Файл: Теоретический анализ исследуемого процесса.rtf

Содержание
Содержание

Введение

. Анализ научной и патентной литературы с целью обоснования темы исследования. Обоснование общей цели исследования и конкретных задач

. Теоретический анализ исследуемого процесса

.1 Термодинамический анализ

.2 Кинетический анализ

. Экспериментальная часть

.1 Характеристика исходных материалов

.2 Выбор метода эксперимента и анализа. Описание техники эксперимента

.3 Выводы по исследовательской работе

. Результаты эксперимента, их обсуждение и теоретическая обработка

. Предлагаемые рекомендации

. Технологическая часть

.1 Расчет материального баланса

.2 Синтез технологической схемы с экономической оценкой предлагаемой технологии

.2 КИПиА

.3 Безопасность жизнедеятельности

. Экономическая часть

Заключение

Библиографическое описание используемых литературных источников

Введение

ОАО «Уралкалий» - это крупнейшая в России компания по производству калийных удобрений. На ее долю приходиться больше половины российского производства и экспорта. В мировом масштабе компания занимает четвертое место по объему производства хлористого калия.

Компания имеет лицензии на разработку части уникального в своем роде и единственного в мире Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей запасы которого составляют 22% от общемировых. В абсолютном выражении запасы залегающих солей равны 4,27 млрд. т., что при текущих уровнях добычи может обеспечить кампанию сырьем на 200 лет.

Значительную часть природных калийных солей перерабатывают в технический продукт - хлористый калий (содержание калия в пересчете на K₂O 50...62%). Основным видом продукции компании является хлористый калий, который используется как удобрение, вносимое либо напрямую в почву, либо в составе сложных, комплексных, удобрений. Хлористый калий используется в различных отраслях промышленности: химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической.

Уралкалий выпускает около 11% мирового объема калийных удобрений. При этом 90% всей продукции идет на экспорт. Главными покупателями являются Китай, Индия и Бразилия. /1/

Наибольшим спросом у экспортеров пользуется флотационный хлористый калий, т.к. он обладает лучшими физико-химическими свойствами (меньшей слеживаемостью, наличием микроэлементов).

---

Данная дипломная работа, проводимая на кафедре ТНВ ПГТУ, имеет своей целью - изыскание способов получения наиболее качественного хлористого калия и увеличения его флотируемости. Увеличение флотируемости и качества готового продукта может происходить за счет:

· Удаление МgCl₂ из раствора, путем выделения его осадителем (Na₂CO₃, Сa(OH)₂, СаО);

· Улучшение качества готового продукта, путем использования в качестве упрочняющей добавки, соединений полученных при выделении МgCl₂ из оборотного щелока.

В результате проведенных исследований предложены изменения в технологическую схему получения флотационного хлористого калия, с целью выделения ионов магния из оборотного щелока и улучшения показателей качества готового продукта.

Повышение прочности гранул и снижение гигроскопичности приводит к повышению конкурентоспособности продукта, улучшению технико-экономических показателей при потреблении, обеспечить сохранность гранулометрического состава и сыпучесть продукта.

1. Анализ научной и патентной литературы с целью обоснования темы исследования. Обоснование общей цели исследования и конкретных задач

Производство минеральных солей удобрений составляют одну из важнейших задач химической промышленности. Ассортимент минеральных, используемых в сельском хозяйстве, химической промышленности, металлургии, фармацевтическом производстве, строительстве, быту, составляет сотни наименований и непрерывно растет. Масштабы добычи и выработки солей исключительно велики и для некоторых из них составляют десятки миллионов тонн в год. В наибольших количествах производятся и потребляются соединения натрия, фосфора, калия, азота, алюминия, железа, серы, меди, хлора, фтора и др.

Самым крупнотоннажным является производство минеральных удобрений. Самым крупным потребителем солей и минеральных удобрений является сельское хозяйство. Связано это с тем, что современное интенсивное сельскохозяйственное производство невозможно без внесения в почву научно обоснованного количества различных минеральных удобрений, содержащих элементы, которых недостаточно в почве для нормального роста растений, в частности зерна.

