Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Исследование процесса хлорирования танталито-колумбитового концентрата и создание технологии совместной переработки танталито-колумбитового и лопаритового концентратов

Диссертация: Исследование процесса хлорирования танталито-колумбитового концентрата и создание технологии совместной переработки танталито-колумбитового и лопаритового концентратов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Впервые исследован процесс хлорирования танталито-колумбитового концентрата в расплаве эквимолярной смеси хлоридов калия и натрия и установлено, что до подачи хлора в расплаве происходит взаимодействие хлорида натрия и концентрата с образованием, метаниобатов и возможно метатанталатов натрия, а также хлористого железа, что способствует повышению скорости и степени хлорирования… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Аналитический обзор
    • 1. Физические и химические свойства тантала, ниобия и их соединений
      • 1. 1. Физические и химические свойства тантала, ниобия
      • 1. 2. Физические и химические свойства некоторых химических соединений тантала и ниобия
        • 1. 2. 1. Физические и химические свойства оксидов тантала и ниобия
        • 1. 2. 2. Физические и химические свойства хлоридов тантала и ниобия
    • 2. Структура потребления тантала и ниобия
      • 2. 1. Структура потребления тантала
      • 2. 2. Структура потребления ниобия
    • 3. Сырьевые источники
    • 4. Способы вскрытия танталовых и ниобиевых концентратов
      • 4. 1. Разложение плавиковой кислотой танталито-колумбитового концентрата
      • 4. 2. Разложение сплавлением с гидроксидами или карбонатами натрия и калия танталито-колумбитового концентрата
      • 4. 3. Сернокислотный способ вскрытия лопарита
      • 4. 4. Азотнокислотный способ
    • 5. Хлорные способы в цветной металлургии
      • 5. 1. Хлорирование в технологии тугоплавких металлов
        • 5. 1. 1. Титан
        • 5. 1. 2. Ниобий и тантал
        • 5. 1. 3. Цирконий и гафний
        • 5. 2. 4. Вольфрам и молибден
        • 5. 2. 5. Рений
        • 5. 2. 6. Металлсодержащие отходы
      • 5. 3. Хлорирование в технологии легких цветных металлов
        • 5. 3. 1. Магний
        • 5. 3. 2. Алюминий
        • 5. 3. 3. Берилий
      • 5. 4. Хлорирование в технологии тяжелых цветных металлов
        • 5. 4. 1. Медь и никель
        • 5. 4. 2. Олово
        • 1. 5. 5. Хлорирование в технологии благородных металлов
      • 1. 6. Цель и задачи работы
  • Глава 2. Исследование влияния некоторых факторов на хлорирование танталито-колумбитового концентрата
    • 2. 1. Хлорирование оксидов и минералов
    • 2. 2. Термодинамика процесса хлорирования танталито-колумбитового концентрата
    • 2. 3. Характеристика исходных и вспомогательных материалов
      • 2. 3. 1. Танталито-колумбитовый концентрат
      • 2. 3. 2. Хлор
      • 2. 3. 3. Кокс
      • 2. 3. 4. Исходные вещества для создания среды хлорирования
    • 2. 4. Описание лабораторной установки и методики проведения эксперимента
      • 2. 4. 1. Описание лабораторной установки
      • 2. 4. 2. Методика проведения эксперимента
        • 2. 4. 2. 1. Подготовка к проведению эксперимента
        • 2. 4. 2. 2. Методика проведения экспериментов и обработки результатов
        • 2. 4. 2. 3. Контроль процесса
    • 2. 5. Исследование состава и свойств исходного концентрата
    • 2. 6. Взаимодействие концентрата с расплавом хлоридов калия и натрия в присутствии углеродного восстановителя без участия хлора
    • 2. 7. Исследование влияния температуры на хлорирование концентрата
      • 2. 7. 1. Определение степени и скорости хлорирования концентрата, и его составляющих в зависимости от температуры
      • 2. 7. 2. Определение теплового эффекта хлорирования концентрата
      • 2. 7. 4. Выводы
  • Глава 3. Исследование влияния железа на хлорирование танталито-колумбитового концентрата. .70 3.1 Определение влияния железа на степень и скорость хлорирования концентрата и его составляющих
    • 3. 3. Выбор возможного варианта протекания хлорирования танталито-колумбитового концентрата в расплаве солей
    • 3. 4. Выводы
  • Глава 4. Исследование хлорирования смеси лопаритового и танталито-колумбитового концентратов
    • 4. 1. Влияние температуры на степень и скорость хлорирования смеси концентратов, а также составляющих концентратов в зависимости от температуры
    • 4. 2. Математическая обработка результатов экспериментов
    • 4. 3. Выводы
  • Глава 5. Укрупненно-лабораторное хлорирование. Выбор технологической схемы совместной переработки танталито-колумбитового концентрата
    • 5. 1. Испытание метода хлорирования смеси концентратов на опытной базе «Химико-металлургического завода имени Юдина»
      • 5. 1. 1. Описание установки для укрупненного испытания способа хлорирования смеси танталито-колумбитового и лопаритового концентратов
      • 5. 1. 2. Методика проведения эксперимента
        • 5. 1. 2. 1. Подготовка к проведению эксперимента
        • 5. 1. 2. 2. Методика хлорирования
      • 5. 1. 3. Результаты укрупненных испытаний
      • 5. 1. 4. Основные технико-экономические показатели процесса
    • 5. 2. Выбор технологической схемы совместной переработки танталито-колумбитового концентрата
      • 5. 2. 1. Описание представленных технологических схем совместной переработки танталито-колумбитового и лопаритового концентратов
      • 5. 2. 2. Характеристика исходного сырья, готовой продукции, основных и вспомогательных материалов
      • 5. 2. 3. Расчет материальных балансов по технологическим схемам
        • 5. 2. 3. 1. Расчет материального баланса по металлу
      • 5. 2. 4. Сравнение представленных технологических схем совместной переработки танталито-колумбитового и лопаритового концентратов
    • 5. 3. Выводы

