) равный (0,4 - 0,8) π радиан, развернутые в сторону перемешивающих устройств таким образом, что середина дуги лежит на линии, соединяющей точки пересечения оси аэрационной трубы 4 и осей перемешивающих устройств 3 с секущей плоскостью. Автоклав работает следующим образом. Пульпу исходного пирротинового материала с соотношением жидкой и твердой фаз Ж/Т = 1 - 2 непрерывно подают в корпус 1 первой секции автоклава через загрузочный штуцер (на чертеже не показан), откуда она перетекает через разделительную перегородку 2 в смежную секцию. В каждый секции происходит перемешивание пульпы парой двухъярусных перемешивающих устройств 3 и принудительное ее аэрирование с помощью заглубленной в слой пульпы перфорированной трубы 4. Процесс вскрытия пирротиновых материалов осуществляют при температуре выше точки плавления элементной серы в присутствии поверхностно-активного вещества, например, - технических лигносульфонатов. Вскрытие пирротина ведут под избыточным давлением газа - окислителя, в частности - кислорода, создаваемым рассредоточенной подачей в пульпу окисляющей газообразной смеси, например, - кислородовоздушной смеси (КВС). Газообразный окислитель подают в каждую секцию автоклава через аэрационную трубу 4 с перфорированным нижним участком 8 и заглушенным свободным торцом 9. Газообразный окислитель предпочтительно подают в колебательном режиме, параметры которого (амплитуду и период) выбирают в зависимости от конкретных физико-химических характеристик исходного материала: крупности, соотношения пирротина и пустой породы, массовой доли минералов меди, состава сопровождающей породы и др. факторов. Избыточное тепло экзотермических реакций окисления пирротина снимаются с помощью встроенных в автоклав теплообменников 5. Отработанный абгаз из автоклава через отдельный штуцер (на чертеже не показан) сбрасывают в атмосферу, а полученную окисленную пульпу охлаждают и под избыточным давлением разгружают в отдельный реактор (не показан). Дальнейшая переработка окисленной пульпы включает выделение ценных компонентов (цветных, драгоценных металлов и элементной серы) в самостоятельный (серосульфидный) концентрат и последующую его селекцию известными методами, например, - автоклавно-флотационным. Технологическую эффективность работы автоклава оценивают, в основном, по трем показателям: степени разложения пирротина при фиксированной производительности процесса (или производительности процесса при заданной глубине разложения пирротина); степени использования газообразного окислителя и гранулометрическому составу окисленной пульпы. Конструкция автоклава тем более совершенна, чем выше его производительность (степень разложения пирротина); больше степень использования окислителя и меньше содержание частиц класса плюс 150 мкм в окисленной пульпе при фиксированном расходе ПАВ (лигносульфонатов) и одинаковом по составу пирротиновом сырье. Предлагаемый автоклав описан в конкретных примерах и результаты его испытаний приведены в таблице. Пример 1 (опыт 1 таблицы) - по прототипу В эксперименте использовали "рядовой" пирротиновый концентрат (ПК) АО "Норильский комбинат", поступавший в гидрометаллургическую переработку Надеждинского металлургического завода, состава, %: никель - 2,13; медь - 0,66; кобальт - 0,095; железо - 49,3; сера - 30,1; породообразующие - 11,28; в т. ч. : SiO2- 5,75; CaO - 1,91; Al2O3- 2,19; MgO - 1,43; пирротин - 68,5. Крупность концентрата - 85% класса минус 44 мкм. Окислительное вскрытие пирротинового концентрата проводили на пилотной установке в непрерывном режиме с использованием горизонтального 2-секционного автоклава вместимостью 50 дм3, оборудованном механическими двухъярусными самовсасывающими перемешивающими устройствами (конструкции АО "НИИХИММАШа"), попарно установленными в каждой секции, и встроенными теплообменниками. В качестве окислителя применяли технологический кислород (≈ 95% O2), который с постоянным расходом нагнетали компрессором в газовую фазу 1-й секции автоклава. Подача кислорода в пульпу осуществлялась за счет его всасывания из газовой фазы аэраторами перемешивающих устройств. Все 4 перемешивающих устройства автоклава имели одинаковые аэрационные характеристики (Kc= 1,2). Мешалки перемешивающих устройство были установлены в два яруса (аналогично ПУ промышленных автоклавов НМЗ): на верхнем ярусе располагался аэратор, на нижнем - шестилопастная турбинка открытого типа. Водную пульпу ПК с Ж:Т=2, 0 насосом непрерывно подавали в первую секцию автоклава. Выщелачивание вели при температуре 140 - 150oC (средняя 145oC), парциальном давлении кислорода 0,9 МПа и расходе электроэнергии на перемешивание 0,16 кВт•ч на 1 м3подаваемого в пульпу кислорода. В целях обеспечения контрастности получаемых результатов необходимой для повышения надежности выбора интервала заявляемых параметров и проведения сравнительной оценки эффективности предлагаемого автоклава, продолжительность процесса была ограничена и во всех экспериментах была равна 60 мин. В данном опыте степень разложения пирротина составила всего 88,4%; а полное гранулоподавление достигнуто при расходе лигносульфоната (ЛСТ), равном 10 кг/т ПК. Степень полезного