Проект отделения переработки пульпы кубовых остатков с получением пентаоксида ванадия

Вид работы:

Дипломная (ВКР)
Предмет:

Другое
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

1,62 Мб
Опубликовано:

2015-05-25

Все дипломные работы по другим направлениям

Скачать дипломную работу Читать текст online Заказать дипломную
*Помощь в написании! Посмотреть все дипломные работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Проект отделения переработки пульпы кубовых остатков с получением пентаоксида ванадия

Введение

Бурное развитие авиации, ракетостроения, химии, атомной техники, электроники, переход к высоким скоростям на транспорте и появление других новых направлений в технике поставили перед технологами задачу создания широкой группы конструкционных материалов, обладающих высокой прочностью, способных сохранять определенные прочностные характеристики при высоких температурах и давлениях, имеющие стоикие антикоррозийные свойства в условиях агрессивных сред и характеризующихся в то же время небольшой плотностью. Среди элементов, свойства которых позволяют решать отдельные задачи этого плана, важное место занимает ванадий [5].

Ванадий был открыт Андрэ Мануэль дель Рио, профессором минералогии в Мехико, если считать открытием обнаружение минерала, содержащего новый неизвестный элемент. В начале девятнадцатого столетия Рио, изучая свинцовую руду самапанского месторождения, пришел к заключению, что руда содержит новый элемент, по химическим свойствам похожий на хром и уран. Из-за красного цвета, который принимала соль этого элементапри нагревании, Рио назвал его эритроний. Позднее он изменил свое мнение и решил, что руда была в действительности хроматом свинца. Последнее было зафиксировано через четыре года также Дескотилом.

Спустя 25 лет А. Гумбольдт вспомнил о европейских образцах свинцовой руды Рио. Эти образцы были исследованы выдающимся немецким химиком Ф. Вёлером, но работа не была доведена до конца вследствие болезни ученого, вызванной вдыханием ядовитых паров фтористого водорода.

Примерно в это же время, в 1831 г., шведский физико-химик Сефстром обнаружил необычный компонент в железной руде из округа Смоланд. Работая со знаменитым Берцелиусом, он выделил соединение, которое оба исследователя признали окислом нового элемента. Новый элемент был назван ванадием по имени легендарной северной богини красоты Ванадис. Впоследствии Вёлер, поправившийся после болезни и находившийся в переписке с Берцелиусом, доказал идентичность эритрония и ванадия. Берцелиус пытался восстановить окисел ванадия до металла, но, как и следовало ожидать, получил только нитрид VN.

Следующую страницу в истории открытия анадия вписал английский химик Г. Роско. Он и Э. Торн выделили соединение ванадия из медных руд месторождения в Чешайр. Они получили и установили состав следующих соединений: V₂O₅, VO₂, V₂O₃, VO, VOCl₃, VOCl₂иVOCl. Попытки восстановить окислы ванадия до металла потерпели неудачу, однако Роско удалось наконец успешно восстановить VCl₂ водородом. Впервые небольшое количество металлического ванадия в виде порошка в 1869 г. Ковкий ванадий не могли получить до 1927 г., когда Д. Марден и М. Рич осуществили процесс восстановления пятиокиси ванадия кальцием [6].

В России впервые ванадий обнаружил Розе в 1833 г. В уральских свинцовых рудах. В 1925 г. ванадий обнаружили в керченских бурых железняках, а в 1929 г. - в уральских титаномагнетитах [7].

Ванадий - металл серебристо-серого цвета, 5-й группы периодической системы, его порядковый номер 23. Содержание в земной коре 0,015-0,020 % (по массе), т. е. превышает содержание никеля, цинка, вольфрама, молибдена и некоторых других элементов.

Физические свойства ванадия приведены в таблице 1.

Таблица 1 Физические свойства ванадия

Кристаллическая структура	Объемноцентрированный куб, а=3,0240,001
Атомная масса	50,95
Плотность, г/см³	6,11
Температура, : плавления кипения	190025 3400 (расч.)
Теплота плавления, ккал/моль	4,0
Энтропия при 298,1 К, кал/град^.моль	7,0
Удельное электросопротивление при 20, мкОм^.см	24,8
Магнитная восприимчивость, ед. CGS	1,410^-6
Модуль упругости, кГ/мм²	14000
Температура рекристаллизации после холодной деформации на 70%,	700-800
Коэффициент линейного расширения на 1 град в интервале температур, : 23-100 23-500 23-900 23-1100	8,310^-6 9,610^-6 10,410^-6 10,910^-6
Коэффициент теплопроводности, кал/(смсекград), при температуре, : 100 500	0,074 0,088
Теплоемкость, кал/(г^.град), при температуре, : 0 300 900 1600	0,120 0,127 0,152 0197
Твердость по Бринелю, кГ/мм²: металл высокой степени чистоты (иодидный) металл, полученный кальциетермическим способом	6510 110-340

Механические свойства ванадия в большой степени зависят от содержания в нем азота, кислорода и водорода.

По величине отношения модуля упругости к плотности «чистый» ванадий практически не отличается от стали, что позволяет его использовать как конструкционный материал. «Чистый» ванадий легко поддается пластической деформации.

Ряд химических соединений ванадия идентичен по своим свойствам аналогичным соединениям молибдена и вольфрама; но многие соединения ванадия имеют свои специфические особенности.

Известны химические соединения двух- трех- четырех- и пятивалентного ванадия. Наибольшее практическое значение имеют соединения пятивалентного ванадия. Сравнительно устойчивы соединения четырехвалентного ванадия. Нормальный потенциал V⁵⁺/V⁴⁺=1,01 в. Характерен легкий переход ванадия от пятивалентного состояния к четырехвалентному и обратно. Соединения двух низших валентностей малоустойчивы и являются сильными восстановителями.

С кислородом ванадий образует четыре окисла: VO и V₂O₃ с основными свойствами, амфотерную двуокись VO₂ и пятиокись V₂O₅, обладающую кислотными свойствами при незначительном проявлении основных свойств.

Пятиокись ванадия - красный или красно-желтый порошок, плавящийся при 675 . Она служит исходным материалом для производства феррованадия, ванадия высокой чистоты и ряда соединений ванадия. Следует заметить, что металлический ванадий при температуре, превышающей 500, энергично окисляется до пятиокиси.

Пятиокись ванадия легко растворяется в щелочах с образованием ванадатов. Ванадаты калия и натрия хорошо растворимы в воде. Соли двух- и трехвалентного ванадия малорастворимы.

Наибольшее практическое значение имеют ванадаты натрия, аммония и кальция. Ортованадаты 3Na₂OV₂O₅ (Na₃VO₄) устойчивы в растворе в интервале рН=11,812,2; пированадаты 2Na₂OV₂O₅ (Na₄V₂O₇) образуются при рН=1011,8; метованадаты Na₂OV₂O₅ (2Na₄VO₃) образуются при рН=7,510. При рН=1,72,8 выделяются ванадаты натрия с отношением Na₂O:V₂O₅1. Наиболее устойчив метованадат натрия; орто- и пированадаты гидролитически разлагаются водой с образованием метаванадата.

Хлористый аммоний в присутствии аммиака легко осаждает из раствора ванадата натрия метаванадат аммония NH₄VO₃. При нагреваний выше 125 метаванадат аммония разлагается по реакций

2NH₄VO₃V₂O₅ + 2NH₃ + H₂O (1)

При добавлений к раствору ванадата натрия гидроокиси кальция («известкового молока») из растворов осаждаются ванадаты кальция: в интервале рН=10,811 - ортованадат Ca₃(VO₄)₂; при рН=7,89,3 - пированадат Ca₂V₂O₇; при рН=5,16,1 - метаванадат Ca(VO₃)₂. Метаванадат кальция может служить исходным сырьем для выплавки феррованадия.

Известно три сульфида ванадия: VS, V₂S₃и V₂S₅. С хлором ванадий дает ряд хлоридов и оксихлоридов: VCl₄, VOCl₃, VCl₃. Нагревание ванадия в атмосфере азота до температуры превышающей 700 , обуславливает образование нитридов V₃N₄ и VN. С углеродом и углеродсодержащими газами при высокой температуре ванадий образует карбиды V₂C, V₄C₃ и VC. Ванадий способен поглощать значительные количества водорода с образованием твердых растворов. С кремнием ванадий образует силициды VSi₂ и V₃Si.

Основная масса ванадия (85-95 %) используется в металлургии. Около 50% легированных сталей содержат ванадий. Введение небольших количеств ванадия в стали резко повышает их прочность, предел текучести, износостойкость, твердость, сопротивление усталости и пластические свойства. Конструкционные стали с содержанием ванадия 0,15-0,20 % обладают высокими прочностными и пластическими свойствами. Инструментальные стали, содержащие 1-2 % ванадия, сохраняют твердость при повышенных температурах. Введение 0,03-0,05 % ванадия в сталь, предназначенную для получения листового металла для глубокой штамповки, устраняет склонность листового металла к старению. Ванадий в количестве 10-13 % входит в состав сталей для изготовления постоянных магнитов.

Ванадиевые стали широко применяются в авиа- и автостроений, железнодорожном транспорте, машиностроений. Существенное влияние присадок небольших количеств ванадия на свойства сталей в ряде случаев объясняется образованием в сталях прочных карбидов ванадия и сложных ванадийсодержащих карбидов.

В настоящее время расширяется область применения ковкого ванадия как конструкционного материала с высокими механическими и антикоррозионными свойствами, способного работать в условиях повышенных температур. Представляют значительный интерес и находят промышленное применение сплавы ванадия с титаном и церием. Сплавы этих систем сохраняют ковкость при всех концентрациях и обладают высокими прочностными характеристиками при повышенных температурах. Пластические свойства сплавов ванадия с титаном выше, чем у ванадия высокой чистоты. Свойства этих сплавов еще более повышаются в результате присадки алюминия, хрома, кремния и углерода. Ковкий ванадий и сплавы на его основе имеют широкую перспективу применения в приборостроении, атомной, энергетической, оборонной промышленности и ракетной технике.

В химической промышленности используются различные соединения ванадия: но наиболее важно применение пятиокиси ванадия как катализатора в процессе производства серной кислоты контактным способом и в промышленности органического синтеза. Ванадиевые катализаторы в химической промышленности заменили платиновые, значительно превзойдя последние по стойкости к контактным ядам.

Ванадий обладает высокой коррозионной стойкостью в разбавленных растворах серной и соляной кислот, стоек в морской воде и растворах солей, оказывает высокое сопротивление воздействию жидких легкоплавких металлических сред.

Присадка соединений ванадия к резине повышает ее плотность, уменьшает пористость, увеличивает сопротивление разрыву. Ванадийсодержащая резина непроницаема для масел.

В текстильной промышленности соединения ванадия применяются в качестве протрав при крашении. Ванадат аммония используется для окраски кожи в черный цвет, а соединения ванадия - для приготовления лаков и красок. Ванадиевые красители применяются в стекольной и керамической промышленности. В сельском хозяйстве соединения ванадия применяются как ядохимикаты и микроудобрения. Некоторые соединения ванадия используются в медицине в составе лечебных препаратов и дезинфицирующих веществ.

Перспективы применения ванадия и его соединений в нашей стране весьма благоприятны, так как наряду с практически неограниченными запасами ванадийсодержащего сырья имеется многолетний опыт производства феррованадия и пятиокиси ванадия различной степени чистоты [5].

По распространенности в природе ванадий значительно превосходит свои аналоги и многие другие промышленно важные металлы. Его содержание в земной коре достигает 0,015-0,04 %.

Высокая химическая активность, переменная валентность и способность к образованию комплексных соединений объясняет обилие ванадиевых минералов в природе - более 65. Однако практическое значение имеют лишь немногие из них: патронит, роскоэлит, карнотит, ванадинит, деклуазит, купродеклуазит, моттрамит и тияумунит. Обычно ванадий встречается в комплексных рудах других элементов. Месторождения ванадия подразделяются на следующие основные категории:

) осадочные месторождения битуминозного или нефтяного происхождения - битумы, угли, асфальтиты, в которых ванадий содержится в количестве до 20 % и переходит в зольные остатки;

) ванадийсодержащие кварцитные месторождения - карнотит, роскоэлит, туямунит;

) окисленные осадочные комплексные медно-свинцово-цинковые руды, в которые ванадий входит в составе ванадинита, моттрамита, деклуазита и купродеклуазита;

) железорудные месторождения магматического или осадочного происхождения - титаномагнетиты и фосфористые бурые железняки, содержащие ванадий как примесь.

Основные промышленные руды ванадия приведены в таблице 2.

Таблица 2 Основные промышленные руды ванадия

Запасы ванадиевых руд в зарубежных странах ориентировочно составляют 4-5 млн. т. (по содержанию пятиокиси), из них - ЮАР - 1,5-2 млн. т., США - 1 млн. т., Швеция 630 тыс. т., Финляндия - 125 тыс. т. Общие запасы ванадия с учетом низкосортных руд несравненно больше. Они составляют только в ЮАР свыше 20 млн. т.

На территории бывшего СССР также расположены крупные запасы ванадиевых руд. Специфической особенностью сырьевой базы бывшего СССР является наличие бедного ванадием железорудного сырья. Кроме того, на территории бывшего СССР известен ряд асфальтитовых месторождений (зольность 2,5-3 %, содержание пятиокиси ванадия в золе 7-15 [7]. Весьма крупными запасами ванадия характеризуются оолитовые фосфористые бурые железняки Аятского и Лисаковского месторождений Кустанайской области Республики Казахстан. Эти руды являются бедными по содержанию железа и ванадия и перед доменной плавкой нуждаются в обогащении. Несмотря на низкое содержание ванадия в концентратах, эти месторождения могут служить базой для его получения в крупных масштабах. Запасы фосфористых оолитовых бурых железняков Кустанайской области практически неограничены, а возможный объем добычи при открытой разработке очень велик [8].

Обогащение ванадиевых руд. Роскоэлитовые руды плохо обогащаются. Обогащение включает следующие операции: дробление, помол, мокрое обогащение на столах. Содержание в концентрате при этом повышается до 7-8%.

Патронит как сульфидную руду обогащают флотацией. Патронит при этом вместе с углистым веществом отделяется от примесей. В результате последующего обжига получается концентрат, содержащий, %: V₂O₅ около 80, SiO₂ 14, Fe₂O₃ 4, NiO 1,5, MoO₃ 1,5.

Обогащение ванадинитовых руд включает дробление, помол, выделение концентратов гравитационным способом и их флотацию. Титаномагнетиты легко обогащаются магнитной сепарацией, за исключением случаев, когда зерна ильменита и магнетита мелки и взаимно прорастают. При магнитной сепарацией магнетит [FeO^.(Fe, V)₂O₃] отходит в магнитную, а ильменит FeO^.TiO₂ - немагнитную фракцию.

. Аналитический обзор

.1 Обзор технологий

Проблема промышленного получения ванадия в основном решена использованием рассеянного ванадия, встречающегося в железных рудах. При доменной плавке ванадийсодержащих железных руд или агломератов после магнитного обогащения получается ванадиевый чугун, в который переходит 80-85 % ванадия.

Извлечение ванадия из чугуна слагается из следующих стадий:

) получение обогащенного ванадием шлака в процессе передела чугуна в сталь;

) переработка ванадиевого шлака с получением оксида ванадия, ванадата кальция или ванадата железа;

) выплавка феррованадия;

) получение металлического ванадия или его соединений высокой степени чистоты.

Ванадий и другие примеси, находящиеся в чугуне - кремний, марганец, хром, фосфор - в составе оксидов переходят в шлак. Поэтому для получения шлаков с высоким содержанием оксидов ванадия стремятся выплавлять чугуны с низким содержанием кремния и марганца и повышенным содержанием ванадия. Состав ванадиевого шлака зависит от характера руды, из которой выплавлен чугун.

.1.1 Извлечение ванадия из фосфористого чугуна

Богатые ванадием шлаки (до 4-5% V) получают при переделе фосфористого чугуна в две стадии. Сначала продувают чугун в конвертере с кислой футеровкой. В первую очередь окисляется ванадий, который переходит в образующийся шлак. Ванадиевый шлак сливают и ведут дальнейший передел чугуна в конвертере с основной (доломитовой) футеровкой, дополнительно вводят в конвертер известь. При этом получают фосфористые (томасовские) шлаки с содержанием до 20 % Р₂О₅, используемые после помола в качестве удобрений.

.1.2 Извлечение ванадия из титано-магнетитовых руд

Диоксид титана в титано-магнетитах затрудняет доменную плавку руды, так как повышает температуру плавления и вязкость шлаков. Для устранения этого в шихту доменной плавки предложено добавлять доломит (способ акад. М.А. Павлова) - образуются менее вязкие и менее тугоплавкие шлаки. Для плавки в домне концентрат агломерируют. Ванадиевый чугун переделывают на сталь в бессемеровских конвертерах, получая обогащенные ванадием шлаки.

.1.3 Извлечение ванадия из передельных шлаков

Ванадий в шлаках содержится в основном в составе соединений типа шпинели FeO^.V₂O₅ и MnO^.V₂O₅. Ванадиевые шлаки представляют собой ванадиевые концентраты, относительно легко перерабатываемые на оксид ванадия или ванадат кальция, поскольку при переделе чугуна на сталь ванадиевые шлаки получают попутно. Это обусловливает сравнительно низкую себестоимость ванадия в шлаках. Оксид ванадия, получаемый из шлаков, может конкурировать с оксидом ванадия, получаемым из богатых ванадиевых руд и концентратов. Ванадиевый шлак содержит, %: V₂O₅ до 18; FeO 19-20; MnO 10-25; SiО₂ 12-30; TiО₂ 4-6; Сr₂О₃ 5-15; CaO 20-10.

Ванадиевые шлаки перерабатывают следующими способами:

) окислительным обжигом с хлоридом натрия или сильвинитом;

) окислительным обжигом с карбонатом натрия;

) хлорированием.

При переработке высокоизвестковых шлаков (содержание СаО выше 10%) обжиг с содой дает более высокое извлечение, чем обжиг с поваренной солью. Хлорированием извлекают из конверторных шлаков наряду с ванадием также титан. При обжиге с хлоридами или содой ванадий образует водорастворимые ванадаты, при переработке хлорированием получается оксохлорид ванадия.

.1.4 Способ окислительного обжига с хлоридами

Принципиальная технологическая схема переработки шлака приведена на рисунке 1.1.

Обжиг. Установлено, что при температуре выше 800-850 в окислительной атмосфере реакция

2Na + 1/2O₂ = Na₂O + Cl₂ (1.1)

значительно ускоряется в присутствии оксидов железа, марганца и особенно ванадия (V). Образующийся Na₂O реагирует с V₂O₅:

Na₂O + V₂O₅ = 2 NaVO₃ (1.2)

Окислительная атмосфера в зоне обжига способствует окислению ванадия (III), входящего в состав шпинели. Выделяющийся при обжиге хлор также участвует в процессе вскрытия шпинели

FeO^.V₂O₃ + 4 ½ Cl₂ = 2VOCl₃ + FeCl₃ + O₂ (1.3)

Оксотрихлорид ванадия, а также хлориды железа, марганца неустойчивы при температуре обжига и переходят в присутствии кислорода в оксид. Если в шихте NaCl столько, сколько необходимо для реакции с V₂O₅, то примеси кремния, фосфора и хрома переходят в раствор незначительно, так как NaCl в этих условиях избирательно реагирует с соединениями ванадия.

Рисунок 1.1 Принципиальная технологическая схема переработки ванадиевого шлака спеканием с хлоридами

Шихта для обжига состоит из измельченного до размера частиц 0,2 мм шлака и хлорида натрия или сильвинита (в виде природного продукта). Более грубое дробление требует большей продолжительности обжига, интенсивного перемешивания, уменьшения толщины слоя шихты. Более мелкий помол способствует образованию легкоплавкого силиката натрия. Появляющаяся жидкая фаза вызывает спекание шихты, ухудшает условия окисления шлака и, в конечном счете, снижает извлечение ванадия. Спекаемость шихты можно уменьшить, если предварительно ее гранулировать. При этом извлечение водорастворимого ванадия повышается от 80-88 % (без грануляции) до 95 %. Добавляют хлорида 8-10 % от массы шлака.

Вскрытие шлака улучшается при добавке в шихту селитры для более полного окисления ванадия. Предварительный окислительный обжиг шлака перед обжигом с хлоридами также увеличивает степень перевода ванадия в водорастворимую форму. Шпинель, в которой сосредоточен весь ванадий, представляет собой твердый раствор замещения следующих основных компонентов: FeV₂О₄, FeCr₂О₄, FeFe₂О₄. При окислении шпинеля распадается твердый раствор, образуя новые минеральные виды этих элементов. Неполнота извлечения ванадия из шлака объясняется частичным сохранением не окисленных зерен шпинели в обожженном шлаке, а также присутствием ванадия в качестве изоморфной примеси в составе нерастворимых в воде и слабой серной кислоте соединений железа, хрома, титана. Температура обжига не должна превышать 900 °С. При более высокой температуре шихта плавится, превращаясь в аморфную стекловидную массу, из которой извлекать ванадий очень трудно. Стеклование происходит тем легче, чем больше кремнекислоты содержит шлак. При температуре ниже 800 °С выход ванадия падает.

Чтобы шихта хорошо перемешивалась и был контакт с окислительной атмосферой, ее спекают в трубчатых вращающихся печах. Длина печи 20-50 м, наклон печи и число оборотов подбирают так, чтобы шихта находилась в зоне реакций 4-5 ч. Печь футеруют шамотным кирпичом. Обогревают ее за счет сжигания генераторного газа или мазута. Весьма эффективно спекание в печи с "кипящим слоем" ввиду лучшего контакта твердой и газообразной фаз. После обжига шихта поступает в трубчатый холодильник, а затем на выщелачивание. Отходящие газы содержат хлор, поэтому их направляют на нейтрализацию.

Выщелачивание. Обожженный материал выщелачивают водой или последовательно водой и разбавленной серной кислотой (6-8%). Кислотное выщелачивание позволяет извлечь из спека ванадий (IV), не окислившийся в процессе спекания с хлоридами. Водные растворы содержат NaVO₃, примеси фосфора (Na₂HPO₄), кремния (Na₂SiO₃) и хрома (Na₂CrO₄). При кислотном выщелачивании в растворе образуются соли ванадила VOSO₄. В случае спекания шлаков с содой переход примесей в раствор выше, чем в случае спекания с хлористыми солями.

Выщелачивают спек преимущественно в пневматических выщелачивателях - пачуках. Для непрерывного выщелачивания применяют батарею из нескольких пачуков, связанных друг с другом с верхней части сливными лотками или патрубками. В первый аппарат - смеситель поступают шлак и вода в соотношении 1:2. По мере заполнения его избыток пульпы стекает в следующий аппарат. Из последнего выщелачивателя пульпа самотеком поступает на вакуум-фильтры. Здесь отделяют твердые остатки шихты - хвосты, промывают их и направляют на дальнейшую переработку. Хвосты содержат не более 0,05% V. Выщелачиватели бывают деревянные, стальные с футеровкой из керамических плиток, железобетонные. Всего в раствор извлекается 90-92 % ванадия.