Исследование процесса хлорирования танталито-колумбитового концентрата и создание технологии совместной переработки танталито-колумбитового и лопаритового концентратов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Тантал и ниобий — важнейшие промышленные материалы, обладающие рядом ценных свойств (тугоплавкость, жаропрочность, пластичность, коррозионная стойкость, магнитная ёмкость). Несмотря на малую распространенность (содержание тантала в земной коре > 2,5−10″ 4%, ниобия 2−10″ 4%) эти металлы применяют в ряде областей техники.

Мировые масштабы производства тантала и ниобия за последние 20 лет увеличились втрое. Производство тантала и ниобия в Российской Федерации значительно ниже и в ближайшие 5−7 лет в связи с потребностью в этих металлах будет наблюдаться существенный дефицит тантало-ниобиевой продукции.

В большинстве стран — производители тантала и ниобия используют богатое сырьётанталито-колумбитовый концентрат, содержание, суммы оксидов тантала и ниобия в котором составляет 60−65%. Основной поставщик этого концентрата на мировой рынок и в РФ — Бразилия, обладает самыми большими разведанными месторождениями танталито-колумбита. За рубежом танталито-колумбитовый концентрат преимущественно перерабатывают гидрометаллургическим способом. На данный момент в России нет разрабатываемых месторождений танталито-колумбита и предприятий, где можно использовать данную технологию.

В настоящее время основной крупный отечественный производитель тантало-ниобиевой продукции — ОАО «Соликамский Магниевый Завод». На предприятии хлорированием в расплаве солей перерабатывают лопаритовый концентрат Ловозерского месторождения, содержание в котором оксида ниобия 8−9% и тантала 0,7%. К достоинствам процесса хлорирования можно отнести возможность переработки сложного сырья и его комплексное использованиеглубокое разделение и очистку продуктов методами дистилляции, ректификации, избирательного восстановленияполучение из хлоридов металлов, разнообразных соединений для различных отраслей техники. Производственные мощности Ловозерского горно-обогатительного комбината — единственного производителя лопаритового концентрата, ограничены. Для избежания наметившегося дефицита тантала и ниобия необходимо вовлекать в сферу производства другие сырьевые источники, в частности танталито-колумбитовый концентрат.