Минеральными удобрениями называют соли, содержащие в своем составе элементы

---

, необходимые для питания, развития и роста растений. В качестве калийных удобрений применяют сырые природные вещества (чаще всего сильвинит) и продукты их переработки (хлорид и сульфат калия; 40%-ные калийные соли), а также золу растений.

Более 95% добываемых из недр и вырабатываемых заводскими методами калийных солей используют в качестве удобрений. Их подразделяют на хлорсодержащие (основной компонент - KCl) и бесхлорные (K₂SO₄) удобрения.

Ценность калийных руд как сырья для получения калийных удобрений характеризуется количеством содержащихся в них солей калия, пересчитанным на так называемые единицы питательного вещества - окиси калия K₂O, а также степенью сложности извлечения этих солей из руды.

Наиболее ценными калийными рудами являются:

· сильвинит, представляющий собой породу состава mNaCI+nNaCl, которая содержит 14-18% К₂O,

· карналлитовые породы, с содержанием K₂O 8-10 вес.%;

· каинитовые породы, с содержанием K₂O 10-15 вес.%;

· хартзальц, с содержанием K₂O 10-15 вес.%.

В качестве примесей сильвиниту сопутствуют в небольших количествах соединения, магния, кальция и др. Из сильвинита получают и основное калийное удобрение-хлорид калия.

Основными рынками сбыта для российских удобрений являются рынки стран Латинской Америки и Китая. /2/

Области применения хлористого калия:

. Калий, наряду с фосфором и азотом, является одним из важнейших элементов, требующихся для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Поэтому калийные удобрения получили широкое применение в сельском хозяйстве.

. При нормальном калийном питании сельскохозяйственные культуры лучше переносят заморозки, меньше полегают. Особенно необходим калий молодым тканям. При недостатке калия растения переводят его из более старых листьев в молодые, вследствие чего старые преждевременно отмирают. /3/

. Калий способствует синтезу белка в клетках растений, а хлор препятствует поступлению вредных для человека нитратов из удобренной почвы.

. Хлористый калий оздоровляет почву, снижает поражения растений корневой гнилью, улучшает товарный вид, вкусовые качества плодов, картофеля, овощей.

. Калий является основной составной частью многих химических продуктов. Главнейшие из них: сильвин, поташ, хромпик, бромистый и йодистый калий и др.

. Соединения калия в значительных количествах используют в текстильной, стекольной, мыловаренной, фармацевтической, целлюлозно-бумажной, кожевенной, строительной, химической промышленности, а также в черной и цветной металлургии, пиротехнике, фотографии и т.п. /3/

---

Продуктом переработки сильвинитовой руды на флотационной фабрике является хлористый калий называемый в соответствии с ГОСТ 4568-95 «Калий хлористый 98%».

Основные константы продукции:

Ø химическая формула основного вещества - KCl;

Ø молекулярная масса - 74,555 ∙ 10^-24;

Ø температура плавления - 768⁰С;

Ø плотность отдельных кристаллов - (1950-2000) кг/м³;

Ø насыпная масса в зависимости времени хранения - (900-1400) кг/м³%

Ø растворимость хлорида калия составляет при 20⁰С - 34,3 г на 100 г Н₂О, при100⁰С - 55,5 г на 100 г Н₂О. /4/

Для улучшения качества продукции необходимо увеличивать содержание полезного компонента в продукте и соответственно уменьшение его в отходах производства.

Выбор и обоснование способа производства

Поскольку сильвинит представляет механическую смесь кристаллов сильвина и галита, их разделение, в настоящее время, с целью получения хлорида калия возможно несколькими основными промышленными методами:

Ø метод растворения и раздельной кристаллизации, основанный на различии температурных коэффициентов растворимости солевых составляющих руды (галургический метод);

Ø механическое обогащение породы, главным образом флотацией;

Метод растворения и раздельной кристаллизацией

Метод растворения и раздельной кристаллизации называют также галургическим или химическим методом. Галургический метод получения хлорида калия из сильвинита - циклический процесс с непрерывной циркуляцией в системе насыщенного хлоридом натрия растворяющего щелока. Галургический метод переработки сильвинитовых и карналлитовых руд впервые был освоен промышленностью в 1861 г. и до настоящего времени находит широкое применение на калийных предприятиях России, Германии, Франции.