Осаждение ванадия из растворов. Для выделения ванадия из растворов предложены методы осаждения его в составе гидратированного оксида или солей. Выбор метода зависит от природы сырья, способа его переработки, концентрации растворов и других причин. Растворы после выщелачивания в зависимости от состава шлаков содержат 5-35 г/л V₂О₅. Наибольшее распространение получило выделение ванадия в составе: а) гидратированного оксида ванадия V2O5^.nН₂O; б) ванадата кальция; в) ванадата железа; г) ванадата аммония. Из растворов, содержащих более 20 г/л V₂O₅, целесообразно выделить гидратированный V₂O₅ как соединение с большим содержанием V₂O₅. Из более бедных растворов выгоднее осаждать ванадаты - значительно менее растворимые соединения, чем V₂O₅. Гидролиз концентрированных растворов V₂O₅ выражается условной реакцией:

V₂O₅^.2H₂SO₄+ nH₂O V₂O₅^.nH₂O + 2 H₂SO₄ (1.4)

Оптимальные условия кислотности для выделения ванадия из растворов - 0,05-0,14 н. В процессе гидролиза непрерывно изменяется кислотность, поэтому необходимо постоянно регулировать рН раствора добавлением щелочи. После добавления щелочи раствор нагревают и выдерживают 2-4 ч при 95 °С. Если ванадий в процессе обжига не полностью окислился, то в кислых растворах он может находиться в составе V0S0₄. Для окисления соли ванадила до соединений ванадия (V) в раствор перед нейтрализацией добавляют окислители, например хлорат калия. При осаждении ванадия из щелочных растворов в них добавляют серную кислоту до нейтральной или слабокислой реакции. Учитывают, что в процессе кипячения раствора и выпадения гидратированного оксида ванадия кислотность значительно повышается.

При соблюдении оптимальных условий из растворов, содержащих более 20 г/л V₂O₅, может быть осаждено до 98% V₂O₅. Осаждение ведут в реакторах, футерованных керамической плиткой. После отстаивания осадка V2O5^.nH₂O маточный раствор декантируют, осадок репульпируют и подают на плоский вакуум-фильтр. Во избежание коллоидообразования промывают осадок на фильтрах водой, 1 %-ным NH₄Cl. Сушат V₂O₅ при 450-500 °С. Высушенный V₂O₅ переплавляют в ванной плавильной печи при 700-800°С. При плавлении удаляются некоторые примеси, например SO₃.

Расплавленный продукт выпускают из печи на охлаждаемый водой вращающийся стол-гранулятор. V₂O₅ застывает тонким слоем и в форме пластинок сбрасывается в вагонетку. Плавленый оксид ванадия (V) обычно имеет темно-бурый цвет из-за образующихся в процессе плавки низших оксидов. Продукт имеет следующий примерный состав, %: V₂O₅ 88,1; SiO₂ 1,2, А1₂O₃ 1,3; Fe₂O₃ 5,5; CaO 1,4; MgO 0,5; MnO 1,4; Cr₂O₃0,3. Общее извлечение из шлаков ~80 %, при повторной переработке хвостов от выщелачивания - 85-90 %. Однако общее извлечение из руды из-за низкой концентрации ванадия составляет 20 %. Так, при доменной плавке керченских руд с 0,08 % V₂O₅ теряется 13 %, при переработке чугуна 60 %, при хлорирующем обжиге 40 % от поступившего на операцию количества. В растворы при выщелачивании переходит не свыше 22 % содержащегося в руде ванадия. Однако попутное извлечение ванадия при крупнотоннажных производствах, каким является получение стали из чугуна, обусловливает сравнительно низкую себестоимость ванадия и делает его извлечение экономически выгодным.

.1.5 Способ окислительного обжига с карбонатами натрия

В окислительной атмосфере вскрытие ванадиевой шпинели содой, как и спекание с хлоридом натрия, ведет к получению ванадата натрия и описывается суммарной реакцией:

4FeO^.V₂О₃+ 4Na₂CО₃+5О₂ = 8NaVО₃+4CО₂+2Fe₂О₃ (1.6)

При обжиге ванадиевого шлака с содой в барабанных вращающихся печах оптимальная температура составляет 730-745 °С, отношение в шихте Na₂CО₃:V₂О₅ = 0,640,68 (по массе), что близко к стехиометрическому в расчете на образование ванадата натрия. Более высокая температура вызывает спекание шихты. Если шихту предварительно гранулировать, то температуру обжига можно повысить, при этом увеличится степень вскрытия и уменьшится спекание.

Более высокое содержание в шихте соды позволяет несколько повысить извлечение ванадия в раствор при водном выщелачивании, ухудшает фильтрацию. Указанное содержание соды в шихте близко к стехиометрическому по отношению к необходимому для образования ванадата натрия из V₂О₅; рН раствора при выщелачивании 7-8. Выщелачивание проводят водой при соотношении Т:Ж=1:4 и 60 °С, затем - дважды 3%-ной H₂SО₄ при Т:Ж=1:3 и комнатной температуре. В раствор переходит до 95% ванадия. Оксид ванадия (V), осажденный из полученных растворов, содержит 86-89 V₂O₅.

Варианты содовой технологии извлечения ванадия из шлаков, кроме обжига с содой, включают также операции выщелачивания (водного и кислотного), выделения ванадия из растворов.

Преимущество способа обжига с содой по сравнению с хлорирующим обжигом состоит в том, что не образуются хлорсодержащие газы, и это избавляет от необходимости организации громоздкой системы нейтрализации отходящих газов.

Недостаток технологии в том, что применение соды, как химически более активного реагента по сравнению с хлоридом натрия, приводит к получению растворов ванадата натрия, более загрязненных примесью сопутствующих элементов.

Осаждение ванадата кальция. Из бедных ванадием растворов наибольшая полнота выделения ванадия достигается при осаждении его в составе ванадата кальция. Так, при переработке керченских шлаков растворы содержали всего 2,5-5 г/л V₂О₅.

Осаждение ведут известковым молоком, раствором СаСl₂, сухой известью или известковой пастой при нагревании раствора до 90 °С и перемешивании. Полнота осаждения ванадия 99,6-99,7%. Состав осадков близок к 2СаО^.V₂O₅+Ca(OH)₂. Осадок загрязнен примесями Ca₃(PO₄)₂, CaSiO₃, CaSO₄. Высушенный ванадат кальция содержит, %: V₂O₅ 28-32; СаО 44-50; MgO 1,5-3,5; SO₃ 3-5; SiO₂ 1,3-2,5. При значительном содержании фосфора растворы очищают, выделяя Mg(NH₄)PO₄ при добавлении в раствор MgCl₂ и NH₃. При содержании в растворе 0,06 г/л Р₂0₅ (керченские руды) осаждается 98-99% фосфора.

Ванадат кальция можно переработать на V₂O₅ или использовать для получения феррованадия.

Осаждение ванадатов железа. Феррованадаты, пригодные для выплавки феррованадия, получают лишь тогда, когда выделяют ванадий из растворов, содержащих более 20 г/л V₂О₅. При осаждении из растворов с более низким содержанием V₂O₅ получают осадки, являющиеся промежуточными продуктами и требующие дальнейшей их переработки. В этом случае осаждают ванадаты железа с целью концентрирования ванадия. Для осаждения используют дешевый железный купорос FeSО₄^.7H₂О. Из растворов осаждается 99-100% ванадия.

Осаждение ванадатов аммония. Ванадат аммония осаждают хлоридом аммония из щелочных растворов. Растворимость NH₄VО₃ уменьшается с увеличением избытка NH₄Cl в растворе. При концентрации в растворе 85- 100 г/л NH₄Cl осаждение ванадия практически полное. При температуре осаждения 50-60 °С, концентрации V₂O₅ 45-60 г/л и перемешивании получается крупнокристаллический (0,4 мм) легко фильтрующийся NH₄VО₃. Его прокаливают, получая чистый V₂O₅, необходимый для производства катализаторов, чистого металла и сплавов. При большом избытке NH₄Cl в маточных растворах его регенерируют: растворы упаривают, хлорид аммония выкристаллизовывают осаждением растворов, отделяют и используют повторно.

.1.6 Способ хлорирования

Хлорировать ванадиевые шлаки газообразным хлором можно в расплаве хлоридов щелочных металлов. Метод широко применяют в производстве магния и титана и во многих случаях он предпочтительнее хлорирования брикетированной шихты. При хлорировании в солевом расплаве осуществляется хороший контакт между хлором и хлорируемым объектом за счет энергичной циркуляции твердых частиц в газо-жидкостной системе хлор-расплав. Механизм хлорирования в солевом расплаве недостаточно изучен. Решающими факторами, которые определяют степень хлорирования компонентов, являются кинетика протекающих процессов на границе раздела фаз и скорость удаления образующихся хлоридов из расплава. Процесс напоминает кипящий слой, причем пылеунос незначителен, так как частицы материала смочены расплавом. Хлорирование в солевом расплаве сравнительно легко осуществимо, высокопроизводительно. Применительно к ванадиевым шлакам этот процесс имеет то преимущество, что образующиеся хлориды железа и алюминия связываются хлоридами щелочных металлов в малолетучие соединения типа MeFeCl₄ и MeAlС1₄, давление пара которых во много раз меньше давления пара индивидуальных хлоридов.

Хлоратор представляет собой шахтную электропечь прямоугольного сечения, подача хлора - через боковые или центральную (сверху) фурмы. Шлак измельчают и в смеси с 15 % кокса загружают в хлоратор с помощью шнекового питателя. Расплавленной средой служит отработанный электролит магниевых электролизеров состава, %: КСl 73,2; NaCl 19,5; MgCl₂ 4,5; СаС1₂ 1,4. Отработанный расплав периодически сливают по мере накопления в нем железа и нехлорируемого остатка. Образующиеся пары VOCl₃, TiCl₄, SiCl₄ вместе с другими газами очищают в рукавном фильтре от твердых хлоридов железа, алюминия и шихты, механически унесенной из хлоратора в виде пыли. Рукава выполнены из стеклянной ткани. Очищенную паро-газовую смесь (110-120 °С) направляют в холодильник для конденсации хлоридов ванадия, титана и кремния. В качестве хладоносителя применяют рассол СаСl₂.

Рисунок 1.2. Принципиальная технологическая схема переработки ванадиевого шлака методом хлорирования

Хлорирование идет за счет тепла экзотермических реакций. Средний состав конденсата, %: VOCl₃ 45; TiCl₄ 21, SiCl₄ 32, АlСl₃ 0,8, CC1₄ 0,45, примеси СОСl₂, С₆Сl₆, HCl. Таким же способом можно перерабатывать технический оксид ванадия (V).

Недостатки метода: необходимость разделения смеси VOCl₃-T iCl₄-SiCl₄, (температура кипения 127, 136 и 57 °С соответственно); высокий расход хлора на хлорирование примесей (главным образом железа).

Очистка оксотрихлорида ванадия. Смесь VOCl₃, TiCl₄, SiCl₄, полученную в результате переработки конвертерных шлаков, разделяют ректификацией. Вначале проводят первую, очистную ректификацию, чтобы получить смесь VOCl₃ и TiCl₄, достаточно очищенную от примесей. Фракцию, содержащую в основном SiCl₄, направляют на дальнейшую очистку.

Колонну предварительной ректификации выполняют с тарелками провального типа, устойчивыми против инкрустации твердыми хлоридами. При производительности 2,5 т/сут смеси хлоридов колонна имеет диаметр 200-220 мм, высоту 6,5 м и 20 реальных тарелок.

Система VOCl₃ - TiCl₄ близка к идеальной. Относительная летучесть , поэтому смесь целесообразно разделять в две стадии, так как для проведения процесса в одной колонне требуется много теоретических ступеней равновесного контакта. После предварительной ректификации получается 2 т смеси: 60 % VOCl₃, 40 % TiCl₄, 0,05 % легколетучих, 0,01 % труднолетучих примесей. Разделяют такую смесь двумя последовательными ректификациями в колоннах диаметром 220-240 мм, высотой 10 м с 65 реальными тарелками. Если требуется получить продукт, содержащий более 99,9 % VOCl₃, то необходима дополнительная ректификация.

Применяют различные схемы гидрометаллургической переработки карнотитовых руд для комплексного извлечения содержащихся в них ванадия и урана. Во всех случаях измельченную руду прежде всего обжигают, добавляя NaCl (6-10 % от массы руды). Температура обжига 850 °С. При более высокой температуре соединения ванадия реагируют с SiO₂, образуя нерастворимые силикаты, и извлечение ванадия резко падает. По одному из вариантов обожженную руду выщелачивают водой для извлечения ванадия (уран при этом в раствор не переходит), пульпу фильтруют, из раствора выделяют ванадий. Нерастворимый остаток (кек) поступает на дальнейшую переработку для извлечения урана. Другие варианты заключаются в совместном выщелачивании ванадия и урана из обожженной руды растворами минеральных кислот (H₂SO₄, НСl) или растворами соды; ванадий и уран образуют при этом соответствующие соли ванадила и уранила.

Кислотное выщелачивание обеспечивает наибольшее извлечение ванадия, но оно применимо лишь при небольшом содержании в руде карбонатов. Аппараты для сернокислого выщелачивания изготавливают из танталовой стали, кремнистого чугуна и снабжают крышками для отвода агрессивных паров кислоты. Из-за большого отношения твердого к жидкому (Т:Ж) вязкость пульпы обычно высока, поэтому материал аппаратуры, трубопроводов и насосов должен иметь повышенную износостойкость. Иногда вскрытие серной кислотой проводят в наклонных обогреваемых трубчатых печах. Руду и кислоту подают в верхнюю часть печи, продукты реакции удаляют через нижнюю часть.

Для выщелачивания растворами соды требуется руда более мелкого помола, так как сода не воздействует заметно на сопутствующие минералы, которые могут экранировать частицы ванадиевой руды. Выщелачивание ведут и в периодическом, и в непрерывном (прямоточном или противоточном) режиме в аппаратах с механическим или пневматическим перемешиванием - при обычных температурах и при подогреве пульпы.

Выщелачивание раствором соды имеет следующие преимущества перед кислотным: 1) растворы менее агрессивны, поэтому оборудование может быть изготовлено из более дешевых материалов; 2) способ особенно пригоден для переработки руд с высоким содержанием известняка; 3) растворы Na₂CО₃ легко регенерируются путем барботажа через них СО₂или дымовых газов в обычной абсорбционной башне. Недостатки метода: 1) скорость выщелачивания часто ниже, чем в кислотном процессе; 2) сульфидные минералы взаимодействуют с Na₂CО₃ в присутствии окислителя, вызывая повышенный расход соды.

Вскрытие карнотита карбонатом натрия происходит по реакции:

К₂О^.2UО₃^.V₂О₅+ 6Na₂CО₃+2H₂О = 2NaVО₃+ 2Na[UO₂(CO₃)₃]+2NaOH+2KOH. (1.7)

После реакции с минералом маточник становится более щелочным. Поэтому выгодно к соде добавлять гидрокарбонат натрия, который в процессе выщелачивания переходит в карбонат

NaHCO₃+ NaOH = Na₂CO₃+ H₂O (1.8)

При совместном выщелачивании ванадия и урана усложняется их раздельное выделение из раствора. Описаны разные способы получения ванадиевых и урановых продуктов из содовых кислых растворов. Некоторые из них основаны на раздельном осаждении этих элементов из раствора, другие - на совместном осаждении с последующим разделением коллективного химического концентрата. В последнее время наибольшее значение приобретают методы, основанные на сорбции ванадия ионитами и экстракции его органическими реагентами. В качестве экстрагентов соединений ванадия предложены алифатические амины, вторичные жирные спирты, трибутилфосфат и другие органические производные фосфорной кислоты.

.1.7 Извлечение из патронитовых руд

По одним схемам патронитовые руды подвергают окислительному обжигу, огарок ввиду большого содержания в нем ванадия алюминотермически восстанавливают в электропечах и получают феррованадий. По другим схемам концентрат обжигают и перерабатывают способами, описанными выше, т.е. путем выщелачивания обожженного материала растворами щелочей или кислот с последующим осаждением концентрата V₂O₅ из растворов.

.1.8 Извлечение из роскоэлитовых руд

Богатые роскоэлитовые руды перерабатывают путем выщелачивания ванадия растворами щелочей или кислот. Из растворов осаждают концентрат ванадия.

Бедные руды (месторождения Казахстана) перерабатывают совместно с фосфоритами при производстве элементарного фосфора электротермическим способом. Ванадиевую руду, содержащую 75-80% SiO₂, используют вместо кварцитов в качестве флюсующей добавки:

Ca₃(PO₄)₂+ 5CO + 3SiO₂ = 3CaSiO₃+ 5CO₂+ P₂ (1.9)

СO₂+ С = 2 СО (1.10)

В процессе плавки, кроме возгона элементарного фосфора, получается шлак и ванадийсодержащий феррофосфор. Его фазовый состав - Fe₂P, (Fe, V)₂P, -Fe; содержит до 4% ванадия.

Ванадиевый феррофосфор перерабатывают путем окислительного обжига с NaCl или смесью NaCl и Na₂CO₃ при 800 °С Ванадий при этом образует водорастворимый ванадат натрия. Из раствора ванадий выделяют описанными выше способами.

Другой способ переработки ванадиевого феррофосфора - получение ванадиевого шлака путем пропускания через расплав в конвертере воздуха. Шлак в этом случае содержит до 20% V₂O₅, его перерабатывают по какому- либо известному способу.

При переработке в 1 т ванадиевого феррофосфора получают 70 кг V₂О₅, около 3 т Na₃PО₄; извлечение ванадия из сплава 85-90%, фосфора 90%.

.1.9 Извлечение из бокситов

При переработке бокситов методом Байера около 65% ванадия переходит в шлам, остальная часть (соединения ванадия V) - в алюминатный раствор. При наличии в алюминатном растворе 100-300 г/л Na₂О растворимость солей ванадия можно значительно снизить, добавив NaF в соотношении V₂О₅: NaF = 1:2. Ванадий переходит в осадок в составе соли 2Na₃VО₄NaF19H₂О.

.1.10 Хлорирование феррованадия

Пластичный металлический ванадий можно получить, восстанавливая низшие хлориды ванадия магнием, другими металлами, водородом, а также электрохимическим путем с применением в качестве электролита расплавленной смеси низших хлоридов ванадия и хлоридов щелочных металлов с последующей переплавкой полученного металла в электроннолучевой печи. Источник получения низших хлоридов ванадия - тетрахлорид VCl₄, получаемый хлорированием феррованадия. Феррованадий в данном случае можно рассматривать как концентрат ванадия.

Процесс получения металлического ванадия слагается из следующих операций: 1) тетрахлорид ванадия превращают в трихлорид перегонкой с обратным холодильником по реакции

2VCl₄ = 2VCl₃+Cl₂(1.11)

в токе газаносителя, инертного по отношению к хлоридам ванадия; разложение ускоряется в присутствии катализаторов; 2) удаляют VOCl₃ из VCl₃ дистилляцией; 3) восстанавливают VCl₃ до металла, контролируя добавку его в расплавленный магний в атмосфере аргона; 4) удаляют магний и MgCl₂, вакуумной сепарацией; 5) выщелачивают оставшийся MgCl₂, затем промывают и сушат порошок ванадия.

Общее извлечение ванадия невысоко из-за потерь в составе VOCl₃ за счет адсорбции хлоридом железа (III). Потери ванадия можно снизить, если хлорировать VOCl₃ до VCl₄ в присутствии угля при 700 °С. Другой метод уменьшения потерь ванадия за счет адсорбции хлоридом железа (III) состоит в пропускании газообразных продуктов хлорирования через обогреваемую до 250 °С насадку из кусков хлорида натрия. Хлоропроизводные ванадия не реагируют с насадкой, а хлорид железа образует с хлоридом натрия малолетучий легкоплавкий NaFeCl₄. Появляющаяся на солевой насадке жидкая фаза способствует очистке и от других примесей в парогазовой смеси. Конденсат хлоропроизводных ванадия содержит железа не более 0,003 % (считая на оксид) [9].

.1.11 Технологическая схема извлечения ванадия из технического тетрахлорида титана

Содержание ванадия в составе VOCl₃ в техническом тетрахлориде титана 0,07-0,08%. Очищенный TiCl₄ должен содержать менее 0,001 % V. VOCl₃ содержит кислород, который в процессе магниетермического восстановления TiCl₄ попадает в титановую губку, и это увеличивает твердость металла.

Для химической очистки TiCl₄ от VOCl₃ используют низшие хлориды титана, медный порошок, сероводород, минеральные масла.

Рисунок 1.3. Принципиальная технологическая схема извлечения ванадия из технического тетрахлорида титана

Сущность процесса очистки заключается в избирательном взаимодействии добавляемых веществ с VOCl₃, при этом образуются малорастворимые в TiCl₄ высококипящие соединения ванадия низших степеней окисления, легко удаляемые при очистке тетрахлорида титана, например:

VOCl₃+ 3TiCl₃ = VOCl₂+ TiCl₄ (1.12)

VOCl₃+ Cu = VOCl₂ + CuCl (1.13)

В отечественной практике наибольшее распространение получил способ очистки низшими хлоридами титана, которые получают, восстанавливая TiCl₄ алюминиевой пудрой. Расход Аl-пудры 0,8-1,2 кг на 1 т TiCl₄. Продолжительность контакта низших хлоридов титана с техническим тетрахлоридом титана 1-2 ч. Низшие хлориды титана как восстановители имеют преимущества по сравнению с медным порошком: реагент более дешев (расходуется Al-пудра), повышается степень очистки TiCl₄ от ванадия. Недостатки способа - взрывоопасность Al-пудры (нижний предел взрывоопасности 40 ч/м³), периодичность процесса получения низших хлоридов титана.

Очистку от ванадия с помощью Al-пудры совмещают с процессом ректификации технического TiCl₄ от твердых веществ. Таким образом, ванадий концентрируется в кубовых остатках II ректификации TiCl₄.

Технологическая схема получения V₂O₅ из кубовых остатков представлена на рисунке 1.3. По этой схеме кубовой остаток (TiCl₄, VOCl₂, AlCl₃, другие твердые хлориды) нагревают в солевом хлораторе, где на первом этапе отгоняют основную часть TiCl₄. Затем в хлоратор подают хлор, при этом хлорируется VOCl₂:

2VOCl₂+ Cl₂ = 2VOCl₃ (1.14)

большая часть твердых хлоридов остается в солевом расплаве. Смесь VOCl₃ и TiCl₄ разделяют ректификацией. TiCl₄возвращают на производство титана; VOCl₃ может быть товарным продуктом или переработан на V₂O₅. В последнем случае ректификацию ведут до получения не чистого, а концентрированного по VOCl₃ продукта, который затем растворяют в растворе НСl, получая раствор с 60 г/л ванадия и 140-200 г/л НСl. При этом возможны реакции:

₃+ H₂O = VO₂Cl + 2HCl (1.15)

TiCl₄+2H₂O = Ti(OH)₂Cl₂+ 2HCl (1.16)

Раствор нейтрализуеют содой до рН=23 и при подогреве острым паром гидролизуют. Пульпу фильтруют. «Черновой гидроксид ванадия» (содержит титан) растворяют в растворе гидроксида натрия при подогревании.