Данные по хлорированию танталито-колумбитового концентрата в расплаве хлористых солей отсутствуют. Поэтому исследование и разработка технологии совместного хлорирования танталито-колумбитового и лопаритового концентратов представляются актуальными.

Выводы по работе.

1. Анализ научной литературы выявил, что данные по хлорированию танталито-колумбитового концентрата в расплаве хлористых солей отсутствуют.

2. Термодинамический расчёт реакций хлорирования компонентов танталито-колумбитового концентрата показал, что в интервале температур 537 — 1273 К протекание реакций возможно с образованием С02 и СО. Наибольшая убыль энергии Гиббса характерна для всех реакций в интервале температур 1023−1123 К.

3. Впервые исследован процесс хлорирования танталито-колумбитового концентрата в расплаве эквимолярной смеси хлоридов калия и натрия и установлено, что до подачи хлора в расплаве происходит взаимодействие хлорида натрия и концентрата с образованием, метаниобатов и возможно метатанталатов натрия, а также хлористого железа, что способствует повышению скорости и степени хлорирования танталито-колумбитового концентрата.

4. Изучено влияние температуры на хлорирование танталито-колумбитового концентрата. Показано, что скорость и степень хлорирования концентрата возрастает с увеличением температуры. Извлечение в конденсат ниобия и тантала больше, чем у других составляющих танталито-колумбитового концентрата и его смеси с лопаритовым.

5. Определена кажущаяся энергия активации хлорирования в интервале температур 10 231 123 К танталито-колумбитового концентрата в расплаве, равная 100 кДж/моль, что свидетельствует о протекании процесса в кинетической области.

6. Измерен и по экспериментальным данным рассчитан тепловой эффект хлорирования 1 кг танталито-колумбитового концентрата. Процесс хлорирования — экзотермический процесс. Тепловой эффект хлорирования 1 кг танталито-колумбитового концентрата при температуре хлорирования 1123 К равен 1068±97 кДж, что примерно в 1,5 раза меньше теплового эффекта хлорирования 1 кг лопаритового концентрата при температуре 1273 К.

7. Изучено влияние исходной концентрации хлористого железа на скорость и степень процесса хлорирования, а также извлечения в конденсат составляющих концентрата. Установлено, что скорость и степень хлорирования концентрата при температуре 1023 К возрастает с увеличением исходного содержания хлористого железа в расплаве. Рассчитано удельное количество растворенного хлора, диффундирующего через расплав к частице минерала, а также удельное количество хлора, транспортируемое через расплав при помощи иона РеСЦ", при различной исходной концентрации хлористого железа в расплаве. При содержании хлорного железа в расплаве более 5% часть хлора транспортируется ионом РеСЦ" и хлорирование протекает с участием активного хлора.

8. Изучено влияние температуры на скорость и степень процесса хлорирования смеси танталито-колумбитового и лопаритового концентратов, а также составляющих концентратов. Выявлен синергетический эффект при хлорировании смеси танталито-колумбитового и лопаритового концентратов в расплаве. Степени хлорирования смеси концентратов составили при 1023 К 65,34%- при 1073 К 87,94%- при 1123 К 99,01%, что выше степеней хлорирования танталито-колумбитового концентрата при этих температурах.

9. Проведена математическая обработка экспериментальных данных. Полученные результаты представляют собой исходные данные для построения программ алгоритмов работы задатчиков и контролеров для автоматизации процессов хлорирования концентратов.

10. На опытной базе «ХМЗ имени Юдина» проведено укрупнено-лабораторное хлорирование смеси танталито-колумбитового и лопаритового концентратов. Прямое извлечение тантала в конденсат ПГС составило 87,5%, ниобия 99,5%. Определены удельные нормы расхода хлора, пекового кокса, аргона и электричества.

11. Рекомендована технология совместной переработки танталито-колумбитового и лопаритового концентратов, которая позволит без дополнительных капитальных затрат на проектирование и строительство увеличить масштабы производства танталовой и ниобиевой продукции.