использования кислорода составила 76,5%. Пример 2 (опыт 2 таблицы) - предлагаемый автоклав Используемый пирротиновый концентрат и условия его высокотемпературного окислительного вскрытия такие же, как и в примере 1. Отличие заключается в конструкции применяемого стендового автоклава. В данном эксперименте кислород в каждую секцию автоклава подавали принудительно с помощью вертикальных аэрационных труб с перфорированным нижним участком и заглушенным свободным торцом. Аэрационные трубы были установлены между перемешивающими устройствами автоклава соосно с из осью симметрии. При этом нижняя граница перфорации аэрационной трубы находилась на 0,3 диаметра мешалки нижнего яруса выше плоскости ее вращения, а верхняя граница перфорации аэрационной трубы располагалась ниже плоскости вращения мешалки верхнего яруса на 0,6 ее диаметра. Плотность перфорации аэрационной трубы вдоль геометрических образующих ее поверхности была однородной, а перфорация в сечениях, перпендикулярных оси представляла собой две равные дуги, каждая из которых опиралась на центральный угол (α), равный 0,6 π радиан, развернутые в сторону перемешивающих устройств таким образом, что средины дуг лежали на линии, соединяющей точки пересечения оси аэрационной трубы и осей перемешивающих устройств с секущей плоскостью (фиг.4). Результаты эксперимента, приведенные в таблице, показывают, что автоклав предлагаемой конструкции обеспечил разложение пирротина на 96,7% при степени полезного использования кислорода 83,1%. Полное гранулоподавление было достигнуто при расходе ЛСТ, равном 8,0 кг/т ПК. Пример 3 (опыт 8 таблицы) - предлагаемый автоклав Условия эксперимента, оборудование и способ подачи кислорода такие же, как и в примере 2. Основным отличием явилось то, что в переработку поступал высокосернистый никель-пирротиновый концентрат, полученный при обогащении жильных медно-никелевых руд Талнахского и Октябрьского месторождений АО "Норильский комбинат". Состав концентрата,%: никель - 2,29; медь - 1,23; кобальт - 0,102; железо - 51,2; сера - 31,4; породообразующие - 8,48; в т.ч.: SiO2- 4,58%; CaO - 1,21; Al2O3- 2,01; MgO - 1,04; пирротин - 73,6. Крупность концентрата - 84% класса минус 44 мкм. Кроме этого, отличие данного эксперимента от примера 2 заключалось также в том, что нижняя граница перфорации аэрационной трубы располагалась над плоскостью вращения мешалки нижнего яруса перемешивающего устройства на расстоянии, равном 1,3 ее диаметра, а верхняя граница перфорации аэрационной трубы находилась в одной плоскости с мешалкой верхнего яруса. В остальном конструкции автоклавов в примерах 2 и 3 были полностью идентичны. В данном эксперименте степень разложения пирротина составила 94,5%, что значительно выше, чем при использовании автоклава-прототипа (оп.7), в котором при прочих равных условиях пирротин был вскрыт только на 85,7%. Степень полезного использования кислорода составила 84,1% (против 77,2% в прототипе), а расход ЛСТ был снижен с 12,0 (оп.7) до 11,0 кг/т ПК без видимых признаков агрегации элементной серы. В таблице также приведены примеры, отличающиеся составом исходного пирротинового сырья и конструктивными особенностями стендового автоклава: величиной смещения аэрационных труб от осей симметрии перемешивающих устройств, расположением границ участка перфорации аэрационных труб относительно плоскостей вращения мешалок и геометрией распределения перфорации в плоскости поперечного сечения аэрационных труб. Согласно полученным экспериментальным результатам (опыты 2oC 4, 8oC 10, 13 и 14), предлагаемый автоклав обеспечивает более высокие показатели переработки различных по составу пирротиновых материалов, чем автоклав - прототип, оборудованный сложными и дорогими самовсасывающими перемешивающими устройствами. Расположение перфорированной части аэрационной трубы (диспергатора) непосредственно в вихревой зоне пульпы (опыты 2, 4, 8, 10, 13 и 14) позволяет добиться наилучших результатов вскрытия пирротинового сырья: глубины разложения пирротина - 92,9oC 97,1%, степени полезного использования кислорода - 82,1oC 84,7% при одновременном снижении расхода ЛСТ по сравнению с прототипом ≈ до 20% отн. без появления признаков гранулообразования. Прямолинейность и ввод аэрационных труб между мешалками, а не под мешалки, как это принято в практике зарубежных предприятий, наряду с отмеченными выше технологическими преимуществами обеспечивает возможность быстрого демонтажа и монтажа диспергирующих устройств. Это увеличивает коэффициент машинного времени работы автоклавного агрегата и, соответственно, годовой объем переработки пирротинового сырья. Предусмотренная в заявляемом автоклаве принудительная подача окислителя в слой пульпы с помощью аэрационных труб обеспечит упрощение конструкции и, соответственно, удешевление перемешивающих устройств, что в последнее время сделалось весьма актуальным в связи с резким удорожанием восстановительных ремонтов ПУ и быстрым износом их аэрирующих устройств. Предлагаемая конструкция автоклава может быть легко и эффективно реализована на базе действующего автоклавного оборудования НМЗ АО "Норильский комбинат" без значительных капитальных затрат. |