На этой стадии происходит растворение соединений ванадия с образованием NaVО₃ и очистка от титана; гидроксид титана и титанат натрия - малорастворимы. Из раствора NaVО₃ с помощью NH₄Cl выделяют NH₄VO₃, который сушат и прокаливают при 500-550 °С, получая V₂O₅. Извлечение ванадия из кубовых остатков в товарную V₂O₅ 85%.

По этой технологии возможно получение реактивного оксида ванадия (V) марки «хч», содержащего (ТУ 6-09-4093- 75) - не менее 98% V₂О₅ [9].

.2 Обзор патентной литературы

Патентный поиск по теме «Проектирование отделения переработки пульпы кубовых остатков с получением пентаоксида ванадия на базе УК ТМК»

Проведены патентные исследования глубиной в 15 лет. Рассмотрены патенты стран России и Казахстана. Найдено 15 патентов по теме дипломного проекта. Рассмотренные патенты представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Патентные материалы

№ п/п	Название	№ патента	Страна	Авторы, патентообладатель		Инновационные решения
1	Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащего сырья	2080403	Россия	Тарабарин Г. К.; Бирюкова В. А.;Рабинович Е. М.; Мерзляков Н. Е.;Волков В. С.;Фролов А. Т.; Тартаковский И. М.; Кузмичев С. Е.; Чернявский Г. С.; Чекалин В. В.; Савостьянов В. С. ОАО «Ванадий-Тулачермет»		Изобретение относится к способу извлечения ванадия из ванадийсодержащего сырья, включающему дробление, магнитную сепарацию, измельчение, смешивание его с известняком, окислительный обжиг шихты, выщелачивание огарка и гидролитическое осаждение ванадия с получением пасты технической пятиокиси ванадия. Сущность изобретения: в качестве ванадийсодержащего сырья используют золы ТЭС и после смешивания их с известняком дополнительно обрабатывают водой при Т:Ж = 1:1,5-10, температуре 30-80 в течение 10-30 мин.
2	Способ получения гранулированного чистого оксида ванадия	2112066	Казахстан	Козлов В. А.; Белоножко Н. Д. Научно-производственное объединение «Ванадий -катализатор»		Изобретение относится к способам получения соединений ванадия и может быть использовано для получения чистого оксида ванадия из загрязненного ванадиевого продукта. Способ включает обработку загрязненного ванадиевого продукта 1-3%-раствором сульфата аммония в течение 10-60 мин с последующим термическим разложением, что обеспечивает повышение качества готового продукта. Термическое разложение проводят при 550-600 .
3	Способ извлечения ванадия	-	Россия	ОАО «Ванадий-Тулачермет»		Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения ванадия из шлаков и других ванадийсодержащих материалов, и может быть использовано при производстве ванадиевой продукции. Снижение содержания примесей пятиокиси ванадия, снижение загрязнения окружающей среды и получение пятиокиси ванадия, обогащенной до 10-20% V2O5, удобной для выплавки низкомарганцовистого феррованадия, достигается за счет того,
						что перед отмывкой пятиокиси ванадия вода на фильтре формирует слой осадка пасты пентаоксидадиванадия с остаточной влажностью 40-70%, затем через образовавшийся слой пасты пентаоксидадиванадия прокачивают со скоростью 0,1-1 м3/мин раствор сульфата железа (2) с концентрацией 5-20 г/л катиона и рН 2-3,6. Обработка концентрата пятиокиси ванадия по предлогаемомурегламету позволяет получить продукцию с содержанием марганца, удовлетворяющим требованиям международного стандарта на техническую пятиокись ванадия и использовать ее для выплавки низкомарганцовистого феррованадияи специальных сплавов.
4	Способ извлечения ванадия из конвертерных ванадиевых шлаков	2153018	Казахстан - Россия	Козлов В. А.; Шаяхметова Р. А.; Суэтин Г. Л.; Гришечкин А. И.; Аликин В. И. Научно-производственное объединение «Ванадий -катализатор» ОАО «Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение»		Изобретение относится к гидрометаллургии, в частности к способам извлечения ванадия из конвертерных ванадиевых шлаков монопроцесса. В качестве исходного продукта используют необожженные ковертерные ванадиевые шлаки монопроцесса, которые выщелачивают раствором серной кислоты при градиенте рН, равном 0,1 ед. рН/мин до достижения рН раствора 3,0-4,0 с последующей фильтрацией и кислотным доизвлечением ванадия из кека. Предлагаемый способ позволяет упростить процесс извлечения ванадия из конвертерных шлаков за счет того, что в качестве исходного продукта используют конвертерные ванадиевые шлаки монопроцесса, которые не нужно подвергать окислительному обжигу, а заданные условия проведения процесса выщелачивания обеспечивают высокую степень извлечения ванадия из шлака.
5	Способ извлечения ванадия из шлаков	2090640	Россия	Тарабрин Г.К.; Бирюкова В.А.; Рабинович Е.М.; Волков В.С.; Мерзляков Н.Е.; Кузьмичев С.Е.; Тарабрина В.П.; Тартаковский И.М. ОАО «Ванадий-Тулачермет»		Изобретение относится к способу извлечения ванадия из шлаков, включающему подготовку шлака и известняка, из дозировку, окислительный обжиг шихты, слабокислотное выщелачивание огарка, фильтрацию пульпы, промывку кека и его просушку, кислотное доизвлечение ванадия из кека, водную промывку и просушку отвального шлама, гидролитическое осаждение пентаоксида диванадия из растворов. Сущность: в качестве исходного сырья используют шлаки ЮАР, при дозировке отношения суммы оксидов кальция и марганца к пентаоксиду диванадия в шихте берут равным 0,8-1,41; окислительный обжиг ведут с постепенным увеличением температуры от 20-100oC до 830-870oC со скоростью 5-20 град/мин, слабокислотное выщелачивание осуществляют в четыре этапа: первый этап проводят при температуре 45-55oC и pH 3,7-4,1, причем подачу серной кислоты начинают при температуре 35-45oC, второй этап при температуре 56-65oC и pH 3,5-3,9, третий этап при температуре 65-75oC и pH 3,3-3,7, четвертый этап при температуре 65-71oC и pH 2,9-3,3; промывку кека проводят в две стадии: на первой кек промывают горячей водой с температурой 50-80oC и Т:Ж = 1: 0,5-1,1; на второй - раствором серной кислоты с pH 2,4-2,6 и температурой 20-70oC и Т: Ж = 1:0,5-1:1, причем перед каждой стадией промывки кека его подвергают отжигу или просушке до остаточной влажности 5-20%; гидролитическое осаждение пентаоксида
						диванадия из растворов проводят в две стадии: на первой pH 1,7-1,9 и температуре 85-97oC, а на второй - при pH 2,0-2,2 и температуре 93-95oC.
6	Способ извлечения ванадия из ванадийкремнийсодержащих растворов	2100463	Казахстан	Козлов В. А; Батракова Л. Х.; Осташко Т. И.; Рабинович Е. М.; Нестеров Ю. В.; Черкассов В.К.; Фильцев Ю.Н.; Головин В. Ф. Институт металлургии и обогащения АН Республики Казахстан; Научно-производственное объединение "Ванадий-катализатор"		Изобретение относится к способу извлечения ванадия из ванадий- кремнийсодержащих растворов сорбцией на ионообменных сорбентах. Сущность изобретения: сорбцию ведут в присутствии марганца при поддержании молярного соотношения марганца к кремнию в исходном растворе 1,0-3,0:1,0.
7	Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов и устройство для его осуществления	2080400	Россия	Борисенко В.П.; Волков В.С.; Рабинович Е.М.; Мерзляков Н.Е.; Кузьмичев С.Е.; Ситнов А.Г.; Фролов А.Т.; Тартаковский И.М.; Борисенко Б.В. ОАО «Ванадий-Тулачермет»		Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов, включающем слабокислотное выщелачивание при pH 2,5 - 3,0 и температуре 60 - 70oC. Сущность: перед слабокислотным выщелачиванием исходный материал, взятый в виде пульпы, подвергают стадийной обработке кислотой для снижения pH пульпы при поддержании ее плотности 1150 - 1400 г/л и времени 10 - 20 мин на каждой стадии, при этом устанавливают на первой стадии pH 4, - 5,0 и температуру 25 - 40oC, на второй стадии pH 3,9 - 4,5 и температуру 40 - 48oC, на третьей - pH 3,4 - 3,9 и температуру 48 - 52oC, на четвертой - pH 3,1 -3,4 и температуру 52 - 59oC. В качестве исходного материала используют окисленные обоженные с соединениями щелочноземельных металлов ванадиевые шлаки. Устройство для осуществления указанного выше способа включает реакторы с мешалкой, систему подачи кислоты и систему нагревания пульпы, при этом система подачи кислоты выполнена из трубопровода, клапана, распределительного коллектора, жестко подсоединенного к трубопроводу после клапана и кислотопроводов, жестко присоединенных к коллектору и уходящих на различную глубину реакторов, при этом суммарное проходное сечение кислотопроводов не превышает площади сечения трубопровода подачи кислоты до клапана, коллектор выполнен с сопротивлениями, установленными в промежутках между кислотопроводами для равномерной подачи кислоты по кислопроводам и по всей высоте реактора. Кислотопроводы выполнены из кислотостойкого материала.
8	Способ выделения ванадия из растворов	2128236	Россия-Казахстан	Козлов В. А.;Седых А. М.; Каменских А. А.; Шашин А. К.; Пескишев С.Г.;Вдовин В. В.; Зеленов В. Н.; Белоножко Н. Д.		Изобретение относится к гидрометаллургии ванадия, в частности, к способам выделения ванадия из растворов. Способ включает осаждение ванадия из раствора при рН 0,4-1,0 в присутствии осадка оксида ванадия при нагревании и перемешивании воздухом, что повышает качество осаждаемого осадка.
				ОАО "Чусовской металлургический завод"; Научно- производственное объединение "Ванадий-катализатор"
9	Способ извлечения ванадия	2193072	Россия	Тарабрин Г.К.; Рабинович Е.М.; Бирюкова В.А.; Сухов Л.Л.;Чернявский Г.С.; Кузьмичев С.Е.; Рабинович М.Е.; Шаповалов А.С.; Выговская И.В.; Полищук А.В.; Савостьянов В.С.; Назаренко Н.Н.;Дьяков А.В.;Воронцов Б.А.;Оськин Е.И. ОАО «Ванадий-Тулачермет»		Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам извлечения ванадия из ванадийсодержащего сырья и может быть использовано при производстве ванадиевой продукции. Проводят обжиг шихты, содержащей ванадийсодержащий шлак и в качестве реагентной добавки - сливной шлак силикоалюминотермического производства феррованадия, и долю реагента определяют по формуле Р = М•ДV2O5 - ДCaO, где Р - доля реагентной добавки сливного шлака силикоалюминотермического способа получения феррованадия в смеси с ванадиевым шлаком; М - коэффициент пропорциональности, равный 0,7-1,2; ДV2O5 - доля V2O5 в ванадиевом шлаке (в пересчете V2О3 на V2O5); ДCаO - доля СаО в ванадиевом шлаке. При этом используют ванадийсодержащий шлак, содержащий 63,22-64,32 вес. % суммы оксида V, Fe и Mn. Способ позволяет получить растворимые формы ванадия при окислительном обжиге и улучшить теплофизические и экологические условия обжига шихты, повысить извлечение и производительность, качество конечного продукта и утилизировать сливной шлак в собственном производстве.
10	Способ извлечения ванадия	2118389	Россия	Тарабрин Г.К.; Тартаковский И.М.; Рабинович Е.М.; Бирюкова В.А.; Мерзляков Н.Е.; Волков В.С.; Назаренко Н.Н.; Кузьмичев С.Е.; Шарафутдинов В.В.; Чернявский Г.С.; Воронцов Б.А.; Фролов А.Т.; Сухов Л.Л. ОАО «Ванадий-Тулачермет»		Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения ванадия из шлаков и других ванадийсодержащих материалов, и может быть использовано при производстве ванадиевой продукции. Извлечение ванадия осуществляют по известково-сернокислотной технологии. Данный способ позволяет вовлекать в производство новое сырье - отвальные шламы ванадиевого производства. Это достигается за счет строго определенного количества вводимого известняка с учетом содержания серы в отвальном шламе. Окислительный обжиг шихты осуществляют стадийно: первая стадия от 300 до 700oC, вторая - от 700 до 800oC, третья - от 800 до 950oC, а слабокислотное выщелачивание осуществляют при Т:Ж 1:1,5 - 1:4 и ведут стадийно: первую стадию при рН 2,5 - 3,0 и температуре 35 - 65oC, вторую стадию и последующие три - пять осуществляют при рН 2,1 - 2,3.
11	Способ извлечения ванадия из отработанных катализаторов окисления диоксида серы	2081834	Россия	Касиков А.Г.; Касикова Н.И.; Хомченко О.А.; Зинде Ю.Н.; Кудряков М.В.; Калинников В.Т. Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН		Использование: извлечение ванадия из отработанных катализаторов сернокислотного производства. Сущность способа: неразмолотый ванадиевый катализатор выщелачивают водой в перколяторе при температуре не выше 30oC в присутствии восстановителя - сернистого газа. Из полученного раствора извлекают ванадий (IV) экстракцией органоминеральной смесью, содержащей 0,55 - 0,60 моль ди-2-этилгексилфосфорной кислоты и 0,54 - 0,61 моль гидроксида калия в алифатическом растворителе. Проводят реэкстракцию раствором 1М серной кислоты. Осаждают ванадий щелочным раствором.
12	Способ получения пентаоксида ванадия	2172789	Россия		Кудрявский Ю.П.; Колесников В.А.; Трапезников Ю.Ф.; Шундиков Н.А.; Шаламов А.В.; Леханов В.Ф. Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат"	Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении пентаоксида из окситрихлорида титана - побочного продукта, образующегося при производстве губчатого титана. Задачей изобретения является повышение извлечения ванадия за счет сокращения стадий промывки осадка, уменьшение расхода воды и сокращение безвозвратных потерь ванадия с промводами. Способ получения пентаоксида ванадия включает разложение окситрихлорида ванадия щелочным раствором, содержащим добавки хлорида натрия и аммонийсодержащего неорганического соединения, с получением метаванадата аммония, который затем отделяют от маточного раствора, осадок промывают, сушат и прокаливают с получением пентаоксида ванадия. В качестве добавки к щелочному раствору используют смесь нитрата аммония и хлорида натрия при соотношении 1 : 1. Стадию разложения окситрихлорида ванадия осуществляют 0,5-1,5 ч, в маточный раствор после отделения осадка дополнительно вводят щелочной реагент и направляют на стадию разложения, а в качестве щелочного реагента используют гидроксид натрия до концентрации 40-120 г/л.
13	Способ получения пятиокиси ванадия	2178468	Россия		Кудрявский Ю.П.; Стрелков В.В.; Трапезников Ю.Ф.; Шундиков Н.А. ООО Научно-производственная экологическая фирма "ЭКО- технология"	Изобретение относится к области металлургии и неорганической химии и может быть использовано на химико-металлургических предприятиях черной и цветной металлургии для получения товарной пятиокиси ванадия из промпродуктов и/или технического V2O5. Способ включает обработку ванадийсодержащих промпродуктов щелочным реагентом, отделение нерастворимого осадка и его промывку, объединение фильтрата и промвод, введение в объединенный раствор аммонийсодержащих неорганических соединений, выделение из раствора и кристаллизацию метаванадата аммония, фильтрование суспензии, отделение осадка от маточного раствора, промывку осадка, его сушку и прокалку с получением целевого продукта. Перед введением в раствор аммонийсодержащего неорганического соединения в нем предварительно растворяют хлориды натрия и/или калия до достижения их суммарной концентрации 50-250 г/дм3. В качестве хлоридов натрия и/или калия используют галит и/или сильвинит. Кроме того, маточный раствор после отделения осадка метаванадата аммония разделяют на две части, причем в 20-50% маточного раствора растворяют аммонийсодержащие неорганические соединения, например NH4Cl и/или NH4NО3, до получения насыщенных солевых хлоридных растворов, которые затем вводят в раствор метаванадата натрия. Способ позволяет повысить степень выделения ванадия и упрощение обезвреживания сточных вод.
14	Способ получения пентаоксида ванадия	2175990	Россия		Кудрявский Ю.П.; Колесников В.А.; Трапезников Ю.Ф. Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат"	Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении пентаоксида ванадия из окситрихлорида ванадия - побочного продукта производства губчатого титана. Способ получения пентаоксида ванадия включает разложение окситрихлорида ванадия в щелочном растворе, введение в раствор аммонийсодержащего неорганического соединения, выделение из раствора осадка метаванадата аммония, промывку и прокалку его с получением пентаоксида ванадия. При этом окситрихлорид ванадия вводят в 1-3 н.
						раствор карбоната натрия, обрабатывают неорганической кислотой до рН 1-2, нагревают до температуры 60-100oС, выдерживают 1-3 ч, нейтрализуют щелочным реагентом до рН 6-8, затем вводят в раствор аммонийсодержащего неорганического соединения, например в раствор хлорида и/или нитрата аммония. Способ позволяет уменьшить остаточную концентрацию V в маточном растворе метаванадата аммония, что приведет к снижению загрязнения водоемов.
15	Способ получения пентаоксида ванадия из техногенного сырья	2175681	Россия	Кудрявский Ю.П.; Трапезников Ю.Ф.; Стрелков В.В.; Каменских А.А.; Карпов А.А.; Демидов А.Е. ОАО "Чусовской металлургический завод"		Изобретение относится к металлургии. Способ получения пентаоксида ванадия из техногенного сырья включает обработку исходных ванадийсодержащих отходов, шлаков и/или промпродуктов производства щелочным реагентом, избирательное извлечение ванадия из твердой фазы в раствор, отделение раствора метаванадата натрия от нерастворимого остатка, введение в раствор неорганической соли аммония, осаждение и кристаллизацию метаванадата аммония NH4VO3, фильтрование суспензии, промывку и прокалку с получением товарного V2O5. После обработки щелочным реагентом и отделения раствора от осадка последний дополнительно обрабатывают раствором минеральной кислоты, пульпу фильтруют, щелочные и кислые растворы объединяют, вновь фильтруют, разделяют на две части, причем в одну часть вводят щелочной реагент, а в другую часть - минеральную кислоту, полученные щелочные и кислые растворы повторно используют для обработки осадка и циркулируют до достижения концентрации ванадия в объединенном растворе 15-100 г/дм3. Последовательную обработку ванадийсодержащего техногенного сырья ведут растворами гидроксида натрия и соляной кислоты с их концентрацией 20-120 г/дм3 при Ж : Т-4-8, Т = 80-90oC и времени контакта твердой и жидкой фаз 0,5-1 ч, а объединение образующихся ванадийсодержащих щелочных и кислых растворов осуществляют в условиях взаимной нейтрализации при достижении конечной величины pH объединенного раствора (пульпы) 5-9. Способ позволяет повысить степень извлечения ванадия.

На основании патентного поиска выбором технологического решения в дипломном проекте «Проектирование отделения переработки пульпы кубовых остатков с получением пентаоксида ванадия на базе АО УК ТМК» является патент № 8 таблицы 1.1.

. Выбор и обоснование принимаемого в проекте технологического решения

Изначально ванадий содержится в титановом шлаке - сырье для получения технического тетрахлорида титана методом хлорирования. Как известно, в процессе хлорировании титанового шлака ванадий переходит в парогазовую смесь (далее ПГС) в виде VOCl₃, затем конденсируется вместе с тетрахлоридом титана и другими примесями образуя технический тетрахлорид титана. Технический TiCl₄ очищают от ванадия химическим способом с помощью алюминиевой пудры. При этом протекает реакция:

3TiCl₄ + Al = 3TiCl₃ + AlCl₃(2.1)

Затем трихлорид титана взаимодействует с VOCl₃ по реакций:

TiCl₃ + VOCl₃ = TiCl₄ + VOCl₂ (2.2)

Образующийся при этом VOCl₂ являясь нерастворимым в TiCl₄ выпадает в осадок и концентрируется в кубовом остатке. Пульпа кубового остатка является отходом процесса ректификации и поступает на переработку с целью извлечения ванадия.

Технологическая схема переработки ПКО с получением пентаоксида ванадия состоит из двух основных стадий: 1) переработка ПКО методом хлорирования с получением возвратного тетрахлорида титана и окситрихлорида ванадия технического (Рисунок 2.1); 2) получение пентаоксида ванадия из окситрихлорида ванадия гидрометаллургическим способом (Рисунок 2.2). На рисунке штриховой линией показана схема получения возвратного тетрахлорида титана.

ПКО - пульпа кубовых остатков; ОПОТТ - отделение производства очищенного тетрахлорида титана; ДК - дистилляционный куб; ТК - теплообменник кожухотрубный; ОК - оросительный конденсатор; ПГС - паро-газовая смесь; НХТ - низшие хлориды титана; ОРМЭ - отработанный расплав магниевых электролизеров; ВХ - ванадиевый хлоратор; ОРВХ - отработанный расплав ванадиевого хлоратора; г/о - газоочистка.