Показать весь текст

Список литературы

  1. С.С. Коровин, Д. В. Дробот, П. И. Фёдоров / Редкие и рассеянные элементы, химия и технология 2 том. М.: МИСиС 1999.
  2. К.А. Большаков / Химия и технология редких и рассеянных элементов 2 том. — М.: Высшая школа 1978, с 45−56.
  3. Ф. Фейрбротер, / Химия ниобия и тантала. М. Металлургия 1972, перевод с английского языка.
  4. С. К. Gupta / Tantalium / International Metals Reviews 1984, s 23.
  5. Я. Горощенко / Химия тантала и ниобия. — Киев: Наукова думка 1965.
  6. Ю.С. Кузьминов / Ниобат и танталат лития. М.: Наука 1975.
  7. А.Н. Зеликман / Металлургия тугоплавких редких металлов М.: Металлургия 1986.
  8. Р. Киффер, X. Браун / Ванадий, ниобий, тантал. М. Металлургия 1968, перевод с немецкого языка.
  9. К.Е. Уикс, / Термодинамические свойства 65 элементов, их оксидов, галогенидов, карбидов и нитридов М. Металлургия 1965 перевод с английского.
  10. Ю.Б. Патрикеев, Н. С. Воробьева, А. Б. Зайцев / Оксид тантала / Цветные металлы № 3- 1985, с 22.
  11. М.А. Фрилянд, Е. А. Семенова / Свойства редких металлов. М.: Металлургиздат 1964.
  12. Б.Г. Коршунов, C.JI. Стефанюк / Введение в хлорную металлургию редких металлов М.: Металлургия 1970.
  13. A.A. Фурман, Б. В. Рабовский / Основы химии и технологии безводных хлоридов. -М.: Химия 1970.
  14. А.Н., Коршунов Б. Г., Елютин A.B., Захаров A.M. / Ниобий и тантал. М.: Металлургия 1990.
  15. А.Н. Зеликман, Б. Г. Коршунов / Металлургия редких металлов. М.: Металлургия, 1991.
  16. И. М. Петров / Перспективы развития рынка тантала / Новые рынки № 3−4 2005, с 38.
  17. Е.М. Эпштейн, Т. Ю. Усова, H.A. Данильченко и др. / Состояние, перспективы освоения и развития минерально-сырьевой базы. / Минеральное сырье № 8, Серия геолого-экономическая М.: ВИМС, 2004, с 44.
  18. A.B. Наумов / Обзор мирового рынка редкоземельных элементов / Известия вузов Цветная металлургия № 1. 2008, с 41.
  19. И.В., Майоров В. Г., Николаев А. И. // Применение октанола для экстракции фтористоводородной и серной кислот / Сборник трудов научно-практической конференции МГТУ — М.: 2000.
  20. В.Н. Муленко, A.A. Сладков, Ю. Е. Сутырин / Комплексная переработка минерального сырья пиро и гидрометаллургическими способами. М., ВИМС 1982.
  21. И.С. Морозов / Применение хлора в металлургии редких и цветных металлов. М.: Наука 1966, с 65−68, 78.
  22. И.С. Морозов и др / Хлорирование в технологии редких металлов / ЖПХ № 3. 1964, с 67, 77, 102.
  23. В.А. Гармата, А. Н. Петрунько, Н. В. Галицкий, Ю. Г. Олесов, P.A. Сандлер / Титан. -М.: Металлургия 1983, с 226, 410, 123.
  24. В.А. Гармата, Б. С. Гуляницкий, В. Ю. Крамник / Металлургия титана. М.: Металлургия 1968, с 56, 123, 130.
  25. В.А. Резниченко и др / Титан и его сплавы. — М.: Издательство АН СССР 1960.
  26. В.А. Резниченко, B.C. Устинов, И. А. Карязин, J1.H. Петрунько / Электрометаллургия и химия титана. М.: Наука 1982, с 115.
  27. О.Г., Пашков Г. Л. // Проблемы современной металлургии титана -Новосибирск: Издательство Сибирского отделения РАН, 2008, с 112−123.
  28. Г. Шеффер, перевод с немецкого / Химические транспортные реакции. М.: Химия 1964, с 55.
  29. А.Б. Безукладников / Механизм и кинетика хлорирования двуоксида титана в расплавленном карналлите / ЖПХ № 1. — 1967, с 38−42.