Процесс растворения сильвинитовой руды основан на различной растворимости солей хлористого калия и хлористого натрия. При совместном растворении КСl и NaCl растворимость NaCl c повышением температуры повышается незначительно, а растворимость КСl резко возрастает.

Процесс выщелачивания КСl из сильвинитовой руды осуществляют горячим растворяющим щелоком. На выщелачивание КСl из сильвинита оказывают влияние температура и состав растворяющего щелока, состав и степень измельчения руды, количественное соотношение руда - растворяющий щелок и условия растворения (направление потоков твердой и жидкой фаз, скорость перемешивания и форма аппарата-растворителя). /3/

Принципиальная схема переработки сильвинитовых руд включает следующие основные операции:

---

) дробление сильвинитовой руды;

) выщелачивание сильвинита горячим растворяющим щелоком для извлечения в раствор KCl;

) отделение от раствора твердого галитового отвала и его промывка в целях уменьшения потерь KCl;

) выделение из горячего насыщенного щелока твердых примесей - солевого и глинистого шламов;

) противоточная промывка глинистого шлама горячей водой для уменьшения потерь KCl;

) охлаждение осветленного щелока с целью кристаллизации KCl с одновременным использованием тепла горячего раствора для подогрева растворяющего щелока;

) отделение кристаллов KCl от маточного щелока и их обработка в целях уменьшения слеживаемости;

) сушка кристаллов хлорида калия;

) нагревание маточного раствора перед подачей на выщелачивание;

) удаление, складирование или утилизация отходов - галитового отвала и глинистого шлама.

Эта принципиальная схема лежит в основе всех производств хлорида калия из сильвинитовых руд по химическому методу. Этот метод позволяет использовать руды сложного состава, с примесью больших количеств глинистых и магниевых минералов, переработка которых флотацией дает чрезмерно загрязненный хлорид калия. /2/

Достоинства:

Ø высокое качество продукта;

Ø возможность использовать для переработки низкокачественные руды;

Ø степень извлечения хлорида калия составляет 89-92 %;

Ø возможность комплексного использования сырья.

Недостатки:

Ø высокая интенсивность коррозии оборудования;

Ø высокие энергозатраты.

Метод флотации

Наряду с галургическим методом в калийной промышленности России и других стран все более широкое применение находит флотационный метод обогащения калийных солей.

Метод флотации основан на использовании различной смачиваемости водой минералов сильвина (КС1) и галита (NaCI) и прилипании частиц обогащаемого минерала к пузырькам пропускаемого через пульпу воздуха.

Силы поверхностного натяжения стремятся выровнять уровень жидкости, вследствие чего несмачиваемая (гидрофобная) частица, прилипая к пузырькам воздуха, выталкивается из жидкости и всплывает на поверхность, а смачиваемая (гидрофильная) погружается в жидкость.

Плотность агрегата минерал-воздух меньше, чем плотность того же объема пульпы, поэтому он всплывает на поверхность. Большинство минералов природных руд мало отличаются по смачиваемости друг от друга. Для их разделения необходимо создать условия неодинаковой смачиваемости водой отдельных компонентов породы, для чего применяют разнообразные химические соединения-флотационные реагенты. Они избирательно усиливают или ослабляют смачиваемость водой, а также прилипаемость к пузырькам воздуха взвешенных минеральных частиц. Внесенные в пульпу флотореагенты, называемые собирателями (коллекторами), адсорбируются поверхностью определенного минерала (минералов), образуя гидрофобный адсорбционный слой. Гидрофобизированные частицы прилипают к пузырькам воздуха и поднимаются на поверхность пульпы в пену, находящуюся на поверхности пульпы, и удаляются вместе с ней. Собирателями служат поверхностно-активные органические вещества, содержащие полярную и неполярную группы, например жирные кислоты и их мыла, такие, как олеиновая, нафтеновые. Полярные группы молекул собирателя при адсорбции направлены в сторону поверхности минеральных частиц, а неполярные-в сторону воды, образуя гидрофобную оболочку. Частицы, которые не адсорбируют коллекторы, в частности пустая порода, остаются в пульпе, образуя так называемый камерный продукт.

---