Рисунок 2.1 Технологическая схема переработки ПКО

Рисунок 2.2 Технологическая схема получения пентаоксида ванадия

Основные технологические показатели переработки ПКО показаны в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Основные технологические показатели переработки ПКО

Наименование технологических параметров	Единица измерения	Величина
Содержание твердых взвесей в исходной ПКО, не более	г/дм3	200
Расход хлоргаза: - при переработке ПКО; - при хлорировании НХТ и обогащенного расплава	нм3/ч нм3/ч	10,0¸12,0 60¸100
Давление хлора: - на хлорной гребенке, не более; - перед хлороподводом	кгс/см2 кгс/см2	1,5 0,3¸0,75
Расход упаренной ПКО в хлоратор, не более	т/ч	2,5
Температура расплава: - при переработке ПКО; - при хлорировании НХТ; - при хлорировании обогащенного расплава	°С °С °С	570 ± 20 600 ± 20 600 ± 20
Температура ПГС на выходе из хлоратора	°С	320 ¸ 420
Температура ПГС после ОК-1	°С	50 ± 10
Температура ПГС после ОК-3	°С	20 ± 10
Температура ПГС после ОК-2	°С	15 ± 5
Температура хладагента (воды)	°С	15 ± 10
Температура рассола на входе	°С	-17 ¸ -24
Температура тигельной печи	°С	250 ± 25
Разрежение: - в хлораторе; - после ОК-1; - после ОК 2, 3; - перед хвостовым вентилятором; - в каналах №№2, 3; - в газоходе тигельной печи	мм вод.ст. мм вод.ст. мм вод.ст. мм вод.ст. мм вод.ст. мм вод.ст.	20 ¸ 70 80 ¸ 120 100 ¸ 130 80 ¸ 140 40 ¸ 100 10 ¸ 50

Основные технологические показатели получения пентаоксида ванадия показаны в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Основные технологические показатели получения пентаоксида ванадия

Наименование технологических параметров	Единица измерения	Величина
Растворение оксотрихлорида ванадия в соляной кислоте с получением исходного ванадийсодержащего раствора: - кислотность солянокислого раствора;	г/дм3
- скорость подачи оксотрихлорида ванадия; - температура раствора, не более; - расход оксотрихлорида ванадия	кг/ч °С кг	150¸460 40 1400¸1700
Экстракция ванадия Эксолом-А: - плотность промывного раствора; - плотность реэкстрагента; - подача исходного раствора; - подача экстрагента; - подача реэкстрагента; - подача промывного раствора	г/см3 г/см3 дм3/ч дм3/ч дм3/ч дм3/ч	1,05÷1,06 1,02÷1,03 300¸500 350¸770 400¸900 75¸200
Осаждение МВА из реэкстракта с последующей фильтрацией: - температура осаждения; - pН осаждения; - расход реэкстрагента; - расход аммиачной воды; - температура фильтрации; - количество МВА на фильтрацию; - количество маточного раствора	°С ед. м3/сут м3/сут °С кг/сут м3/сут	50¸80 7,0¸8,0 10¸12 2,0¸3,0 25¸50 800¸1000 12¸19
Термическое разложение МВА: - температура; - скорость подачи	°С кг/ч	330¸690 20¸45
Расшихтовка и упаковка V2O5: - количество V2O5, загружаемого в смеситель	кг	300¸400
Регенерация органической фазы: - температура; - время отстоя, не менее	°С сутки	60¸70 1
Очистка отходящих газов печей термического разложения: - разрежение в скруббере	мм вод.ст.	20¸50

. Технологическая часть

.1 Номенклатура сырья и продукции

Сырьём для получения пентаоксида ванадия служит пульпа кубовых остатков ректификационных колонн (далее ПКО), поступающая из участка производства очищенного тетрахлорида титана. Пульпа кубовых остатков ректификационных колонн (далее ПКО), состоит из тетрахлорида титана с взвешенными частицами оксихлоридов ванадия, трихлоридов титана, алюминия, железа (Таблица 3.1). Пульпа кубовых остатков поставляется сортов ПКО-1 и ПКО-2, согласно ФС РК 00202028 АО-114.

Таблица 3.1 Состав ПКО

Наименование показателей	Нормы для марок
	ПКО-1	ПКО-2
Ванадий, %, не менее	0,85	0,50
Твердые взвеси, г/л, не более	200	200

Пульпа кубовых остатков из отделения по производству очищенного тетрахлорида титана (далее ОПОТТ) перекачивается по одному из двух трубопроводов (один резервный) в приемный бак.

Конечным продуктом является пентаоксид ванадия. В соответствии с СТ АО 00202028-004 пентаоксид ванадия производится трех марок ВнО-0, ВнО-1 и ВнО-2 (Таблица ).

Таблица 3.2 Химический состав пентаоксида ванадия

Марка	Химический состав, %
	V2O5 не менее	Массовая доля примесей, не более
		V2O4	Fe	Si	Mn	Cr	S	Ti	P	CI	As	(Na+K)	С	Нерастворимый остаток	Потери при прокалке
ВнО-0	-	1,2	0,01	0,01	0,04	0,02	0,005	0,01	0,01	0,01	0,003	0,10	0,005	0,15	0,20
ВнО-1	99,3	1,4	0,05	0,05	0,04	0,02	0,005	-	0,01	0,01	0,003	0,10	-	0,20	0,20
ВнО-2	98,6	2,2	0,15	0,10	0,10	0,07	0,010	-	0,01	0,02	0,010	0,30	-	0,30	0,30

.2 Описание основного технологического процесса

3.2.1 Переработка ПКО

Технология переработки пульпы кубовых остатков ректификационных колонн основана на последовательном хлорно-термическом выделении из них тетрахлорида титана технического возвратного и ванадия окситрихлорида технического, поэтому процесс ведется циклично. Каждый цикл рассчитан, как правило, на 18¸24 часа.

Технологический процесс ведут в хлорирующей установке.

Хлорирующая установка включает в себя следующие аппараты:

два хлоратора, работающие попеременно (один в работе, другой в резерве), каждый хлоратор включает в себя узел подачи упаренной пульпы кубовых остатков, узел подачи хлора, узел водяного охлаждения токоподводов электродов, узел слива расплава с приямком и местной вентиляцией;

три оросительных конденсатора (ОК-1, 2, 3) с погружными насосами, холодильниками типа «ТТ» (охлаждение водой или раствором хлористого кальция, поступающего из отделения по приему и передаче хлора и производства холода) и мешалками;

три дистилляционных куба (ДК-1, 2, 3) с нагревателями, погружными насосами и холодильниками кожухотрубными (охлаждение водой);

пылевая камера;

баки-сборники продуктов №№1, 2, 3, 4;

бак дозатор упаренной ПКО с шестеренчатым насосом и мешалкой;

приемный бак ПКО;

расходные баки ПКО с мешалками №№1, 2;

аварийный бак;

тигельная печь с тиглем;

короба для слива отработанного расплава.

На первой стадии процесса переработки пульпы кубовых остатков паро-газовая смесь из хлоратора поступает в два последовательно соединенных оросительных конденсатора ОК-1, 3. Сконденсированный в баке ОК-1 промежуточный продукт - некондиционный тетрахлорид титана, подвергают очистке от твердых взвесей методом дистилляции в дистилляционном кубе №3 (ДК-3). При этом из баков-сборников пульпу кубовых остатков периодически дозируют в куб ДК-3 для очистки конденсата от ванадия. Парогазовая смесь из ДК-3 поступает в ОК-3 и там конденсируется. Дистиллят из ОК-3 поступает через перелив в баки-сборники №№1, 2, откуда его откачивают в ОПОТТ. Продукт, собирающийся в баках №№1, 2, является тетрахлоридом титана техническим возвратным. Пульпу из ДК-3 периодически откачивают в бак-дозатор и перерабатывают в хлораторе. После обогащения расплава ванадием прекращают процесс переработки пульпы кубовых остатков, увеличивают расход хлора для хлорирования низших хлоридов титана, находящихся в обогащенном хлоридном расплаве. Затем, глубоким хлорированием, из обогащенного расплава отгоняют парогазовую смесь, состоящую большей частью из окситрихлорида ванадия технического, которую конденсируют в оросительном конденсаторе №2. Некондиционный VOCI₃ подвергают очистке от твердых взвесей перегонкой в ДК-2. Дистиллят из холодильника ДК-2 (ванадия оксотрихлорид технический) поступает в бак-сборник №4, оттуда, по мере накопления, откачивают на участок получения пентаоксида ванадия или в танки склада VOCI₃. Ванадия окситрихлорид технический должен соответствовать ФС РК 00202028 АО-134.

Упаренную пульпу из ДК-2 периодически откачивают в тигельную печь на выпарку. ПГС из тигельной печи поступает в холодильник и конденсируется, а остаток твердых примесей направляют на размывку в «мокрую комнату» цеха №9.

ПГС после оросительного конденсатора поступает в трехсекционную пылевую камеру, где за счет изменения направления и падения скорости движения потока твердые частицы оседают.

Пылевую камеру периодически размывают промводой, образовавшиеся отходы откачивают в коллектор кислой канализации.

Отходящие газы по подземным каналам №№2, 3 поступают на газоочистку №5 цеха №9.

После завершения цикла отработанный расплав из хлоратора сливают в два короба, установленные в приямке.

Для проведения следующего цикла в хлоратор заливают свежий отработанный электролит из цеха №1.

.2.1.1 Прием пульпы кубовых остатков из отделения по производству очищенного тетрахлорида титана

Пульпу кубовых остатков (ПКО) ректификационных колонн принимают по одному из двух трубопроводов (один резервный) в приемный бак. Прием ПКО производит каждая смена в количестве 10,0¸20,0 т.

Из приемного бака ПКО перекачивают в баки-сборники №№1, 2 для дозировки в ДК-1, ДК-3.

.2.1.2 Упаривание пульпы кубовых остатков

Упаривание ПКО производят с целью сокращения объема перерабатываемой в хлораторе пульпы, при этом отделяют 30¸45 % тетрахлорида титана. Из баков-сборников №1, 2 ПКО периодически упаривают в дистилляционном кубе (ДК-1). Продолжительность упарки в ДК-1 до 2 часов. Пары тетрахлорида титана технического возвратного конденсируются в кожухотрубном теплообменнике и поступают в бак-сборник №3. По химическому составу тетрахлорид титана технический возвратный должен соответствовать нормам, приведенным в ФС РК 00202028 АО-112. По мере накопления тетрахлорид титана технический возвратный откачивают в отделение по производству очищенного тетрахлорида титана.

Упаренную пульпу с содержанием твердых 300¸400 г/дм³ из ДК-1 перекачивают в бак-дозатор с мешалкой.

.2.1.3 Переработка упаренной пульпы кубовых остатков с отгонкой тетрахлорида титана в хлораторе

Длительность операции до 14 часов.

Упаренную пульпу из бак-дозатора шестеренчатым насосом непрерывно подают на зеркало расплава хлоратора в количестве не более 2,5 т/ч, в зависимости от температуры расплава хлоратора. Расход пульпы регулируется изменением производительности шестеренчатого насоса. Для барботажа под расплав хлоратора подается хлоргаз по графитовому хлороподводу. Допускается временно на период ввода в работу графитового хлороподвода барботаж расплава на стадии переработки пульпы кубовых остатков вести осушенным сжатым воздухом через барботажную трубу диаметром 38 мм, изготовленную из ст. 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632.

В хлораторе протекают следующие основные реакции:

2TiCl₃ + Cl₂ = 2TiCl₄ (3.1)₂ + K(Na)Cl = K(Na)VOCl₃ (3.2)₃ + K(Na)Cl = K(Na)AlCl₄ (3.3)₃ + K(Na)Cl = K(Na)FeCl₄ (3.4)

Твердые примеси пульпы (хлориды железа, алюминия, и др.), вступая во взаимодействие с хлоридами щелочных металлов, образуют малолетучие, легкоплавкие соединения и остаются в расплаве. При этом происходит насыщение расплава соединениями ванадия.

.2.1.4 Хлорирование низших хлоридов титана

С целью максимального извлечения титана из расплава и повышения концентрации VOCI₃ в окситрихлориде ванадия технического проводят операцию хлорирования НХТ, при этом увеличивая расход хлоргаза до 60¸100 нм³/ч.

Продолжительность операции при работе на хлоре до 1,5 часов.

Операцию ведут до окрашивания парогазовой смеси, выходящей из хлоратора, в оранжево-красный цвет. ПГС конденсируется в титановой системе конденсации.

.2.1.5 Хлорирование обогащенного расплава с отгонкой окситрихлорида ванадия

Продолжительность операции до 8,0 часов.

При окрашивании парогазовой смеси в оранжево-красный цвет, газы переводят на ОК-2 (ванадиевую систему) и производят глубокое хлорирование обогащенного соединениями ванадия расплава.

При этом протекает следующая основная реакция:

l₂ + ½CI₂=VOCl₃ (3.5)

Окончание процесса хлорирования ванадия определяют по снижению температуры ПГС на выходе из хлоратора и изменению цвета парогазовой смеси (из оранжево-красного в белый).

После окончания процесса отгонки VOCI₃ прекращают подачу хлоргаза в хлоратор. Расплав из хлоратора сливают в два короба, установленные в приямке.

.2.1.6 Дистилляция тетрахлорида титана₄ из ОК-1, подвергают очистке в дистилляционном кубе (ДК-3) с предварительной закачкой в ДК-3 из баков-сборников №№1, 2 исходной ПКО в количестве до 3 тонн через каждые 3¸4 часа работы ДК-3. Упаренную пульпу откачивают в бак-дозатор и перерабатывают в хлораторе вместе с упаренной в ДК-1 ПКО.

ПГС из ДК-3 поступает и конденсируется в оросительном конденсаторе ОК-3. Сконденсировавшийся TiCI₄ из ОК-3 поступает в баки-сборники №№1, 2. Из баков-сборников №№1, 2 по мере накопления TiCI₄ откачивают в отделение по производству ОТТ.

.2.1.7 Дистилляция окситрихлорида ванадия₃, содержащий твердые взвеси, очищают путем дистилляции в дистилляционном кубе (ДК-2). Пары технического VOCI₃ конденсируют в кожухотрубном теплообменнике. Сконденсированный дистиллят самотеком поступает в бак-сборник №4. Ванадия окситрихлорид технический, соответствующий ФС РК 00202028 АО-134, по мере накопления откачивается на участок производства пентаоксида ванадия или в танки склада VOCI₃.

Накопившуюся в ДК-2 упаренную ванадийсодержащую пульпу с содержанием твердых более 400 г/дм3 откачивают в тигельную печь на выпарку и сушку. ПГС из тигельной печи поступает в холодильник, конденсируется и сливается в бак-сборник №4. Тигель с сухим остатком после охлаждения отвозят в «мокрую комнату» цеха №9 на размывку.

3.2.2 Получение пентаоксида ванадия

Пентаоксид ванадия получают из технического оксотрихлорида ванадия по экстракционной технологии, в которую входят следующие переделы:

растворение оксотрихлорида ванадия в солянокислом растворе или рафинате с получением исходного ванадийсодержащего раствора;

экстракция ванадия Эксолом-А;

промывка экстракта от титана;

реэкстракция ванадия;

осаждение метаванадата аммония (МВА) из реэкстракта с последующей фильтрацией;

термическое разложение МВА до порошкового пентаоксида ванадия;

расшихтовка и упаковка пентаоксида ванадия в партии готовой продукции;

регенерация органической фазы.

.2.2.1 Передел растворения оксотрихлорида ванадия в солянокислом растворе с получением исходного ванадийсодержащего раствора

Исходный ванадийсодержащий раствор получают растворением технического оксотрихлорида в солянокислом растворе (120¸130) г/дм3 или растворе, приготовленном с использованием рафинатов экстракционного передела. Процесс растворения протекает со значительным выделением тепла по следующим реакциям:

VOCl₃+ H₂O = VO₂Cl+2HCl+Q(3.6);₄+ 2H₂O = Ti(OH)₂Cl₂+ 2HCl + Q(3.7);₃+ 2H₂O = Fe(OH)₂Cl + 2HCl + Q(3.8);

Увеличение температуры процесса более 40°С приводит к восстановлению ванадия (V) до ванадия (IV) по реакции:

2VO₂Cl + 4HCl = 2VOCl₂ + 2H₂O + Q(3.9);

Поэтому реакционная смесь охлаждается до (20¸40)°С посредством теплосъёма через водяную рубашку реакторов гидролиза оксотрихлорида ванадия. С повышением концентрации соляной кислоты до 160 г/дм³ образуется оксохлорванадиевая кислота:

₂Cl + 2HCl = H₂VO₂Cl₃+ Q(3.10);

Наличие в исходном растворе ванадия (IV) приводит к снижению извлечения на стадии экстракции, так как ванадий (IV) не экстрагируется Эксолом-А.

Узел растворения технического оксотрихлорида ванадия состоит из двух приемных баков с весоизмерительными устройствами и двух реакторов, снабженных водяными рубашками и барботерами для подачи воздуха, насосов КНЗ 6/30. Технический оксотрихлорид ванадия на растворение подается со скоростью (150¸460) кг/ч под слой солянокислого раствора. Готовый исходный ванадийсодержащий раствор закачивается в напорный бак, из которого поступает на экстракцию.

Отходящие газы от узла растворения улавливаются местным отсосом и направляются на нейтрализацию в цех №9.

.2.2.2 Передел экстракции ванадия эксолом-А

Процесс экстракции ванадия (V) Эксолом-А из солянокислого раствора протекает по гидратно-сольватному механизму.

Полнота извлечения ванадия из исходного раствора в органическую фазу достигается за шесть противоточных ступеней экстракции. Процесс экстракции можно представить следующим уравнением:

H₂VO₂Cl₃ + S + H₂O + HCl ¾® H₂VO₂Cl₃SH₂OHCl, (3.11)

где S - экстрагент (Эксол-А).

Процесс экстракции происходит следующим образом. Исходный ванадийсодержащий раствор из напорного бака через расходомер поступает на I-ю ступень экстракции, в противотоке к нему движется органическая фаза, которая поступает из своего напорного бака через соответствующий расходомер на VI-ю ступень экстракции. Пройдя шесть ступеней экстракции, насыщенная органическая фаза поступает на промывку от титана на VI-ю ступень промывки, а рафинат с VI-ой ступени экстракции поступает в бак-сборник рафината.

.2.2.3 Передел промывки экстракта от титана

В процессе экстракции, помимо ванадия, в органическую фазу переходит титан. Промывка от титана осуществляется раствором соляной кислоты до содержания титана в нем до (0,01¸0,02) г/дм³.

Передел промывки состоит из напорного бака одного четырехъячеечного и одного двухъячеечного экстракторов. Процесс промывки происходит следующим образом. Промывной раствор из напорного бака через расходомер поступает на 1-ю ступень промывки и движется в противотоке к насыщенной органической фазе. Пройдя шесть ступеней промывки, отмытая от титана органическая фаза, поступает на VI-ю ступень реэкстракции, а промывной раствор с VI-ой ступени промывки, объединяясь с исходным раствором, поступает на экстракцию.

.2.2.4 Передел реэкстракции ванадия

В качестве реэкстрагента используется раствор соляной кислоты. Полная реэкстракция ванадия из органической фазы происходит при плотности раствора реэкстрагента 1,02÷1,03 г/см3 в шесть ступеней в противотоке. При этом оксохлорванадиевая кислота разрушается и экстрагируемый комплекс распадается по реакции:

H₂VO₂Cl₃SH₂OHCl = VO₂Cl + S + H₂O + 3HCl (3.12)

Передел реэкстракции состоит из напорного бака одного четырехъячеечного и одного двухъячеечного экстракторов, баков органической фазы и реэкстракта.

Процесс реэкстракции происходит следующим образом. Реэкстрагент из напорного бака через расходомер подается на 1-ю ступень реэкстракции, двигаясь в противотоке к отмытой от титана органической фазе. Пройдя шесть ступеней реэкстракции, органическая фаза, отмытая от ванадия, с 1-ой ступени реэкстракции самотеком сливается в бак экстрагента и оттуда возвращается на экстракцию, а реэкстракт собирается в баке реэкстрагента и оттуда поступает на осаждение.

.2.2.5 Осаждение метаванадата аммония (МВА) из реэкстракта с последующей фильтрацией

Осаждение МВА из реэкстракта достигается обработкой водным раствором аммиака. При этом протекают следующие реакции:

HCl + NH₄OH ® NH₄Cl + H₂O (3.13)

VO₂Cl + NH₄OH ® VO₂(OH) + NH₄Cl (3.14)

VO₂(OH) + NH₄OH ® VO₂(NH₃)OH + H₂O(3.15)

VO₂(NH₃)OH ® NH₄VO₃ (3.16)

Хлористый водород взаимодействует с аммиачной водой с образованием хлорида аммония, а ванадий образует гидраты, которые растворяются в избытке аммиака. Из перенасыщенных растворов при температуре (50¸80)°С и pН=7¸8 выпадает МВА.

Узел осаждения МВА состоит из реакторов, снабженных водяной рубашкой, и барботеров для подачи воздуха и пара, приемных танков аммиачной воды, промежуточного бака, нутч-фильтров, вакуум-насосов типа РМК-3, ловушек вакуумных, бака для переработки некондиционных продуктов, фильтр-пресса и баков аммиачных стоков.

Процесс осаждения МВА проводят следующим образом. В реактор осаждения заливают, аммиачную воду, туда же подают реэкстракт до достижения pН=7¸8. Открывают пар и нагревают реакционную смесь до (50¸80)°С. Процесс осаждения контролируют по переходу окраски раствора из желтой в бесцветную. После этого пар закрывают и подают воздух. Пульпу, охлажденную до (25¸50)°С, передают на нутч-фильтр, работающий в замкнутом цикле с вакуум-ловушкой. В качестве фильтрующего материала используется ткань типа «Бельтинг». МВА направляют на термическое разложение, сточные воды собирают в баке аммонийных стоков и вывозят в отстойник отвального хозяйства комбината.

Отходящие газы улавливаются местным отсосом и направляются на газоочистку цеха №9.

.2.2.6 Передел термического разложения МВА до порошкового пентаоксида ванадия

Полученный метаванадат аммония, направляется на термическое разложение.

Процесс разложения МВА протекает по реакции:

NH₄VO₃ ® V₂O₅ + 2NH₃ + H₂O (3.17)

Протекание процесса зависит от концентрации газообразных продуктов реакции в зоне разложения, скорости нагрева. При превышении температуры в печи выше заданной, происходит разогрев внутренней части гранул МВА и их оплавление, что приводит к загрязнению пентаоксида ванадия оксидом ванадия (IV), ионами хлора и аммония.

Для получения качественного пентаоксида ванадия необходимо соблюдать температурный режим.

Узел термического разложения МВА включает в себя вращающуюся электропечь, скруббер с баком для улавливания пыли.

МВА периодически загружают в печь. Проходя внутреннюю полость печи, МВА разлагается по реакции (18). На выходе из печи в реторте установлен классификатор, через который пентаоксид ванадия попадает в барабан, а надситовый продукт (окатыши, оплавыши) выгружаются в промежуточную емкость. Полученный пентаоксид ванадия анализируется на содержание примесей и направляется на участок расшихтовки. Окатыши доизмельчаются и подшихтовываются в готовую продукцию. Оплавыши направляются на повторную переработку. При получении пентаоксида ванадия с завышенным содержанием тетраоксида ванадия его подшихтовывают в МВА и загружают в печь повторно.

Газы, пыль из печей направляются в двухходовой скруббер, орошаемый водой или щелочным раствором. При накоплении твердых в баке скруббера,

(20¸30) см осадка, пульпа откачивается в бак переработки некондиционных продуктов.

Окончательное улавливание ванадийсодержащей пыли производится в 7-ом скруббере 4-ой газоочистки цеха №9. Скрубберные воды из 7-го скруббера, по мере накопления, передаются в бак переработки некондиционных продуктов.

Извлечение ванадия из некондиционных продуктов осуществляется по существующей технологии с применением хлористого аммония и маточника после фильтрации МВА.

.2.2.7 Передел расшихтовки и упаковки пентаоксида ванадия в партии готовой продукции

Расшихтовка - процесс усреднения по химическому, гранулометрическому составу путем механического перемешивания партий пентаоксида ванадия. Пентаоксид ванадия после термического разложения собирается в барабаны и комплектуется в среднесменные партии весом 50¸200 кг. Каждую партию анализируют на содержание примесей. При получении удовлетворительных результатов анализов, партии пентаоксида ванадия транспортируются на участок расшихтовки, где их комплектуют в укрупненные партии весом до 300¸400 кг и усредняют в перемешивающем устройстве смесителя. После усреднения укрупненная партия пентаоксида ванадия расшихтовывается в 50-литровые стальные барабаны весом до 40 кг каждый. Взвешивание барабанов производится на рычажных передвижных циферблатных весах марки РП-150 Ц-13. Параллельно с разгрузкой смесителя происходит отбор объединенной пробы, которая направляется на анализ содержания примесей согласно СТ АО 00202028-004. После получения анализов отдел технического контроля присваивает товарной партии соответствующую марку.