  30. А.Б. Безукладников / Кинетика процесса хлорирования титанового шлака / ЖПХ № 2. 1967, с 38−41.
  31. Д.В Дробот / Хлорные методы в технологии переработки редкоэлементного сырья. — М.: Металлургия 2001, с 15, 35.
  32. ВГ.Г. Уразов и др / Хлорирование в ШЭП / ЖПХ № 13. 1940, с 112.
  33. В.А. Крохин, H.A. Мальцев, С. П. Соляков и др. / Хлорная металлургия редких металлов / Научные труды Гиредмета т 24. 1969, с 65−80.
  34. Р.Х. Курмаев / Растворимость оксидов в расплаве эквимолярной смеси хлоридов калия и натрия / Известия вузов Цветная металлургия № 4. — 1968, с 39.
  35. О.Н. // Комплексная переработка стрюверитового концентрата хлорным методом / Автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук — Екатеринбург: 1999.
  36. Г. В., перевод с английского, / Цирконий Л.: Химия 1955, с 65.
  37. Г. В. Серяков и др / Хлориды циркония и гафния / ЖНХ № 12. 1967, с 78, 90.
  38. Ф.М. Перельман / Металлургия гафния М.: Металлургия 1967 перевод с английского, с 123, 137.
  39. И.А. Шека, К. Ф. Карлышева / Химия гафния. Киев: Наукова думка 1972, с. 11.
  40. Д.С. // Разработка сольвометаллургического процесса переработки материалов ТВЭЛ методом низкотемпературного хлорирования с использованием хлорида Fe(III) / Автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук-М.: 2007.
  41. A.A. Фурман / Неорганические хлориды, химия и технология. М.: Химия 1980.
  42. W.J. Kroll / Wolfram chlorides / Metal Industry № 1. 1952, s 54, 67, 90.
  43. М.Я Иванов, А. Н Зеликман, C. JI Стефанюк / Получение пентахлорида молибдена хлорированием ферромолибдена в солевом расплаве / Сборник научных трудов. — М.: МИСиС 1972, с 45, 87.
  44. A.B. // Физико-химические основы переработки Ta-W-Nb содержащего сырья методом хлорирования / Автореферат диссертации Соликамск: 1997.
  45. L.E. Candlish, P. Seegopaul / Chlorines processes / Europian Conf. -Munich 1996, s 8.
  46. D.V. Drobot, V.l. Bukin / Recycling of rhenium / International Symposium on Rhenium and Rhenium alloys. Orlando, 1996, s 112.
  47. А.Б. Безукладников, Я. Е. Вильнянский / Неорганические хлориды / ЖПХ № 1. — 1961, с 32.
  48. O.E. Крейн / Отходы рассеянных редких металлов. -М.: Металлургия 1988.
  49. А.А Цурика, А. И. Добрынин, A.B. Фомин, А. В Чуб, Д. В Дробот / Хлорирование феррониобия / Известия вузов Цветная металлургия № 3. — 2000, с 31.
  50. И.Ф. Худяков, А. П. Дорошкевич, C.B. Карелов / Комплексное использование сырья при переработке лома и отходов цветных металлов. М.: Металлургия 1985, с.
  51. А.А Варганова, Д. В. Дробот, A.B. Чуб / Хлорирование порошков тантала, ниобия, титана и сплавов на их основе / Известия вузов Цветная металлургия № 1. -2005, с 57.
  52. В.Н. Булгаков, В. А. Крохин, J1.B. Мельников / Способ хлорирования редких металлов / A.c. 292 334 (СССР).
  53. Д.В. Дробот, В. А. Крохин, H.A. Мальцев, A.B. Чуб / Проблемы применения хлорных методов в металлургии редких металлов М.: Металлургия 1991, с 21, 28, 33.
  54. .Г., Дробот Д. В., Чуб A.B. // Успехи и проблемы технологии хлорирования комплексного титано-ниобиевого сырья / Сборник научных трудов МИСиС. М.: Металлургия, 1987, с 45.
  55. W. Weibke / Chlorung / Zeitschrift anorganische und algemeine Chemie № 3. — 1937, s 15.