Для улавливания пыли смеситель оборудован циклоном. Улавливаемая пыль пентаоксида ванадия подшихтовывается к партиям готовой продукции, а отходящий воздух сбрасывается в боров производственного отсоса.

Для затаривания пентаоксида ванадия в бочки типа «Van Leer» или 250 л стальные бочки среднесменные партии комплектуются в укрупненные партии весом 170¸200 кг, которые усредняются и расшихтовываются аналогично вышеописанному способу. Взвешивание бочек производится на электронных весах типа ВТС-600А.

Перед расшихтовкой в тару вкладывается полиэтиленовый мешок - вкладыш. После затаривания мешок - вкладыш перевязывается нитью из полимерного материала в двух местах.

Тара перед расшихтовкой подвергается проверке правильности нанесения всех видов трафаретов, которые должны содержать следующую информацию:

наименование предприятия-изготовителя и/или его товарный знак;

наименование продукции и ее марка;

масса (нетто) партии, кг;

номер партии;

количество мест в партии;

дата изготовления;

обозначение технических условий.

Трафареты должны отвечать транспортной маркировке согласно ГОСТ 14192.

Качество упаковки и маркировки проверяет контролер ОТК.

Поставка потребителю пентаоксида ванадия выполняется согласно требованиям, установленным в условиях поставки (контракте). Основанием для поставки продукции является приказ на отгрузку, выпускаемый отделом сбыта.

Поставляемая продукция транспортируется железнодорожным или автомобильным транспортом в соответствии с техническими условиями на продукцию, правилами перевозки грузов. Схемы погрузки в железнодорожные вагоны и контейнера согласовываются с местным отделением железной дороги. После погрузки вагон должен быть принят старшим мастером службы грузоперевозок и принят приемо-сдатчиком груза станции «Коршуново».

Для хранения товарной партии пентаоксида ванадия используются закрытые помещения, обеспечивающие защиту от механических повреждений, загрязнения, от действия активных химических реагентов и атмосферных осадков. Ответственность за соблюдением условий хранения продукции на складе возлагается на кладовщика цеха.

В случае выявления факта порчи продукции, упаковки в результате хранения ее с нарушением установленных требований складирования и условий хранения партии такой продукции идентифицируются, изолируются и после устранения выявленных несоответствий предъявляются персоналу ОТК для повторной приемки в соответствии СТ АО 00202028 -343.

.2.2.8 Регенерация органической фазы

В процессе экстракции из-за насыщения органической фазы железом снижается ее активность. По этой причине органическая фаза подвергается регенерации. В реактор закачивается Эксол-А и вода, через барботер подается пар. Смесь нагревается до 60¸70°С. После этого пар закрывается и реактор находится на отстое не менее 1 суток. После этого водная фаза через бак-уловитель органической фазы сливается в кислую канализацию, а регенерированная органическая фаза направляется на экстракцию.

.3 Металлургические расчеты

.3.1 Расчет рационального состава ПКО

По данным аналитических исследований пульпа кубовых остатков (ПКО) состоит из, %: TiCl₄ 89,7 и 10,3 твердых, в том числе, %: V 0,57; Ti 1,6; Al 0,82; Fe 0,1; O 1,44; Cl 5,77. Титан находится в TiCl₄ и TiCl₃, ванадий в VOCl₂, алюминий в AlCl₃, железо в FeCl₃. Расчет рационального состава ведем на 100 кг исходной пульпы.

Определим количество VOCl₂:

Отсюда: a = 0,18 кг О; b = 0,79 кг Cl₂, с = 1,54 кг VOCl₂, т. е. в 100 кг ПКО содержится 1,54 кг VOCl₂ (V 0,57 кг; O 0,18 кг; Cl 0,79 кг.) Аналогично находим, что количество TiCl₄ равно 88,97 кг (Ti 22,46 кг; Cl 66,51 кг); TiCl₃ 5,15 кг (Ti 1,6 кг; Cl 3,55 кг); AlCl₃ 4,05 кг (Al 0,82 кг; Cl 3,23 кг); FeCl₃ 0,29 кг (Fe 0,1 кг; Cl 0,19 кг). Результаты расчета представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Рациональный состав ПКО

Вещ-ва/эл-ты	Ti	V	Al	Fe	Cl	O	Итого
TiCl4	22,46	-	-	-	66,51	-	88,97
TiCl3	1,6	-	-	-	3,55	-	5,15
VOCl2	-	0,57	-	-	0,79	0,18	1,54
AlCl3	-	-	0,82	-	3,23	-	4,05
FeCl3	-	-	-	0,1	0,19	-	0,29
Итого	24,06	0,57	0,82	0,1	74,27	0,18	100

.3.2 Расчет материального баланса

.3.2.1 Расчет материального баланса переработки ПКО

Расчет ведем на 1000 кг ПКО. На переработку поступает: TiCl₄ 889,7 кг; VOCl₂ 15,4 кг; TiCl₃ 51,5 кг; AlCl₃ 40,5 кг; FeCl₃ 2,9 кг.

ПКО из расходных баков подается на упаривание в дистилляционном кубе №1 (ДК-1). Упаривание ПКО производят с целью сокращения объема перерабатываемой в хлораторе пульпы, при этом отделяют 30-45 % тетрахлорида титана. Принимаем, что упарка TiCl₄ из исходной ПКО составляет 40 %. Тогда после упаривания TiCl₄ в ПКО останется: 889,7 - 889,7*0,4 = 533,82 кг.

Упаренная пульпа поступает на переработку в хлоратор, где на первой стадии производится хлорирование низших хлоридов титана (НХТ) по реакций:

2TiCl₃ + Cl₂ = 2TiCl₄ (3.18)

Из этого уравнения определим количество образующегося TiCl₄ и количество необходимого для этого хлора:

a = 11,84 кг; b = 63,34 кг, т. е. TiCl₄ образуется 63,34 кг, для этого требуется 11,84 кг хлора.

Твердые примеси пульпы (VOCl₂, AlCl₃, FeCl₃), вступая во взаимодействие с хлоридами щелочных металлов расплава (отработанный электролит магниевых ванн), образуют малолетучие, легкоплавкие соединения и остаются в расплаве. При этом происходит насыщение расплава соединениями ванадия по реакциям:

VOCl₂ + K(Na)Cl = K(Na)VOCl₃ (3.19)

AlCl₃ + K(Na)Cl = K(Na)AlCl₄(3.20)

FeCl₃ + K(Na)Cl = K(Na)FeCl₄(3.20)

Из этих реакции определим количество отработанного электролита, необходимое для связывания твердых частиц в расплаве:

а = 8,33 кг. Так как, калия в отработанном электролите содержится 76 % [10], общее количество электролита найдем из пропорции:

,33 кг - 76 %

х кг - 100 %

х = 10,96 кг, т. е. для связывания 15,4 кг VOCl₂требуется 10,96 кг электролита. Аналогично определяем количество электролита, необходимое для связывания AlCl₃ и FeCl₃. Получается 29,79 кг и 1,75 кг соответственно. Тогда расход отработанного электролита на 1000 кг ПКО составит 42,5 кг, что согласуется с данными приведенными в [1].

На второй стадии переработки ПКО производят глубокое хлорирование обогащенного соединениями ванадия расплава. При этом протекает следующая основная реакция:

2VOCl₂ + Cl₂ = 2VOCl₃ (3.21)

По этой реакции определим расход хлора и количество образующегося VOCl₃:

= 3,96 кг; b = 19,36 кг. Результаты расчетов материального баланса приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 Материальный баланс переработки на 1000 кг ПКО

Загружено	Получено
Упаривание исходной ПКО в ДК-1
Исходная ПКО 1000 кг, в том числе: TiCl4 889,7 кг VOCl2 15,4 кг TiCl3 51,5 кг AlCl3 40,5 кг FeCl3 2,9 кг	TiCl4 возвратный 355,88 кг Упаренная пульпа 644,12 кг, в том числе: TiCl4 533,82 кг VOCl2 15,4 кг TiCl3 51,5 кг AlCl3 40,5 кг FeCl3 2,9 кг Итого: 1000 кг.
Хлорирование НХТ
Упаренная пульпа 644,12 кг, в том числе: TiCl4 533,82 кг VOCl2 15,4 кг TiCl3 51,5 кг AlCl3 40,5 кг FeCl3 2,9 кг Хлор 11,84 кг ОЭМЭ 42,5 кг Итого: 698,46 кг	TiCl4 возвратный 597,16 кг, в том числе: TiCl4 упаренный 533,82 кг TiCl4 от хлорирования НХТ 63,34 кг Обогащенный расплав 101,3 кг, в том числе: VOCl2 15,4 кг AlCl3 40,5 кг FeCl3 2,9 кг ОЭМЭ 42,5 кг Итого: 698,46 кг
Отгонка VOCl3
Обогащенный расплав 101,3 кг, в том числе: VOCl2 15,4 кг AlCl3 40,5 кг FeCl3 2,9 кг ОЭМЭ 42,5 кг Хлор 3,96 кг Итого: 105,26 кг	VOCl3 19,36 кг ОРВХ 85,9 кг Итого: 105,26 кг

.3.2.2 Расчет материального баланса получения пентаоксида ванадия

Расчет ведем на 1000 кг VOCl₃.

Исходный ванадийсодержащий раствор получают растворением технического оксотрихлорида в солянокислом растворе (120¸130) г/дм³ или растворе, приготовленном с использованием рафинатов экстракционного передела. Процесс растворения протекает со значительным выделением тепла по реакции:

VOCl₃+ H₂O = VO₂Cl + 2HCl (3.22)

Определим количество воды, необходимое для растворения 1000 кг VOCl₃:

Отсюда: a = 103,87 кг, b = 683,19 кг, с = 420,68 кг.

С повышением концентрации соляной кислоты до 160 г/дм³ образуется оксохлорванадиевая кислота:

Отсюда: а = 1103,87 кг.

Полученный ванадийсодержащий раствор направляется на экстракцию. В качестве экстрагента применяется эксол-А.

Полнота извлечения ванадия из исходного раствора в органическую фазу достигается за шесть противоточных ступеней экстракции.

Процесс экстракции можно представить следующим уравнением:

H₂VO₂Cl₃+ S + H₂O + HCl ¾® H₂VO₂Cl₃SH₂OHCl (3.23)

где S - экстрагент (Эксол-А).

Определим необходимое количество реагентов и продуктов реакций:

Отсюда: a = 1584,05 кг; b = 103,87 кг; с = 210,34 кг; d = 3002,13 кг.

Затем экстракт направляется на передел реэкстракций. В качестве реэкстрагента используется раствор соляной кислоты.

Полная реэкстракция ванадия из органической фазы происходит при плотности раствора реэкстрагента 1,02÷1,03 г/см³ в шесть ступеней в противотоке.

При этом оксохлорванадиевая кислота разрушается и экстрагируемый комплекс распадается по реакции:

Произведем расчеты:

Отсюда: a = 683,19 кг; b = 1584,05 кг; с = 103,87 кг; d = 631,02 кг.

Осаждение метаванадата аммония (МВА) из реэкстракта достигается обработкой водным раствором аммиака. При этом протекают следующие реакции:

+ NH4OH = NH4Cl + H2O (3.25)Cl + NH4OH = VO2(OH) + NH4Cl (3.26)(OH) + NH4OH = VO2(NH3)OH + H2O (3.27)(NH3)OH = NH4VO3 (3.28)

Отсюда: a = 589,3 кг; b = 899,94 кг; c = 303,07 кг.

Отсюда: а = 201,97 кг; b = 576,72 кг; с = 308,44 кг.

Отсюда: а = 201,97 кг; b = 674,82 кг; с = 103,87 кг. Необходимое количество аммиачной воды для проведения осаждения МВА: 589,3 + 201,97 + 201,97 = 993,24 кг.

Полученный метаванадат аммония направляется на термическое разложение.

Процесс разложения МВА протекает по реакции:

2NH₄VO₃ ¾® V₂O₅ + 2NH₃ + H₂O (3.29)

Для получения качественного пентаоксида ванадия необходимо соблюдать температурный режим.

Отсюда: а = 524,78 кг; b = 98,1 кг; с = 51,94 кг. Результаты расчетов материального баланса приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 Материальный баланс производства V₂O₅ на 1000 кг VOCl₃

Загружено	Получено
Получение исходного ванадийсодержащего раствора
VOCl3 1000 кг H2O 103,87 кг Итого: 1103,87 кг	H2VO2Cl3 1103,87 кг
Экстракция
H2VO2Cl3 1103,87 кг Экстрагент 1584,05 кг H2O 103,87 кг HCl 210,34 кг Итого: 3002,34 кг	H2VO2Cl3´S´H2O´HCl 3002,13 кг
Реэкстракция
H2VO2Cl3´S´H2O´HCl 3002,13 кг	VO2Cl 683,19 кг S 1584,05 кг H2O 103,87 кг HCl 631,02 кг Итого: 3002,13 кг
Осаждение МВА
HCl 613,71кг NH4OH 993,24 кг VO2Cl 683,19 кг Итого: 2290,14 кг	NH4Cl 1208,38 кг H2O 406,94 кг NH4VO3 674,82 кг Итого: 2290,14 кг
Термическое разложение МВА
NH4VO3 674,82 кг	V2O5 524,78 кг NH3 98,1 кг H2O 51,94 кг Итого: 674,82 кг

.4 Выбор и расчет основного и вспомогательного оборудования

.4.1 Бак -сборник

Бак предназначается для приема и хранения кубовых остатков. Количество пульпы - 45,0 т/сутки или 26,4 м³/сутки. Принимается запас хранения пульпы 24 часа. Необходимая емкость при этом составит:

где: 0,9- коэффициент заполнения.

Устанавливаются три бака емкостью 10 м³ каждый.

.4.2 Дистилляционный куб

На упарку поступает - 45,0 т/сутки пульпы кубовых остатков. Для расчета принимаем:

температуру испарения TiCl₄= 140⁰С

время испарения - 19 часов.

Для расчета необходимой мощности дистилляционного куба производим расчет теплового баланса.

. Тепло, необходимое на нагрев пульпы до t =140⁰С

где: 0,19 ккал/кг⁰С - теплоемкость пульпы.

. Тепло, необходимое на испарение

где: 23680 кг- количество испаренного 47 ккал/кг - теплота испарения

Общее количество необходимого тепла составит:

+58600=112600 ккал/час.

Количество теплопотерь в окружающую среду принимаем равным 20%. Итого: 135120 ккал/час.

Мощность, необходимая составит:

К установке принимаются 2 дистилляционных куба мощностью 400 квт (в том числе один резервный).

.4.3 Теплообменник

Для конденсаци испаренного TiCl₄необходимо отобрать:

Тепло конденсации TiCl₄

Тепло охлаждения сконденсированного TiCl₄от t =140⁰С до t =30⁰С

Общее количество тепла составит: 84600 ккал/час. Поверхность теплообмена:

(3.30)

где: - коэффициент теплопередачи =

- средняя логарифмическая разность температур

(3.31)

-30 - температуры сконденсированного TiCl₄

- температуры воды

К установке принимается теплообменник поверхностью 31 м².

Расход воды на охлаждение

3.4.4 Хлоратор

На хлорирование поступает - 21,25 т/сутки пульпы. Применяем хлоратор производительностью 20 т/сутки по исходной пульпе. Годовой фонд рабочего времени хлоратора - 300 дней.

Требуется хлораторов:

Принимаем к установке 2 хлоратора.

При работе на полный объем переработки ванадийсодержащих отходов, загрузка хлораторов составит ~85%.

3.4.5 Конденсация четыреххлористого титана

На конденсацию поступает парогазовая смесь в количестве 23865,061 кг/сутки в течение 19 часов при t = 220⁰C. Согласно технологической схеме парогазовая смесь проходит последовательно два оросительных конденсатора; в первом парогазовая смесь охлаждается до t = 50⁰C, во втором до t = -5⁰C.

Расчет 1-й ступени конденсации

Количество парогазовой смеси

Теплоемкость парогазовой смеси 0,208 ккал/кг⁰С

Теплота конденсации TiCl₄-45,286 ккал/кг.

Скрытая теплота испарения твердых - 70 ккал/кг.

Теплота конденсации VOCl₃ - 46,16 ккал/кг.

Таблица 3.4 Состав парогазовой смеси

TiCl4	17971,794	945,88	111,6 нм3/час
VOCl3	36,279	1,91	0,25 -"-
Твердые	46,11	2,43	0,408 -"-
СО	5,99	0,315	0,252 -"-
СО2	29,953	1,576	0,802 -"-
N2	4714,6	248,136	198,51
Cl2	11,98	0,63	0,39
HCl	89,859	4,72	2,896
O2	958,496	50,44	35,308
Итого:	23865,061 кг/ час	1256,0 кг/час	350,416 нм3/час

При температуре отходящих газов 50⁰С упругость паров TiCl₄ составит - 43 мм.рт.ст., следовательно, на объем газов приходится давление:

-43=716 мм.рт.ст.

Количество тетрахлорида титана в отходящих газах после 1-го оросительного конденсатора

или по весу:

В первом оросительном конденсаторе сконденсируется четыреххлористого титана:

,88-178,498=767,382 кг/час.

Тепло, которое необходимо снять в конденсаторе:

тепло осаждения газов:

тепло конденсации тетрахлорида титана

тепло конденсации хлорикиси ванадия

тепло конденсации твердых

Итого: 79419,012 ккал/час.

На орошение подается тетрахлорид титана в количестве 90 м³/час (153,0 т/час) при t=40⁰C, а из конденсатора уходит с температурой:

Расчет 2-ой ступени конденсации.

Во 2-ом оросительном конденсаторе снимается следующее количество тепла:

тепло охлаждения газов

и тепло конденсации TiCl₄

При температуре отходящих газов - 5⁰С, упругость паров

TiCl₄- 2,1 мм.рт.ст. Количество TiCl₄ после конденсации в газе составит:

или по весу:

Во втором оросительном конденсаторе конденсируется четыреххлористого титана: 178,498-8,236=170,262 кг/час.

Тепло конденсации тетрахлорида титана

Всего: 22078,443 ккал/час.

На орошение подается тетрахлорид титана в количестве 90 м³/час (153,0 т/час) при t= -10⁰C, а из конденсатора уходит с температурой:

3.4.6 Расчет оросительного конденсатора

Из условия меньшего каплеуноса принимаем скорость газов внутри конденсатора 0,5 м/сек по последнему стояку конденсатора.

Таблица 3.5 Количество газов на выходе из конденсатора

TiCl4	178,498	21,044
СО	0,315	0,252
СО2	1,576	0,802
N2	248,136	198,51
Cl2	0,63	0,39
HCl	4,72	2,896
O2	50,44	35,308
Итого:	484,315 кг/час	259,202 нм3/час

Сечение конденсатора должно быть:

Диаметр стояка:

К установке принимаются оросительные конденсаторы с диаметром стояк 600 мм в количестве 4 штуки, в т.ч. два из них резервные.

Плотность орошения, ихсдоя из производительности установленных насосов 90 м³/час, получается равной:

где: 0,282 м²- сечение одного стояка оросительного конденсатора 2- количество стояков.

Охлаждение тетрахлорида титана, поступающего на орошение оросительных конденсаторов

Тетрахлорид титана, поступающий на орошение конденсатора первой ступени охлаждается водой с начальной температурой 25⁰С, тетрахлорид титана, поступающий на орошение конденсатора второй ступени, охлаждается рассолом с начальной температурой минус 17⁰С.

.4.7 Холодильник

Количество тепла, которое необходимо отнять у тетрахлорида титана:

Для расчета принимаем коэффициент теплопередачи равный 160 ккал/м² час⁰С.

Средняя разность температур:

TiCl₄ 42,51-40

-Вода

Поверхность теплопередачи:

К установке принимаются холодильники типа "Труба в трубе" поверхностью 35 м², охлаждаемые водой в количестве 2 штук, в т.ч. один из них резервный.

Расход воды:

б) Холодильник

Количество тепла, которое необходимо отнять у тетрахлорида титана:

Коэффициент теплопередачи - 160 ккал/м²час⁰С.

Средняя разность температур

TiCl₄- 10-9,23

Рассол - 17-16,0

+7⁰С16,77⁰С

Поверхность теплопередачи:

К установке принимаются холодильники типа "труба в трубе" поверхностью 35 м², охлаждаемые рассолом в количестве 2 штуки, в том числе один резервный.

Расход рассола:

Конденсация смеси TiCl₄- VOCl₃

На конденсацию поступает парогазовая смесь в количестве 3105,411 кг/сутки в течение 4-х часов при t=620⁰C.

Согласно технологической схеме парогазовая смесь проходит последовательно два конденсатора; в первом парогазовая смесь охлаждается до t=50⁰C, во втором до t=-5⁰C.

а) Расчет 1-й ступени конденсации

Количество парогазовой смеси:

Теплоемкость парогазовой смеси

Теплота конденсации TiCl₄- 45,286 ккал/кг

Скрытая теплота испарения твердых - 70 ккал/кг

Теплота конденсации VOCl₃- 46,16 ккал/кг.

Таблица 3.6 Состав парогазовой смеси

TiCl4	1622,691	405,673	47,85
VOCl3	814,086	203,521	26,276
Твердые	5,56	1,39	0,233
Cl2	14,62	3,65	1,15
HCl	21,93	5,48	3,36
СО2	29,24	7,31	3,72
N2	476,66	119,165	95,328
СО	3,65	0,912	0,729
O2	116,9736	29,243	20,47
Итого:	3105,411 кг/сутки	776,339 кг/час	199,116 нм3/час

При температуре отходящих газов 50⁰С упругость паров TiCl₄ составит - 43 мм.рт.ст., следовательно, на объем газов приходится давление 760-43=716 мм.рт.ст.

Количество тетрахлорида титана в отходящих газах после 1-го оросительного конденсатора:

или по весу:

В первом оросительном конденсаторе сконденсируется четыреххлористого титана:

Упругость паров VOCl₃при t= 50⁰C составит - 74,7 мм.рт.ст., следовательно, на объем газов приходится давление

Количество хлорокиси ванадия в отходящих газах после 1-го оросительного конденсатора:

или по весу:

В первом оросительном конденсаторе сконденсируется хлорокиси ванадия

Тепло, которое необходимо снять в конденсаторе:

тепло охлаждения газов:

Тепло конденсации тетрахлорида титана

Тепло конденсации хлорокиси ванадия

Итого: 107617,6856 ккал/час.

На орошение подается смесь тетрахлорида титана и хлорокиси ванадия в количестве 90 м³/час (153,0 т/час) при t=40⁰C, а из конденсатора уходит с температурой:

б) Расчет 2-й ступени конденсации

При температуре отходящих газов - 5⁰С, упругость TiCl₄составляет 2,1 мм.рт.ст.

Количество TiCl₄в газе после конденсации составит:

или по весу:

Во 2-ом оросительном конденсаторе конденсируется четыреххлористого титана:

Упругость паров VOCl₃при t= -5⁰C -20 мм.рт.ст., следовательно количество VOCl₃ в газе после конденсации составит:

или по весу:

Во 2-ом оросительном конденсаторе сконденсируется хлорокиси ванадия в количестве 168,11-41,682=126,428 кг/час.

Тепло, которое необходимо снять в конденсаторе:

Тепло охлаждения газов:

Тепло конденсации

Тепло конденсации хлорокиси ванадия

Итого: 15264,599 ккал/час.

На орошение подается бинарная смесь (TiCl₄- VOCl₃) в количестве 90 м³/час (153,0 т/час) при t= -10⁰C, а из конденсатора уходит с температурой:

3.4.8 Расчет оросительного конденсатора

Из условия меньшего каплеуноса принимается скорость газов внутри конденсатора - 0,5 м/сек по последнему стояку конденсатора.

Таблица 3.7 Количество газов на выходе из конденсатора

TiCl4	101,43	11,958
VOCl3	168,11	21,7
СО	0,912	0,729	3,65	1,15
СО2	7,31	3,72
N2	119,65	95,328
HCl	5,48	3,36
O2	29,243	20,47
Итого:	435,3 кг/час	158,415 нм3/час

Сечение конденсатора должно быть:

Диаметр стояка:

К установке принимаем оросительный конденсатор с диаметром стояка 600 мм. Плотность орошения - 160 м³/м²час, исходя из производительности установленных насосов.

Охлаждение бинарной смеси, поступающей на орошение оросительных конденсаторов

Бинарная смесь TiCl₄- VOCl₃поступающая на орошение конденсаторов первой ступени охлаждается водой с начальной температурой 25⁰С, поступающей на орошение конденсатора второй ступени охлаждается рассолом с начальной температурой минус 17⁰С.

3.4.9 Холодильник

Количество тепла, которое необходимо отнять у бинарной смеси - TiCl₄- VOCl₃ составляет:

Для расчета принимаем коэффициент теплопередачи = 200 ккал/м²час⁰С.

Средняя разность температур:

Смесь 43,640

Вода 30,0 25

,6⁰С15⁰С

Поверхность теплопередачи будет:

К установке принимаем холодильник типа "труба в трубе", поверхностью 35 м², охлаждаемый водой.

Расход воды:

б) Холодильник

Количество тепла, которое необходимо отнять у бинарной смеси.

Коэффициент теплопередачи принимается равным

Средняя разность температур:

Смесь -10-9,46

Рассол -17-16

+7⁰С+6,77⁰С

Поверхность теплопередачи:

К установке принимается холодильник типа "труба в трубе" поверхностью 35 м², охлаждаемый рассолом.

Расход рассола:

3.4.10 Бак-сборник

Баки предназначаются для хранения сконденсированного тетрахлорида титана.

Количество TiCl₄составляет:

или

Принимаем запас хранения - 12 часов.

Необходимая емкость при этом составит:

где: 0,9- коэффициент заполнения.

Принимается к установке два бака емкостью 8 м³ каждый.

3.4.11Бак-сборник

Бак предназначен для приема и хранения бинарной смеси (TiCl₄- VOCl₃) в количестве 2373,438 кг/сутки или 1,3643 м³/сутки.

Принимаем запас хранения - 24 часа.

Необходимая емкость при этом составит:

Устанавливается 1 бак емкостью 2 м³.

3.4.12 Испаритель

На испарение поступает смесь (TiCl₄- VOCl₃) в количестве 2,373 т/сутки - 1,364 м³/сутки.

Смесь необходимо нагреть до температуры кипения и испарить.

Тепло, которое необходимо для нагрева смеси и испарения, составляет:

Теплопотери в окружающую среду принимаем = 20%.

Отсюда количество тепла составит: - 47805,756 ккал/час.

Необходимая мощность:

К установке принимается испаритель с погружным насосом мощностью - 400 квт.

.4.13 Теплообменник

Количество тепла, которое необходимо, чтобы сконденсировать смесь - (TiCl₄- VOCl₃) составит 39838,156 ккал/час.

Поверхность теплообмена определяем по формуле (3.30).

Средняя разность температур:

Смесь 14030

Вода 3025

⁰С5⁰С

- коэффициент теплопередачи, равный 120 ккал/м²час⁰С.

Поверхность теплообменника:

К установке принимается теплообменник поверхностью 23 м².

Расход воды на охлаждение:

3.4.14 Бак -сборник

Бак предназначается для приема и хранения первичного ванадиевого продукта в количестве - 1,364 м³/сутки. Принимаем запас хранения - 48 часов. Необходимая емкость при этом составит:

К установке принимаются 2 бака, емкостью 2 м³ каждый.

3.4.15 Отделение гидрометаллургии. Резервуар для приема и хранения 25% аммиачной воды

Часовая потребность в 25% аммиаке составляет 0,056 м³/час. Принимается запас хранения 12 часов.

Необходимая емкость составит:

где: 0,8- коэффициент заполнения.

Устанавливается один реактор емкостью 1 м³.

ванадий хлорид аммиачный титан

3.4.16 Реактор

Ёмкость рассчитывается из следующего режима работы (Таблица):

Таблица 3.8 Режим работы

а) приготовление 10% аммиачной воды	30'
б) загрузка хлорокиси ванадия	30'
в) операция осаждения, перемешивания, охлаждения, отстоя, химанализа (проверка на полноту осаждения)	11 часов
г) фильтрация пульпы	4 часа
Итого:	16 часов

Необходимая емкость:

где: 0,134- количество пульпы, м³/час;

,8- коэффициент заполнения

Устанавливается два эмалированных реактора емкостью 1,6 м³ каждый.

3.4.17 Ленточный фильтр

На фильтрацию поступает:

а) пульпа ванадата аммония3,22 м³/сутки

б) промводы4,27''

Итого: 7,5 м³/сутки

Принимаем скорость фильтрации ванадата аммония равной 300 л/м²час. Устанавливаем ленточный фильтр поверхностью 1,6 м² типа ЛК 1,6-0,5-3,2-1 в количестве 1 шт. Продолжительность фильтрации составит при этом:

где: 1 - число операций за сутки.

3.4.18 Печь для прокалки метаванадата аммония

Для прокалки метаванадата аммония принимается барабанная электропечь сопротивления типа СБЗ-2,2-25/6С исп.МО2, максимальная температура 600⁰С.

Исходные данные для поверочного расчета печи.

. Угол наклона печи- 0-50.

. Скорость вращения барабана - 0,5-5 об/мин

. Размера рабочего пространства барабана

диаметр 195 мм

длина 2500 мм

. Насыпной вес метаванадата аммония ~1,0 т/м³

На прокалку поступает 22 кг/час метаванадата аммония.

Поверочный расчет печи:

. Определение коэффициента заполнения печи:

(3.32)

где - объем печи, м³;

- производительность печи, т/час;

- удельный вес материала, т/м³;

- коэффициент заполнения, в долях единицы;

- время пребывания материала в печи, час

. Определение скорости вращения барабана печи и угла наклона.

Скорость движения материала в печи должна обеспечивать время прокалки метаванадата аммония.

(3.33)

- скорость движения материала,/час;

- внутренний диаметр печи, м;

- длина зоны прокалки, м.

Скорость движения материала в печи может быть определена из условий движения по формуле:

(3.34)

где- угол наклона печи градуса

- число оборотов печи в минуту, об/мин.

Задаваясь числом оборотов печи 0,5 об/мин определяем угол наклона печи:

Задаваясь числом оборотов печи 5 об/мин, определяем угол наклона печи

Принимаем угол наклона печи 1⁰, тогда число оборотов будет:

3.4.19 Рукавный фильтр

От вращающейся печи на газоочистку поступает ПГС с температурой 500⁰С состава:

V₂O₅-0,66 кг/час или 0,084 нм³/час

NH₃-3,0 '''' 4,0 нм³/час

H₂O-1,0 ''20,0''

Итого: 24 нм³/час

Принимаем для улавливания V₂O₅ткань нитрон. Для такой ткани газ следует охладить до t=130⁰C.

При подсосе воздуха увеличение объема воздуха составит:

где: 30- температура подсасываемого воздуха (летнее время, наихудший случай).

Подсос воздуха охлаждения составит при н.у.

Общий объем газов на входе в рукавный фильтр при н.у. составит:

или при рабочих условиях (без учета разрежения перед фильтрами:

При скорости фильтрации равной 0,7 м/мин необходимая площадь фильтрации составит:

Принимаем рукавный фильтр поверхностью 8 м² за счет врезки в газоход перед рукавными фильтрами газохода от узла затаривания готовой продукции.

. Аналитический контроль производства

4.1 Контроль и испытания пульпы кубовых остатков

Пульпа кубовых остатков должна соответствовать требованиям ФС РК 00202028 АО-114.

Поставка пульпы кубовых остатков осуществляется партиями. Партией считается количество продукта одного и того же состава, передаваемого из отделения по производству очищенного тетрахлорида титана в отделение по производству соединений ванадия, массой до 20 т, сопровождаемая одним документом о качестве (накладной), в котором указывается:

· номер партии;

· номер пробы;

· наименование продукта и сорт;

· масса партии;

· результаты испытаний;

· дата передачи;

· номер смены;

· номер стандарта.

Документ подписывается контролером ОТК и мастерами смен цеха № 2.

Для проверки соответствия качества пульпы кубовых остатков требованиям стандарта пробу отбирают от каждой партии, из приемного бака ОПТТТ. Отбор проб пульпы кубовых остатков производит печевой ОПТТТ после завершения откачки партии при включенной мешалке.

Пробы отбираются в чистую, высушенную стеклянную посуду и закрывают резиновой пробкой, защищенной пленкой. Объем проб составляет 150¸200 мл.

На колбу с пробкой наклеивают этикетку с указанием:

· номера цеха;

· номера пробы;

· номера стандарта;

· наименования продукта, позиции схемы контроля;

· даты отбора пробы, подпись контролера.

Анализ производит аттестованный персонал цеха №10. Результаты записываются в протоколе испытаний продукции, который передается в ОТК.

4.2 Контроль и испытания тетрахлорида титана технического возвратного

Тетрахлорид титана технический возвратный должен соответствовать требованиям ФС РК 00202028 АО-112.

Для предварительной проверки соответствия качества тетрахлорида титана технического возвратного требованиям стандарта отбирают пробу из баков №№1, 2, 3 (отбор проб производит печевой ОПТТТ).

При соответствии стандарту формируется партия, которая откачивается в приемные баки отделения по производству очищенного тетрахлорида титана, в противном случае, данная партия по системе трубопроводов возвращается для доработки в ДК-3.

Отбор проб технического тетрахлорида титана возвратного производит аппаратчик отделения по производству очищенного тетрахлорида титана из приемных баков отделения по производству очищенного тетрахлорида титана (результаты анализов этого пробоотбора являются окончательными).

Пробы отбираются в чистую, высушенную стеклянную посуду и закрывают резиновой пробкой, защищенной пленкой. Объем проб составляет (250¸300) мл.

На колбу с пробкой наклеивают этикетку с указанием:

- номера партии, номера цеха;

- номера пробы;

- номера настоящего стандарта;

- наименования продукта, позиции схемы контроля;

- даты отбора пробы.

4.3 Контроль и испытания ванадия окситрихлорида технического

Ванадия окситрихлорид технический должен соответствовать требованиям ФС РК 00202028 АО-134.

Для предварительной проверки соответствия качества ванадия оксотрихлорида технического требованиям стандарта пробу отбирают из бака №; (отбор проб производит печевой ОПТТТ).

При соответствии стандарту, формируется партия, которая откачивается в приемные баки участка по производству пентаоксида ванадия или в танки склада ванадия окситрихлорида технического, в противном случае, данная партия по системе трубопроводов возвращается для доработки в ДК-2.

Отбор проб ванадия окситрихлорида технического из приемных баков №№19, 20 участка производства пентаоксида ванадия при включенной мешалке производит аппаратчик участка получения пентаоксида ванадия.

На колбу с пробкой наклеивают этикетку с указанием:

· номера цеха;

· номера пробы;

· номера стандарта;

· наименования продукта, позиции схемы контроля;

· анализируемых компонентов;

· даты отбора пробы;

· подписи контролера.

.4 Контроль и испытания хлоргаза анодного

Хлоргаз анодный должен соответствовать СТ АО 00202028-103.

Контроль соответствия хлоргаза анодного по количеству осуществляет печевой цеха №2 по показаниям расходомера с записью в суточном рапорте.

Контроль соответствия хлоргаза анодного по качеству производит мастер цеха №2 по результатам химического анализа на содержание хлора, выполняемо-го аттестованным лаборантом цеха №9, проба отбирается из напорного хлоропровода. Результаты анализов фиксируются мастером в суточном рапорте.

Дополнительная документация на приемку хлоргаза анодного не составля-ется.

.5 Контроль и испытания хлоркалиевого электролита отработанного

Хлоркалиевый электролит отработанный должен соответствовать ТУ 6310 РК 00202028 ОАО-091.

Контроль соответствия хлоркалиевый электролита отработанного техническим условиям производится мастером ОПУ цеха №2 на основании накладных, в которых указывается:

наименование продукта;

номер партии и пробы;

масса «нетто» партии;

номер технических условий;

дата передачи;

результаты анализов.

Продукция, несоответствующая требованиям ТУ 6310 РК 00202028-091, не должна приниматься для производства тетрахлорида титана технического, подлежит возврату в цех №1.

4.6 Контроль и испытания кислоты соляной технической

Кислота соляная техническая должна соответствовать ТУ 6310 РК 00202028 ОАО-094.

Процедура контроля и испытания кислоты соляной технической описана в ТИ 3826-23-42.

.7 Контроль и испытания аммиака водного технического

Аммиак водный технический должен соответствовать ГОСТ 9.

Процедура контроля и испытания аммиака водного технического описана в ТИ 3826-23-42.

.8 Контроль и испытания аммония хлористого технического

Аммоний хлористый технический должен соответствовать требованиям ГОСТ 45-18.

Аммоний хлористый технический, поступающий на комбинат от поставщиков, должен иметь сопроводительный документ (сертификат), удостоверяющий его качество и приемку ОТК на предприятии-изготовителе. При контроле сопроводительной документации проверяется:

правильность оформления документации, наличие необходимых подписей и печатей;

соответствие наименования продукции, номера цистерны, указанных в сопроводительных документах, фактическому;

соответствие показателей качества в сопроводительном документе требованиям НТД и условиям договора на поставку.

При соответствии качества аммония хлористого технического требованиям нормативной документации, старший мастер ОПУ отделения отделение по производству соединений ванадия, принимает решение об использовании аммония хлористого технического в производстве пентаоксида ванадия.

Аммоний хлористый технический, не соответствующий нормативно-технической документации, возвращается поставщику с оформлением акта.

.9 Контроль и испытания эксола-А

Эксол-А должен соответствовать требованиям ТУ 6-01-26-67.

Эксол-А, поступающий на комбинат от поставщиков, должен иметь сопроводительный документ (сертификат), удостоверяющий его качество и приемку ОТК на предприятии-изготовителе. При контроле сопроводительной документации проверяется:

правильность оформления документации, наличие необходимых подписей и печатей;

При соответствии качества эксола-А требованиям нормативной документации, старший мастер ОПУ отделения отделение по производству соединений ванадия, принимает решение об использовании эксол-А в производстве пентаоксида ванадия.

Эксол-А, не соответствующий нормативно-технической документации, возвращается поставщику с оформлением акта.

.10 Контроль и испытания пентаоксида ванадия

Полученный пентаоксид ванадия, скомплектованный в среднесменные партии, подвергается контролю качества. Аппаратчик участка получения пентаоксида ванадия отбирают пробу от каждого места партии и сдают усредненную пробу на анализ в цех №10. После получения анализов мастер проверяет их соответствие требованиям СТ АО 00202028-004 .

Анализ производит аттестованный лаборант цеха №10.

В случае обнаружения несоответствия вся среднесменная партия изолируется и подвергается повторной переработке по распоряжению старшего мастера ОПУ.

Расшихтовка усредненных среднесменных партий пентаоксида ванадия в товарные партии ведется аппаратчиками участка получения пентаоксида ванадия в присутствии контролера ОТК. Каждую товарную партию аппаратчик участка получения пентаоксида ванадия регистрирует в соответствующих журналах и заносит в спецификацию. При получении химического анализа, соответствующего СТ АО 00202028-004по содержанию примесей, аппаратчик участка получения пентаоксида ванадия предъявляет партию ОТК для принятия в товар и на нее оформляется сертификат установленной формы.

При получении химического анализа, не соответствующего СТ АО 00202028-004 по содержанию примесей, аппаратчик участка получения пентаоксида ванадия по указанию старшего мастера ОПУ направляет ее на перешихтовку или подвергается повторной переработке.

5. Технико-экономическое обоснование проекта

.1 Резюме

Суть проекта

Предлагается получение порошкового пентаоксида ванадия и тетрахлорида титана возвратного из пульпы кубовых остатков второй ректификации участка производства очищенного тетрахлорида титана цеха №2.

В проекте предусматривается установка хлорирующих установок для переработки пульпы кубовых остатков производительностью 35 т/сут. Это позволит рационально использовать производственные площади, снизить эксплуатационные расходы.

Способ решения задачи

Разработка технологического процесса получения пентаоксида ванадия базируется на применении новой технологической схеме переработки пульпы кубового остатка в хлорирующей установке, при которой отделение тетрахлорида титана от окситрихлорида ванадия осуществляется на стадии переработки пульпы в хлораторе. Это позволяет снизить капитальные затраты на производство, так как в новой схеме не требуется установка оборудования для ректификационной очистки окситрихлорида ванадия от тетрахлорида титана.

Источник финансирования

2308,7318 тыс. тенге за счет средств предприятия.

Сроки реализации проекта

Срок реализации проекта составляет 6 лет с момента инвестирования. Бизнес план составлен на ближайшие 6 лет для того, чтобы определить экономическую целесообразность инвестиции.

Товарная продукция

Предполагается получать пентаоксид ванадия до 140 т/год. Стоимость пентаоксида ванадия на сегодняшний день составляет 12 000 USD за 1 т (по данным ЛБМ).

.2 Технические решения

Основным техническим решением является применение воздуха для перемешивания метаванадата аммония при осаждении что позволяет получать более качественную товарную пятиокись ванадия.

.3 Затраты на производство

Для решения задач, поставленных в начале проекта, в технологической части было выбрано оборудование, балансовая стоимость которого представлена в таблице 5.1. Также представлена балансовая стоимость зданий и сооружений.

Таблица 5.1 Технико-экономическая характеристика основных фондов

Наименование ОПФ	Балансовая стоимость, тг
Здания
Здание цеха	2480793
АБК	1500000
Сооружение
Дымовая труба	991420
Рабочее оборудование
Хлорирующая установка	228000000
Печь тигельная	1647000
Кран мостовой	1127571
Конденсатор оросительный	3500000
Бак-сборник	291833
Дистилляционный куб	2607929
Печь вращающаяся	5425642
Кран-балка	535548

.4 Исходные данные для расчета прибыли или убытков

.4.1 Расчет производственных запасов

Производственные запасы - часть материально-технических запасов хранящихся на складе для обеспечения бесперебойного хода производственного хода процесса.

Для непрерывного производственного процесса необходимо определить норму запаса сырья на складе. Она определяется по формуле:

N = N_з. * Р * Ц, (5.1)

где N_з. - норма запасов в днях, которая определяется по формуле:

N_з. = N_тек + N_подг. + N_{трансп.} + N_гор, (5.2)

где: N_тек - текущий запас (15 дней);

N_подг. - подготовительный запас (2 дня);

N_{трансп.} - транспортный запас (8 дней);

N_гор - гарантийный запас (8 дней).

N_з = 15 + 2 + 30 + 8 = 55 дней (5.3)

P - однодневный расход материала;

Ц - цена единицы материала

Расход материала и его цена определяется на основе данных полученных с предприятия (таблица 5.2).

Таблица 5.2 Расчет сырья и материалов

Наименование сырья и материалов	Годовой объем	Расход материальных ресурсов		Цена, тенге	Сумма всего, тыс. тенге
		Норма на ед. объема	На годовой объем
Сырье и основные материалы: - ПКО, т	140	117	16380	245700,00
Вспомогательные материалы: - хлор, т - электролит, т - аммиачная вода, т - соляная кислота, т		3,108 4,7 0,49 0,4	435,12 658 68,6 56	22000 5000 26400 7000	9572,64 3290,00 1811,04 392,00
Всего сырья и материалов					15065,68
Электроэнергия на процесс восстановления		1456,6	45570	7,87	66377,262
ИТОГО материальных ресурсов					327142,942

.4.2 Расчет труда и заработной платы

Персонал предприятия, т.е. рабочая сила, является основным видом производственных ресурсов. Трудовые ресурсы участвуют в процессе создания стоимости при помощи средств производства.

Затраты на трудовые ресурсы включаются в калькуляцию себестоимости, поэтому необходимо рассчитать издержки предприятия на содержание его персонала.

В ТЭО предполагается определить численность основных производственных рабочих, вспомогательных рабочих, И.Т.Р. (таблица 5.3).

Таблица 5.3 Планирование труда

№	Наименование профессии	Разряд	Количество ед. оборудования	Сменность работ оборудования	Норматив численности	Явочный штат, чел.	Коэффициент спис. сост.	№ штатных, чел.	Списочный штат, чел.
1	Старший печевой	VI	9	2	0,22	3,96	1,16	4,18	6
2	Печевой	V	30	2	0,2	12	1,16	12,2	8
3	Старший аппаратчик	IV	30	2	0,25	15	1,16	15,25	6
4	Аппаратчик	IV	1	2	1,0	2	1,16	3	8
5	ИТОГО								28

На основании количества основных производственных рабочих осуществляем распределение работников по категориям (таблица 5.4).

Таблица 5.4 Распределение работников по категориям

Наименование профессии	%	Количество человек
Вспомогательные рабочие	40	15
Руководители	5	3
Специалисты	12	5
ИТОГО		23

Вспомогательные рабочие в состав отделения не включаются и осуществляют выполнение работ на основании договора-подряда.

Заработная плата определяется на основании оклада для каждой категории работников, а так же предусмотрены премии и надбавки за работу во вредных условиях, в праздничные дни, в ночное время (таблица 5.5).

Таблица 5.5 Расчёт заработной платы основных производственных рабочих

№	Наименование профессии	Раз-ряд	Коли-чество	Оклад	По тарифу	Премии	Празд-ничные	Ночные	Всего	Всего с учётом предприятия
1	Старший печевой	VI	5	37600	2256000	90240	31584	374496	2752320	3578016
2	Печевой	V	14	35900	6031200	1206240	84436,8	1001179,2	8323056	10819972,8
3	Старший аппаратчик	IV	18	33700	7279200	1455840	101908,8	1208347,2	10045296	13058884,8
4	Аппаратчик	IV	4	31900	1531200	306240	21436,8	254179,2	2113056	2746972,8
5	ИТОГО				18628800	3725760	260803,2	3092380,8	25707744^*	33420067,2

* для расчета прибыли или убытка фонд заработной платы увеличиваем на коэффициент 1,3

.4.3 Расчёт фонда заработной платы ИТР

Оплата труда этих категорий работников осуществляется на основании оклада. Должностные разряды руководителей, специалистов и МОП определяются исходя из размера минимальной заработной платы и тарифных коэффициентов.