  56. В.Д. Язев / Совершенствование конструкции карналитового хлоратора. Соликамск 2006, с 135.
  57. Ю.А. Лайнер, A.C. Тужилин, С. П. Перехода / Переработка низкосортного алюминиевого сырья хлорированием / Известия вузов Цветная металлургия № 3.-2004.
  58. Т.Н. Ветчинкина, Ю. А. Лайнер, Б. А. Симановский / Научные и технологические основы хлорирования алюминийсодержащего сырья / Международная научно-практическая конференция металлургии легких металлов. Проблемы и перспективы. -Москва 2004, с 456.
  59. В.И. Спицин, О. М. Гвоздева / Хлорирование оксидов и природных соединений. -ОНТИ 1931, с 17.
  60. Д.М. Чижиков / Хлорный метод переработки полиметаллических руд и концентратов. ОНТИ 1936, с 34, 45.
  61. И.Е. Аладуров / Химическая промышленность. ОНТИ 1928, с 23, 31.
  62. W. Kangro, R. Jahn / Chloration / Zeitschrift anorganische und algemeine Chemie № 1. — 1933, s 34.
  63. В.И. Спицин, H.A. Преображенский / Хлорирование оксидов тяжелых цветных металлов / ЖОХ № 9. 1940 с 32.
  64. F. Ritter / Korrosions tabellen metallisches Merkstoffe. Vienna 1937, s 13.
  65. D. Pinas / Chloration von Edelmetallurgie/ Erzmetal № 1. — 1990, s 23.
  66. Ю.А. Котляр, M.A. Меретуков, Л. С. Стрижко / Металлургия благородных металлов. М.: Металлургия 2005, с 231.
  67. А.И. Беляев / Физическая химия расплавленных солей. Л.: Химия 1957, с 45−47.
  68. А.Н. Зеликман, H.H. Горовиц / Взаимодействие хлорида натрия с триоксидом молибдена / ЖОХ № 6. 1954, с 512.
  69. Н.К. Воскресенская, Г. П. Будова / Взаимодействие хлорида натрия с пентаоксидом ниобия / ЖОХ № 2 1960, с 51.
  70. Б.Г. Коршунов, В. В. Сафонов, Д. В. Дробот / Диаграммы плавкости хлоридных систем. Л.: Химия 1970, с 45, 51.
  71. .Г., Сафонов В. В. // Галогениды / Справочник — М.: Металлургия 1991.
  72. .Г., Сафонов В. В. // Галогенидные системы / Справочник М.: Металлургия 1984, с 34.
  73. К.Д. Мужжавлев, O.A. Лебедев, О. Н. Дроняева / Растворимость хлора в расплавленных хлоридных электролитах / Цветные металлы № 10. 1970, с 45.
  74. О. Кубашевский, С. Б. Олкокк / Металлургическая термохимия М.: Металлургия 1983, с 211.
  75. Д.А. Франк-Каменецкий / Диффузия и теплопередача в химической кинетике -М.: Наука 1947, с 51.
  76. A.A. Титов, Ю. Н. Назаров и др. / Поисковые решения по выбору оптимальной схемы переработки импортного танталсодержащего сырья / Отчет о научно-исследовательской работе М.: Гиредмет, 1986, с 21, 24.
  77. И.П. Соколов, Н. Л. Пономарёв / Введение в металлотермию М.: Металлургия 1990.
  78. О. Kubaschewski, W. Weber / Eigenschaften von Oxiden von Tantalum/ Zeitschrift Elektrochemie № 2. 1950, s 13, 23.
  79. У.Д., Маширов В. П., Рябцов Н. Г. и др. / Термодинамические свойства неорганических веществ. М.: Атомиздат 1965.
  80. Н. Schafer und andere / Termodinamika / Zeitschrift anorganische und algemeine Chemie № 1. 1964.
  81. Р.Ф. // Тугоплавкие соединения. Термодинамические характеристики / Справочник. Киев: Наукова думка, 1971.84. www.chem.msu.su / Справочник по термодинамике элементов и соединений.
  82. Чуб A.B. // Гибкие многоцелевые технологии глубокой переработки редкоэлементного сырья хлорным методом / Автореферат диссертации на соискание степени доктора технических наук Соликамск: 1999.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?