Оклад определяется по формуле:

О_мес.= ЗП_min*К_пр.*К_отр.*К_ti, (5.4)

где ЗП_min - минимальная заработная плата ( определяется ежегодно правительством РК);

К_пр- коэффициент участвующий особенности предприятия (принимается 1,3);

К_отр - коэффициент участвующий особенности отрасли;

К_ti - тарифный коэффициент, соответствующий i-тому разряду;

Фонд заработной платы определяется для каждой категории работников по следующей формуле:

ФЗП_i = ( О_мес_i + ПР_i) *12*К_р*N_pi, (5.5)

где: ПР_i - размер премии, которой принимается для руководителей и специалистов в размере 25-30% от оклада.

К_р - районный коэффициент который учитывает климатические особенности региона;

N_pi - количество работников i- той категории

Таблица 5.6 Расчёт заработной платы, руководителей, специалистов и МОП

Должность	Разряд	Количество	Оклад	Премии	ФЗП
Начальник цеха	XIII	1	53548,64	16064,59	835358,76
Старшие специалисты	XI	2	42376,62	12712,99	1322150,64
Мастера ОПУ	IX	5	38524,2	11557,26	1802932,56
ИТОГО					6181053,96*

* для расчета прибыли или убытка фонд заработной платы увеличиваем на коэффициент 1,3

.5 Калькуляция себестоимости продукции

Таблица 5.7 Калькуляция себестоимости продукции

Наименование	Ед. изм.	Цена за единицу, тг	Расход на единицу, т	Количество	Сумма
Сырьё
Пульпа кубового остатка	т	15 000,0	117,00	16 380,0	245 700,0
Вспомогательные материалы
Хлор	т	22 000,00	3,000	420,00	9 240,0
Электролит	т	5 000,00	4,700	658,00	3 290,0
Аммиачная вода	т	26 400,00	0,49000	68,60	1 811,0
Соляная кислота	т	7 000,00	0,400	56,00	392,0
ИТОГО материалы и сырьё	т				260 433,0
Энергозатраты технологические
Электроэнергия	Квт/ч	7,87	45570	6 379 800,0	50 209,0
ИТОГО:					50 209,0
Затраты на оплату труда
Основные рабочие	чел./vtc	80 000,0	28,0		26 880,0
Вспомогательные рабочие	чел./vtc	70 000,0	15,0		12 600,0
ИТР	чел./vtc	120 000,0	8,0		11 520,0
ИТОГО ЗАРПЛАТЫ:					51 000,0
Отчисления с заработной платы
Налог соц.	%		11%		5 610,00
Затраты на охрану труда	%		12%		6 120,00
ИТОГО:					62 730,0
Транспортные расходы
Транспортные расходы	%		5%		13 021,7
ИТОГО СЕБЕСТОИМОСТЬ:	тенге	1 т V2O5	2 760,0		386 393,7

5.6 Показатели эффективности проекта

Период окупаемости проекта (Payback Period - PBP)

Периодом окупаемости проекта называется время, за которое сумма поступлений от реализации проекта (Cash inflows) покроет сумму затрат.

II II (Initial investment) сумма инвестиций= --= ------------------------------------- (5.6)

ACI ACI (Annual cash inflows) ежегодные поступления

2308,7318 тыс. тенге = ---------------------- = 0,5 года

4483,0044 тыс. тенге

Чистая приведённая величина дохода (Net Present Value - NPV)

Чистая приведенная величина дохода представляет собой оценку сегодняшней стоимости потока будущего дохода.

Чистая приведенная стоимость равна приведенной стоимости будущих поступлений, дисконтированных с помощью соответствующей процентной ставки, за вычетом приведенной стоимости затрат. NPV используется для оценивания и ранжирования различных предложений об инвестициях, с использованием общей базы для сравнения.

Interest

NPV = -Invest + ´ [1 + ----------- ]^-1 (5.7)

100

где Invest - сумма инвестиций 2 308, 7318 тыс. тенге- годовая процентная ставка 12%

CF(t) - денежные поступления 26898,0266 тыс. тенге за период времени t. t = 6 лет

Инвестор должен отдавать предпочтение только тем проектам, NPV которых имеет положительное значение.

12= - 2308731,1 + 26898026,6 ´ [1 + ------- ]^-1 = 24 557 055,8

100

Внутренняя норма рентабельности (Internal Rate of Return - IRR)

Показатель «Внутренняя норма рентабельности» иногда называют коэффициентом рентабельности инвестиций, который рассчитывается путем определения ставки дисконтировация, при которой приведенная стоимость суммы будущих поступлений равняется приведенной стоимости затрат.

Значение внутреннего коэффициента рентабельности, при котором проект можно считать привлекательным, должно превышать условную стоимость капитала инвестора, например ставку по долгосрочным банковским кредитам. Обычно минимально допустимая величина внутреннего коэффициента рентабельности принимается большей, чем стоимость капитала, с учетом риска проекта.

В нашем случае значение IRR вычисляется с помощью встроенной в MS EXCEL функции ВНДОХ и составляет 193,9 %, что говорит о привлекательности данного проекта: значение IRR выше уровня процентной ставки банка.

График накопления денежных средств, с учетом оборудования и инвестиций (рисунок 5.1) и диаграмма затрат на способ производства пентаоксида ванадия (рисунок 5.2).

Рисунок 5.1 - График накопления денежных средств

Рисунок 5.2 - Диаграмма затрат на производство

Выводы

) Данный проект экономически привлекателен, реализация его даёт прибыль в размере 4 483,0044 тыс. тенге в год.

2) Приведенные данные показывают экономическую целесообразность применения данной технологии по производству пентаоксида ванадия и тетрахлорида титана возвратного.

. Безопасность и экологичность проекта

.1 Техника безопасности в отделении переработки пульпы кубовых остатков с получением пентаоксида ванадия

.1.1 Общие требования безопасности

Охране труда на предприятиях цветной металлургии уделяется большое внимание. Ускоренное развитие современных технологий привело к повышению требований по обеспечению безопасности труда рабочих. Большое внимание стало уделяться не только техническим, но и организационным санитарно-гигиеническим и экологическим факторам.

Сводная номенклатура установлена для своевременного планирования, целевого финансирования и осуществления мероприятий по предупреждению несчастных случаев, заболеваний на производстве и общему улучшению условий труда.

Перечень номенклатурных мероприятий по охране труда состоит из трех разделов:

а) мероприятия по предупреждению несчастных случаев:

модернизация технологического, подъемно-транспортного и другого оборудования, а также различных приспособлений и инструментов в соответствии с требованиями техники безопасности;

устройство дополнительных и защитных приспособлений, блокировок, дублирующих средств безопасности на оборудовании;

усовершенствование в соответствии с правилами безопасности приспособлений для автоматического защитного отключения трансформаторных установок электростанции и других систем и агрегатов;

установка пусковых приборов и устройств с необходимыми блокировками и сигнализацией автоматического или дистанционного управления различными двигателями;

приобретение приборов контроля статического электричества, измерения сопротивления изоляции, контроля взрывоопасной и газонасыщеной среды;

осуществление свето-звуковой сигнализации;

установка средств теле- и радиоуправлния технологическими процессами;

механизация уборки производственных помещений, очистки вентиляционных устройств;

приведение в соответствие с правилами техники безопасности производственных коммуникаций;

б) мероприятия по предупреждению заболеваний на производстве;

приобретение или изготовление устройств защищающих рабочих от действий опасных для здоровья излучений и других вредных факторов внешней среды в рабочей зоне;

усовершенствование герметизации оборудования и процессов, связанных с выделением ядовитых веществ, газов, пыли, избыточного тепла;

устройство новых и реконструкция действующих вентиляционных систем;

приобретение м монтаж систем контроля за состоянием воздушной среды, сигнализирующих о повышении ПДК пыли и газов;

установка приспособлений по снижению и устранению производственного шума и вибрации;

в) мероприятия по общему улучшению условий труда;

рационализация естественного и искусственного освещения, если это вызвано дополнительными требованиями улучшения условий труда;

реконструкция санитарно - бытовых помещений; На основании документа СНиП РК 3.02-04-2002 «Административные и бытовые здания» произведен анализ санитарно-бытовых помещений и оборудования.

оборудование кабинетов по охране труда;

.1.2 Характеристика вредных веществ, специфичных для данного производства

К опасным относятся производственные факторы, которые при определенных условиях могут стать причиной получения травм или резкого ухудшения здоровья. Такими факторами являются:

движущиеся и вращающиеся части оборудования;

железнодорожный, напольный и автомобильный транспорт;

грузоподъемные механизмы и грузы, перемещаемые ими;

ядовитые, агрессивные вещества, применяемые в технологии и опасные для здоровья работающих в концентрациях, превышающих ПДК.

К вредным относятся производственные факторы, которые при воздействии на организм человека в течение продолжительного времени могут привести к заболеванию или ухудшению здоровья. К таким факторам относятся:

повышенная или пониженная температура воздуха на рабочем месте, сквозняки;

повышенный уровень шума и вибрации на рабочем месте, пониженная освещенность;

излучения нагретых аппаратов и сварочной дуги;

наличие различных вредных веществ (определенной концентрации) в воздухе рабочей зоны (хлора, его соединений, паров кислот, производственной пыли и др.).

Пентаоксид ванадия (V2O5) представляет собой порошок от желтоватого до красновато - коричневого цвета с температурой плавления (670¸690)ºС. Попадает в атмосферу экстракционной установки и участка расшихтовки при разгерметизации оборудования, затаривании и расшихтовки продукции в виде пыли и аэрозоли. Пентаоксид ванадия - яд, по степени воздействия на организм человека относится ко II-му классу высокоопасных веществ. При попадании внутрь организма может вызвать изменения в кровообращении, органах дыхания, нервной системе, обмене веществ, воспалительные и аллергические заболевания кожи, обладает выраженными раздражающими свойствами. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны составляет: для пыли 0,5 мг/м3, для аэрозолей и дымов 0,1 мг/м3.

Индивидуальная защита от пентаоксида ванадия органов дыхания - респиратор «Лепесток-200» или противогазы с коробкой «БКФ»; глаз - герметичные очки; кожи, головы - спецодежда, каска. Обеспечение работы вентиляции, пылеулавливающих устройств, герметизация оборудования также предохраняет человека от поражения.

При возникновении симптомов поражения обратиться в медицинское учреждение.

Хлористый водород, соляная кислота и ее растворы.

Хлористый водород (HCI) - бесцветный, удушающий газ, попадает в атмосферу производственных помещений при разгерметизации оборудования, проливах технологических солянокислых растворов. Хорошо растворяется в воде с образованием соляной кислоты. ПДК для хлористого водорода в воздухе рабочей зоны составляет 5 мг/м3.

Соляная кислота на воздухе дымит, туман паров соляной кислоты при высоких концентрациях вызывает раздражение слизистых оболочек, дыхательных путей. Вызывает охриплость, чувство удушья, покалывание в груди, кашель. Длительное воздействие хлористого водорода может вызвать катар дыхательных путей, помутнение роговицы глаз. При воздействии на кожу соляной кислоты вызывает ожоги II, III степени.

Индивидуальные средства защиты: суконная одежда, резиновые сапоги, противокислотные рукавицы, защитные очки, противогаз с коробкой «БКФ» или «В».

При попадании соляной кислоты на кожные покровы ее необходимо немедленно смыть обильной струей воды, при попадании в глаза - промыть их струей воды с последующим отправлением пострадавшего в медпункт. При отравлении соляной кислотой - немедленно вынести пострадавшего на свежий воздух, освободить от стесняющей дыхания одежды и затем отправить его в медпункт.

Окситрихлорид ванадия (VOCl3) может попасть в атмосферу производственных помещений при разгерметизации оборудования. Бурно разлагается от воздействия влаги с обильным выделением паров хлористого водорода и аэрозоли пентаоксида ванадия. Вызывает резкое раздражение слизистых оболочек и дыхательных путей. Попадание на кожу может вызвать ожоги, аналогично действию соляной кислоты. ПДК по пентаоксиду ванадия в воздухе рабочей зоны составляет 0,1 мг/м³.

Защитные средства те же, что и от соляной кислоты.

Аммиачная вода. Представляет собой водный раствор аммиака (NH₄OH). Аммиак (NH₃) - бесцветный газ с удушающим резким запахом и едким вкусом. Аммиак взрывоопасный газ, пределы взрывоопасных концентраций в воздухе (15¸28) %. Температура самовоспламенения аммиака 650ºС. Аммиак может попасть в атмосферу экстракционной установки при проливах аммиачной воды. При работе с аммиачной водой возможны отравления аммиаком, ожоги кожи и глаз. ПДК в воздухе рабочей зоны составляет 20 мг/м³.

Индивидуальные средства защиты: противогаз с коробкой «КД», спецодежда, спецобувь, кислотостойкие рукавицы, герметичные очки.

При попадании брызг аммиачной воды в глаза - немедленно обильно промыть их водой и отправить пострадавшего в медпункт. При поражении кожи обмыть водой и отправить в медпункт. При отравлении вывести пострадавшего на свежий воздух и направить в медпункт.

Эксол-А - горючая, бесцветная жидкость. В виде тумана раздражает слизистые оболочки, обладает общетоксичным действием. ПДК паров в воздухе рабочей зоны не определена.

Индивидуальные средства защиты: спецодежда, резиновые перчатки, противогаз с коробкой «М» или «А». Эксол-А пожароопасный реагент. При возгорании следует тушить углекислотными или пенными огнетушителями.

Хлористый аммоний (NH₄CI) может представлять опасность при термическом разложении, так как при этом выделяются пары аммиака и хлористого водорода. При нормальных условиях опасности не представляет.

.1.3 Электробезопасность

Широкое использование электрического тока для самых разнообразных целей придает вопросам защиты от его воздействия на человеческий организм важное значение.

Воздействие электрического тока на организм может вызвать опасные для здоровья последствия и даже привести к смерти. Опасность усугубляется тем, что наличие электрического напряжения не может быть безопасно обнаружено при помощи наших органов чувств. Вероятность смертельного исхода при поражении электрическим током велика.

Степень поражения электрическим током зависит от напряжения, силы тока и электрического сопротивления тела человека. Опасным для жизни человека является напряжение 40 В и выше. В сырых помещениях становится опасным и напряжение 36 В. Ток силой выше 0,05 А представляет большую опасность для человека. Сопротивление человека принято считать равным »1000 Ом. Оно изменяется в зависимости от температуры и влажности помещения, кожного покрова, одежды человека, а также от степени его усталости. Наименьшую проводимость имеет сухой кожный покров человеческого тела. Если кожа увлажнена, то сопротивление ее падает на 50- 70 %.

При работе с электрооборудованием необходимо руководствоваться следующими правилами безопасности. Правом допуска к ремонту и обслуживанию электросиловых и осветительных установок пользуются только лица, специально обученные и сдавшие экзамены квалификационной комиссии.

Все электродвигатели и другое электрооборудование обязательно заземляют. Заземление регулярно проверяет электролаборатория предприятия. Обнаруженные в заземлении неисправности необходимо немедленно устранить.

При ремонте электрооборудования следует соблюдать меры предосторожности: работать на специальном коврике в резиновых перчатках и в резиновой обуви.

Для тушения горящих электрических проводов, кабеля, электрооборудования и приборов, находящихся под напряжением, нельзя применять воду. Прежде всего, снимают напряжение, а затем для тушения используют песок, углекислотный или порошковый огнетушитель.

При поражении человека электрическим током необходимо оказать ему до прибытия врача первую помощь:

освободить пострадавшего от соприкосновения с токоведущими частями оборудования или проводом, соблюдая при этом все меры предосторожности;

делать пострадавшему искусственное дыхание, давая ему вдыхать кислород или чистую струю воздуха.

Необходимо помнить, что влажный воздух, сырые предметы и спецодежда хорошо проводят электрический ток. Работа с электрооборудованием в этих условиях требует особой осторожности.

Имеющиеся материалы по отдельным металлургическим предприятиям, а также разработки позволяют определить ряд причин, вызывающих поражения электрическим током на производстве.

Причины, вызывающие поражения электрическим током на производстве:

воздействие электрического тока через дугу;

непосредственное соприкосновение с открытыми токоведущими частями и проводами: случайное, не вызванное производственной необходимостью, или вследствие ошибочной подачи напряжения во время ремонтов и осмотров;

прикосновение к токоведущим частям, изоляция которых повреждена;

касание токоведущих частей при помощи предметов с низким сопротивлением изоляции;

прикосновение к металлическим частям оборудования, случайно оказавшимся под напряжением (в результате отсутствия или повреждения устройств защитного заземления);

соприкосновение со строительными деталями конструкции, случайно оказавшимися под напряжением.

Воздействие электрического тока на организм может вызвать различные электрические травмы: электрический удар, ожог, металлизацию кожи.

Электрический удар - повреждение организма при возникновении электрической цепи через тело человека.

Металлизация происходит вследствие механического или химического воздействия тока, когда вглубь кожи проникают парообразные или расплавленные металлические частицы; пораженный участок кожи приобретает жесткую поверхность и окрашивается.

Электрический ток действует местно, повреждая ткани, и рефлекторно через нервную систему. Рефлекторное действие выражается очень резко, так как при прохождении через организм электрический ток поражает большое количество чувствительных нервов. Весьма существенное значение имеет и непосредственное действие электрического тока на скелетную мускулатуру, вызывающее судорогу, и особенно на сердце, приводящее к фибрилляции его. Фибрилляция - это такое состояние сердца, когда оно перестает сокращаться как единое целое в определенной последовательности, а происходят отдельные нескоординированные "подергивания" волокон сердечной мышцы; при этом насосная функция сердца прекращается и может наступить смерть.

При случайном соединении находящихся под напряжением частей электрической установки с конструктивными частями ее, не изолированными от земли, или с землей непосредственно возникает замыкание на землю. Прикосновение человека к поврежденному оборудованию представляет опасность. Для защиты человека при прикосновении к металлическим частям электрической установки, случайно оказавшимся под напряжением, применяют защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус или по другим причинам. При этом земля используется в качестве проводника в аварийной цепи. Замыкание на корпус - случайное электрическое соединение токоведущих частей с металлическими нетоковедущими частями электрической установки. Замыкание на корпус может быть результатом повреждения изоляции, случайного касания токоведущей части корпуса машины, падение провода, находящегося под напряжением, на нетоковедущие металлические части. Эквивалентом земли может быть вода реки или моря.

Назначение защитного заземления - создание между металлическими конструкциями или корпусом электрической установки и землей электрического соединения достаточно малого сопротивления, чтобы в случае замыкания на землю при прикосновении человека через его тело прошел ток малой величины, безопасный для организма.

Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлитель - металлический проводник, находящийся в непосредственном соприкосновении с землей. Заземляющие проводники - металлические проводники, соединяющие заземляющие части электрической установки с заземлителем.

Для заземления используют естественные и искусственные заземлители. Естественные заземлители - металлические конструкции, арматура, железобетонные конструкции, трубопроводы и оборудование, имеющее надежное соединение с землей. В качестве искусственных заземлителей используют вертикально погруженные стальные трубы, металлические стержни и т. д.

В качестве заземляющих проводников используют: нулевые проводники сети, стальные трубы электрических проводок, алюминиевые оболочки кабелей и т. д.

Соединения в заземляющих устройствах устраиваются так, чтобы обеспечивать надежный контакт; их выполняют сваркой. Заземляющие проводники в помещениях доступны для осмотра.

.1.4 Общеобменная вентиляция

Общая или общеобменная вентиляция предназначена для обмена воздуха во всем помещении.

Для вентиляции подается не загрязненный воздух. В необходимых случаях подаваемый в помещение воздух подвергается нагреву или охлаждению, увлажнению или сушке, очистке от пыли.

Приточный воздух подают в производственные помещения системами механической вентиляции в рабочую зону.

Удаление воздуха предусматривается из верхней зоны. Выброс в атмосферу загрязненного воздуха производится под кровлей здания так, чтобы не было заноса загрязнений в помещение.

.1.5 Освещение

Для создания благоприятных условий труда важное значение имеет рациональное освещение. Неудовлетворительное освещение затрудняет проведение работ, снижает производительность труда и может явиться причиной несчастных случаев и заболевание глаз. Освещенность помещений устраивается так, чтобы рабочий длительное время мог вести наблюдения за всеми операциями без напряжения и утомления зрения и при этом сохранилась нормальная трудоспособность глаз. Производственная освещенность удовлетворяет требованиям ПЭУ нормам СНиП РК 2.04-05-2002 «Естественное и искусственное освещение ».

Естественное освещения помещения может быть:

боковое - через окна в наружных стенах;

верхнее - через световые проемы в покрытии, а также в местах перепадов высот смежных пролетов здания;

комбинированное - верхнее освещение плюс боковое.

Освещенность помещения нормируется прямым (светотехническое нормирование) путем.

Светотехническое нормирование производят по коэффициенту естественной освещенности. Нормированное значение для проектируемого цеха равно:

Искусственное освещение-это электрическое освещение, требуемое для работ в темное время суток без достаточного естественного освещения.

Выбор источника света зависит от характера работы, условий среды, размеров помещения др. Для проектируемого цеха применяют искусственное освещение двух систем: общее и комбинированное. Освещение устраивают рабочее и аварийное.

Аварийное освещение устраиваются с независимым питанием. Аварийное освещение составляет 10% от норм для общего освещения лампами накаливания.

.1.6 Пожарная безопасность

Пожары на производстве представляют большую опасность для работающих и причиняют значительный материальный ущерб. Поэтому ведется исследовательская, практическая и организационная работа по предупреждению и тушению пожаров. Для уменьшения опасности возникновения и распространения пожаров большое значение имеет рациональное устройство цеха.

Для возникновения горения необходимы: горючее вещество, окислитель и импульс энергии. В обычных условиях окислитель - кислород воздуха. Для осуществления большинства технологических процессов необходимо использование источников энергии; нет производств, в которых бы не использовалась электрическая энергия; во многих производственных процессах используют топливо и другие горючие вещества; в ряде производств горючие вещества образуются в ходе технологических процессов. Таким образом, создаются потенциальные возможности возникновения пожара.

При устройстве предприятии и цехов необходимо осуществлять большой комплекс работ по противопожарной безопасности.

В здании цеха обеспечивается возможность безопасной эвакуации людей при возникновении пожара. Применяют эвакуационные выходы, которые ведут:

из помещений первого этажа наружу;

из помещений верхних этажей на лестничную клетку, имеющую выход наружу;

из помещения в соседнее помещение.

Эффективность и кратковременность процесса эвакуации достигается устройством определенного числа путей эвакуации, установленной протяженности и ширины.

Эвакуационные выходы и лестницы удовлетворяют следующим условиям: наибольшее расстояние от рабочего места (по линии свободных проходов) до эвакуационного выхода не больше установленного нормами; ширина выходов и лестниц отвечают нормам; суммарная ширина выходов не меньше нормированной; число выходов и лестниц - не менее двух (по возможности в противоположных сторонах помещения).

Для проектируемого цеха принимаем следующую предельную ширину путей эвакуации (из расчета 0,6 м. на 100 человек), м:

проходы - более 1,0 м;

коридоры - более 1,4 м;

двери - 0,8-2,4 м;

лестничные марши и площадки лестниц - 1,5-2,4 м.

Высота дверей не менее 2,0 м.

Эвакуационные выходы в цехе рассредоточены, в количестве 10 штук.

В летнее время наблюдается интенсивная грозовая деятельность, при этом от разрядов молнии могут возникать пожары. Для защиты зданий и сооружений от ударов молний применяют молниеотводы, которые состоят из несущей части (опоры), молниеприемника, токоотвода и заземлителя. Защитное действие молниеотвода основано на том, что молния поражает наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения, более низкое по высоте здание не будет поражено молнией, если оно полностью входит в зону защиты молниеотвода. Зона защиты молниеотвода - часть пространства, примыкающая к молниеотводу, которая обеспечивает защиту сооружений от прямых ударов молнии с достаточной степенью надежности (99 %). Применяют стержневые молниеотводы, которые установлены непосредственно на кровле здания. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой 60 м представляет собой конус с образующей в виде ломаной линии и основанием в виде окружности с радиусом 90 м.

Характерными причинами возникновения пожаров являются неосторожное обращение с огнем, нарушение технологического процесса, неисправность производственного оборудования, неправильные монтажи, неисправность электрических проводок и оборудования, неправильное использование электрических приборов, искры из электрических установок, статическое электричество и т. д.

Огнетушение - прекращение горения в условиях пожара, осуществляется путем исключения необходимых для пожара условии.

При возникновении пожара горение развивается быстро. Поэтому легче пожар ликвидировать в самом начале, не допуская его распространения.

В случае возникновения пожара первичными мерами его тушения будут:

немедленно, до прибытия пожарной команды, привести в действие соответствующие подручные средства тушения пожара;

эвакуировать огнеопасные материалы и ценное оборудование;

отключить подачу электроэнергии, горючих веществ;

перекрыть коммуникации, по которым возможно распространение пожара;

сообщить пожарной охране;

принять меры для защиты людей, занятых тушением пожара, отвредного воздействия высоких температур, теплового излучения игазообразных продуктов горения.

Различные твердые, жидкие и газообразные вещества, применяемые для тушения пожаров, должны обладать высоким эффектом тушения - быстро прекращать горение при относительно малом расходе, не причинять вреда организму человека при использовании и хранении, не оказывать вредного воздействия на предметы и материалы при тушении пожаров, быть дешевыми.

Для охлаждения очагов горения применяют огнегасительные вещества с большой теплоемкостью, удельной теплотой парообразования или плавления, способные быстро распространяться по поверхности горящих веществ, впитываться и проникать вглубь их.

В качестве огнегасительных веществ применяют воду, инертные газы, химическую и воздушно - механическую пены, твердую углекислоту, песок, специальные флюсы, кошмы.

Чаще всего применяют для тушения пожаров воду, при попадании на горящее вещество вода охлаждает его, благодаря более низкой своей температуре и образованию пара, который препятствует доступу воздуха в зону горения. Для повышения впитываемости воды горящим веществом в нее добавляют пенообразователи. Также воду применяют в виде компактной струи, сбивающей пламя или в распыленном виде.

Огнетушительное действие углекислоты заключается в уменьшении концентрации кислорода в зонах пожара до такой величины, при которой горение происходить не может; разбавление горючей среды; отнятие тепла, так как углекислота не токопроводна, ее используют для тушения пожаров электрических установок, находящихся под напряжением.

Для изоляции зоны горения от воздуха применяют покрывала из войлока, асбест или песок. При тушении электрического оборудования применяют химические пены, образующиеся при взаимодействии щелочной и кислотной частей заряда огнетушителя. Кроме пены при этом образуется углекислый газ, давление которого вытесняет пену из огнетушителя. Пена представляет собой смесь газа с жидкостью, где дисперсной фазой является газ, находящийся в тонких оболочках - пленках жидкости. Чем меньше размер пузырьков газа и поверхностное натяжение пленки жидкости, тем пена более устойчива.

В качестве пенообразователей применяют вещества, способные адсорбироваться в поверхностном слое раствора на границе жидкость - газ, это экстракты лакричного корня, сапонин, керосиновый контакт и т. д.

Противопожарное водоснабжение - комплекс устройств для подачи воды к месту пожара. Противопожарный трубопровод рассчитывают на подачу необходимого для тушения пожара количества воды под соответствующим напором в течение не менее трех часов. Противопожарный трубопровод объединяется с хозяйственным, производственным водопроводом. Внутри здания во внутренней водопроводной сети, у входов в здание, на площадках лестничных клеток, в коридорах устанавливают пожарные краны, которые размещают в шкафчиках. Там находится рукав с пожарным стволом. Рукав соединяется с краном быстро примыкающей гайкой. Шкафчики расположены на высоте 1,35 м от пола, длина пожарного рукава 20 м.

В цехе также имеются автоматические установки водяного тушения. В качестве огнегасительных средств в них используются капельные водяные струи. Спринклерные установки служат для местного тушения и локализации пожара капельными струями. Спринклерная установка состоит из сети монтируемых под перекрытием водопроводных труб с ввинченными в них спринклерными головками, которые имеют замок, состоящий из пластинок из легкоплавкого металла и упругой диафрагмы, выходное отверстие головки плотно закрыто. При повышении температуры окружающей среды до температуры 930С, отверстие головки быстро открывается. При пожаре эта система автоматически разбрызгивает воду.

Для тушения пожара также используют и огнетушители. Огнетушители - это аппараты, применяющиеся для тушения начинающихся пожаров, находящиеся в постоянной готовности к действию. Они представляют собой прочные металлические сосуды цилиндрической формы разного объема.

Ручной пенный огнетушитель ОП-5 предназначен для тушения начинающегося пожара твердых горючих материалов и горючих различных жидкостей. Огнетушитель представляет собой стальной сварной баллон с чугунной крышкой. Заряд огнетушителя состоит из кислотной (смесь сернокислого окисного железа и серной кислоты, помещенная в кислотный стакан) и щелочной (смесь двууглекислого натрия и солодкового экстракта) частей. Огнетушитель приводится в действие при ударе ударником об пол.

Ручные углекислотные огнетушители ОУ-2 применяют для тушения небольших пожаров различных твердых и жидких веществ (за исключением веществ, которые могут гореть без доступа воздуха, и электрических установок, находящихся под напряжением). Эти огнетушители представляют собой стальные баллоны, в горловину которых на конусной резьбе ввернут латунный вентиль с сифонной трубкой и предохранительной мембраной. Последнюю устанавливают для самозарядки баллонов при повышении в них заданного давления. Огнетушители заряжают сжиженной и осушенной углекислотой, приводя в действие вручную посредством вращения маховика запорного вентиля.

Для быстрой локализации возникшего пожара большое значение имеет его своевременное обнаружение. Для своевременного оповещения о возникновении возгорания устанавливаются автоматические средства. Основным элементом автоматической пожарной сигнализации являются известители - датчики, реагирующие на изменения в окружающей среде при возникновении возгорания. Чувствительные элементы таких датчиков реагируют на изменение температуры, тепловое излучение или появление в воздухе продуктов горения. Датчик ДПС-038 реагирует на тепловое излучение, представляет собой термоэлектрическую батарею из 50 последовательно соединенных хромель-копелевых термопар.

Кроме того, в здании расположена пожарная электрическая сигнализация, которая обеспечивает прямую связь пожарной охраны с охраняемым объектом, не требуя при этом передачи адреса пожара.

Установка пожарной электрической сигнализации состоит из следующих элементов:

приемного аппарата, принимающего сигналы тревоги и повреждении с извещателей, фиксирующего эти сигналы и обеспечивающего телефонную связь через извещатели, а также посылку обратного сигнала к ним;

извещателей - специальных приборов, установленных внутри здания; при помощи извещателей подается сигнал тревоги на приемный аппарат;

линейных сооружений, создающих соединение извещателей с приемным аппаратом;

электропитания;

сети звонков внутренней тревоги.

.1.7 Расчет заземления

Энергоснабжение отделения осуществляется от подстанции напряжением 10 кВ с двумя трансформаторами мощностью 1500 кВт.

Данные для расчёта: для проектируемого отделения заземляющие устройства являются общими для электроустановок до и выше 1000 В, сопротивление растеканию тока не должно превышать 4 Ом; грунт - суглинок с удельным электрическим сопротивлением ρ = 100 Ом ∙ м; в качестве заземлителей приняты стальные трубы диаметром d = 0,08 м и длиной l = 2,5 м, располагаемые вертикально и соединённые на сварке стальной полосой 40×4 мм.

Сопротивление одиночного вертикального заземлителя рассчитываем по формуле:

(5.1)

где t - расстояние от середины заземлителя до поверхности грунта, м;, d - длина и диаметр стержневого заземлителя, м.

Расчётное удельное сопротивление грунта:

ρрасч = ρψ, (5.2)

где ψ - коэффициент сезонности, учитывающий возможность повышения сопротивления грунта в течении года. Принимаем ψ = 1,7 для I климатической зоны.

Тогда:

ρрасч = 100×1,7=170 Омм,

Сопротивление стальной полосы, соединяющей стержневые заземлители, RП, Ом рассчитаем по формуле:

RП = (ρрасч /2πl)ln(l2/dt) (5.3)

гдеl - длина полосы, м;

t - расстояние от полосы до поверхности земли, м;

d = 0,5b (b - ширина полосы, равная 0,08 м).

Определяем расчётное удельное сопротивление грунта ρ΄расч при использовании соединительной полосы в виде горизонтального электрода длиной 50 м. При длине полосы 50 м ψ΄= 5,9. Тогда:

ρ΄расч = 1005,9 = 590 Омм,

Ориентировочное число, n, штук одинаковых стержневых заземлителей:

= Rв/[rз]ηз = 48 / 4×1 = 12 шт.

Принимаем расположение вертикальных заземлителей по контуру с расстоянием между смежными заземлителями равным 2l. Исходя из принятой схемы размещения вертикальных заземлителей ηВ = 0,66, ηГ = 0,39.

Необходимое число вертикальных заземлителей:= 48/(4×0,66) = 18 шт

Общее расчётное сопротивление заземляющего устройства R с учётом соединительной полосы:

R=Rв×Rг/(Rв×hг+Rг×hв×n) (5.4)

=48×21/(48×0,39+21×0,66×18)=3,76 Ом

Заземление удовлетворяет условию 3,76 Ом < 4 Ом.

.2 Охрана окружающей среды

Промышленное производство основано на технологических процессах, в результате которых, наряду с различными видами готовой продукции образуются значительные количества отходов, поступающих в окружающую природную среду.

Под окружающей средой принято понимать целостную систему взаимосвязанных природных и антропогенных объектов и явлений, в которой протекает труд, быт и отдых людей. Понятие «окружающая среда» включает социальные, природные искусственно создаваемые физические, химические и биологические факторы, т. е. все то, что прямо или косвенно воздействует на жизнь человека. Следует отметить, что все виды загрязнений взаимосвязаны между собой и каждый из них может явиться толчком для возникновения других видов загрязнений.

.2.1 Характеристика отходов производства, сточных вод и выбросов в атмосферу

Характеристика отходов производства, сточных вод и выбросов в атмосферу приведена в таблице 6.1.

Таблица 6.1 Характеристика отходов производства, сточных вод и выбросов в атмосферу

Наименование отходов по переделам	Характеристика	Нормируемое количество, т/сут	Содержание вредных примесей		Где используется или намечается использовать
			норма	факт
Отработанный расплав ванадиевого хлора- (ОРВХ)	KCI CIобщ Feобщ Aобщ	до 7,5	%, не менее 35,0 %, не менее 50,0 %, не менее 0,5 %, не менее 3,0	%, не менее 35,0 %, не менее 50,0 %, не менее 0,5 %, не менее 3,0	Может использоваться для рафинировании легких металлов
Возгоны пылевой камеры и из борова канала №10	FeCI3 AICI3 V2O5 TiCI4	до 0,05	нет	нет	Может использоваться для получении метатитановой кислоты
Отходящие газы хлоратора	CI2 HCI TiCI4	до 0,036 до 0,92 до 0,15	мг/дм3, 33,2 г/нм3, не более, 1,0 мг/дм3, до 20	3,2 15¸17 10¸15	Направляется на об-работку известковым молоком. Может использоваться для получения гипохлорида кальция
Кислые стоки	HCI твердая взвесь	до 2	%, 10 мг/дм3, 300	%, 10 до 300	Нейтрализуется известковым молоком
Кеки переработки некондицион-ных продуктов	TiO2 до 23%, V - до 2,2%, Fe - до 11%, Н2О - 5%	До 2	-	TiO2 - до 23% V - до 2,2%	Направляется в отвал.
Солянокислые рафинаты	V до 2 г/дм3, TiO2 - 20-60 г/дм3 НСI - 170-200 г/дм3, Мо - 0,2-0,3 г/дм3 Fe - 0,03-0,8 г/дм3, Эксол-А - 3,6 г/дм3	До 120	V - 0,1 мг/дм3, СI- - 300 мг/дм3, Эксол-А 0,05 мг/дм3	V - до 0,1 мг/дм3, СI- - до 300 мг/дм3, Эксол-А 0,05 мг/дм3	1/2 часть используется в производстве,1/2 сливается в кислую канализацию пос-ле снижения концентрации вредных веществ до ПДК методами разбавления во-дой и забора органической фазы после расслаивания фаз.
Маточный раствор от осаждения МВА	NH4CI - 90-150 г/дм3, Эксол А - 1 г/дм3, V - 0.3 г/дм3	300	V - 0,1 мг/дм3, Эксол А 0,005 мг/дм3	V - до 0,1 мг/дм3, Эксол А до 0,05 мг/дм3	Сливается в отстойник отвального хозяйства после снижения концентрации вредных веществ до ПДК, методами разбавления водой и забора органической фазы после расслаивания фаз

Возможные воздействия на окружающую среду при отклонениях от норм режимных параметров технологического процесса приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 Возможные воздействия на окружающую среду при отклонениях от норм режимных параметров технологического процесса

Наименование технологического параметра	Ед. изм.	Показатель	Возможные воздействия на окружающую среду при отклонениях от норм технологических параметров
Расход хлоргаза: - при переработке ПКО	нм3/ч	10÷12	При увеличении расхода CI2 более 12 нм3/ч возможен «проскок» CI2 на скруббер г/о №5 и в атмосферу промзоны.
Расход упаренной ПКО в хлоратор, не более	т/ч	2,5	При увеличении расхода упаренной ПКО в хлоратор более 2,5 т/ч возможен выброс ПГС в рабочую зону отделения.
Разрежение: - перед хвостовым вентилятором - в каналах №№2, 3	мм вод.ст. мм вод.ст.	80 ¸ 140 40 ¸ 100	При снижении разрежения одного или другого из указанных параметров возможно газовыделе-ние из хлоратора и системы конденсации в рабо-чую атмосферу цеха.
Очистка отходящих газов печей термического разложения: - разрежение в скруббере	мм вод.ст.	20÷50	При уменьшении разрежения на скруббере после печи термического разложения МВА менее 20 мм вод.ст. возможно выделение паров аммиака в рабочую зону отделения.
Очистка отходящих газов печей термического разложения: - количество пульпы, подаваемой на орошение	м3/ч	30	При уменьшении количества пульпы на орошение менее 30 м3/ч возможен «проскок» пентаоксида ванадия в газоход г/о №4 цеха №9 и выброс в промзону.

Заключение

В данной работе разработана проект отделения переработки пульпы кубовых остатков с получением пентаоксида ванадия. Производительность отделения 140 тонн товарного пентаоксида ванадия в год. Дано обоснование технологической схемы процессов переработки пульпы кубовых остатков и получения пентаоксида ванадия, составлен материальный баланс процесса переработки.

Произведены выбор и расчет аппаратов отделения. Разработаны мероприятия по охране труда, предусмотрена система аналитического контроля производства.

В экономической части произведен расчет стоимости оборудования, капитальных затрат на строительство отделения, численности и годового фонда заработной платы рабочих и ИТР отделения, составлена калькуляция себестоимости товарного пентаоксида ванадия, рассчитана прибыль, рентабельность и срок окупаемости затрат.

Список использованной литературы

1 УКТМК. Опытно-промышленный цех переработки хлорсодержащих отходов. Корректировка проектного задания. Часть технологическая.

Производство ванадия окситрихлорида технического и технического тетрахлорида титана возвратного /Технологическая инструкция. Ввод 11.04.08.

Производство пентаоксида ванадия /Технологическая инструкция. Ввод 16.02.06.

Инструкция для аппаратчиков в производстве титана и редких металлов отделения производства тетрахлорида титана и пентаоксида ванадия цеха №2 /Инструкция по безопасности и охране труда. Ввод 03.11.11.

Основы металлургии. Том четвертый. Редкие металлы / Н. С. Грейвер, Н. П. Сажин, И. А. Стригин и др. - М.: Металлургия, 1967. - 643с.

У. Ростокер. Металлургия ванадия. - М.: Издательство иностранной литературы, 1959. - 189 с.

Ю. В. Ефимов, В. В. Барон, Е. М. Савицкий. Ванадий и его сплавы. - М.: Наука, 1969. - 254 с.

А. Ю. Поляков. Основы металлургии ванадия. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1959. - 136 с.

А. Н. Зеликман, Б. Г. Коршунов. Металлургия редких металлов. - М.: Металлургия, 1991. - 432 с.

Надольский Н. А. Расчеты процесса производства тугоплавких металлов. - М.: Металлургия, 1978. - 127 с.

Худайбергенов Т. Е. Титаномагниевое производство. - Алматы: ИПФ S&K, 1996. - 178 с.

Освоение технологии производства пятиокиси ванадия из технического окситрихлорида ванадия / Б. И. Яковенко, Н. И. Кунгина, А. С. Перминова и др. // Цветная металлургия. - 1976. - №11. - С. 29-30.

А. с. 2080403 (Россия), С22В34/22. Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащего сырья / Г. К Тарабарин, В. А. Бирюкова, Е. М. Рабинович и др. (Россия) № 95115249/02; Заяв. 05.09.1995; - Опубл. 27.05.1997 г.

А. с. 2112066 (Казахстан), С22В34/22, C01G31/02. Способ получения гранулированного чистого оксида ванадия / В. А. Козлов, Н. Д. Белоножко. (Казахстан) № 96114632/02; Заяв. 18.07.1996; - Опубл. 27.05.1998.

А. с. 2162113 (Россия), C22B34/22, C01G31/02. Способ извлечения ванадия / Г. К Тарабарин, В. А. Бирюкова, Е. М. Рабинович и др. (Россия) № 99121009/02; Заяв. 06.10.1999; - Опубл. 20.01.2001 г.

А. с. 2153018 (Казахстан-Россия), C22B34/22, C22B3/08. Способ извлечения ванадия из конверторных ванадиевых шлаков / В. А. Козлов, Р. А. Шаяхметова, Г. Л. Суэтин и др. (Казахстан-Россия) № 99100353/02; Заяв. 10.01.1999; - Опубл. 20.07.2000 г.

А. с. 2090640 (Россия), С22В34/22. Способ извлечения ванадия из шлаков / Г. К Тарабарин, В. А. Бирюкова, Е. М. Рабинович и др. (Россия) № 95118274/02; Заяв. 25.10.1995; - Опубл. 20.09.1997 г.

А. с. 2100463 (Казахстан), С22В34/22. Способ извлечения ванадия из ванадийкремнийсодержащих растворов / В. А. Козлов, Л. Х. Батракова, Т. И. Осташко и др. (Казахстан) № 5063106/02; Заяв. 25.09.1992; - Опубл. 27.12.1997 г.

А. с. 2080400 (Россия), C22B34/22, C22B3/02. Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов и устройство для его осуществления / В. П. Борисенко, В. С. Волков, Н. Е. Мерзляков и др. (Россия) № 93025286/02; Заяв. 13.05.1993; - Опубл. 27.05.1997 г.

А. с. 2128236 (Россия-Казахстан), C22B34/22, C22B3/20. Способ выделения ванадия из растворов / В. А. Козлов, А. М. Седых, А. А. Каменских и др. (Россия-Казахстан) № 97111092/02; Заяв. 04.07.1997; - Опубл. 27.03.1999 г.

А. с. 2193072 (Россия), C22B34/22, C22B1/04, C22B7/00. Способ извлечения ванадия / Г. К Тарабарин, В. А. Бирюкова, Е. М. Рабинович и др. (Россия) № 2001132272/02; Заяв. 28.11.2001; - Опубл. 20.11.2002 г.

А. с. 2118389 (Россия), С22В34/22. Способ извлечения ванадия / Г. К Тарабарин, И. М. Тартаковский, Е. М. Рабинович и др. (Россия) № 97113072/02; Заяв. 30.07.1997; - Опубл. 27.08.1998 г.

А. с. 2081834 (Россия), C01G31/00, C01G31/02. Способ извлечения ванадия из отработанных катализаторов окисления диоксида серы / А. Г. Касиков, Н. И. Касикова, О. А. Хомченко и др. (Россия) № 95107636/25; Заяв. 12.05.1995; - Опубл. 20.06.1997 г.

А. с. 2172789 (Россия), C22B34/22, C01G31/02, C22B3/12. Способ получения пентаоксида ванадия / Ю. П. Кудрявский, В. А. Колесников, Ю. Ф. Трапезников и др. (Россия) № 2000105029/02; Заяв. 29.02.2000; - Опубл. 27.08.2001 г.

А. с. 2178468 (Россия), C22B34/22, C01G31/02, C22B3/12. Способ получения пятиокиси ванадия / Ю. П. Кудрявский, В. В. Стрелков, Н. А. Шундиков и др. (Россия) № 2000105029/02; Заяв. 29.02.2000; - Опубл. 27.08.2001 г.

А. с. 2175990 (Россия), C22B34/22, C22B34/12, C22B3/44, C01G31/02. Способ получения пентаоксида ванадия / Ю. П. Кудрявский, В. А. Колесников, Ю. Ф. Трапезников (Россия) № 2000108615/02; Заяв. 05.04.2000; - Опубл. 20.11.2001 г.

А. с. 2175681 (Россия), C22B34/22, C22B34/12, C22B3/44, C01G31/02. Способ получения пентаоксида ванадия из техногенного сырья / А. А. Каменских, А. А. Карпов, А. Е. Демидов и др. (Россия) № 2000108615/02; Заяв. 05.04.2000; - Опубл. 20.11.2001 г.

Проект отделения переработки пульпы кубовых остатков с получением пентаоксида ванадия

Проект отделения переработки пульпы кубовых остатков с получением пентаоксида ванадия

Таблица 3.1 Состав ПКО

Суть проекта

Способ решения задачи

Источник финансирования

Похожие работы на - Проект отделения переработки пульпы кубовых остатков с получением пентаоксида ванадия