Развитие методов переработки серных флотационных концентратов

Исследованиями, проведенными в ПНР, доказана возможность получения флотационных концентратов с содержанием 90-93%, а применение специальных схем флотации позволяет достичь при этом извлечения 90% и выше.

Применение высокоэффективных  реагентов при флотации может позволить получить более богатые серой концентраты. При использовании новых реагентов в автоклавной плавке, таких, как сульфонол, сульфонатриевые соли и другие, процесс стабилизируется и извлечение при определенных условиях может достигать 85—90% и выше. Бурно развивающаяся нефтехимическая промышленность постоянно увеличивает выпуск различных поверхностно-активных веществ (ПАВ). Своевременные их подбор и применение обеспечат значительный эффект в производстве серы комбинированным методом.

В целях оптимизации  и интенсификации технологического процесса автоклавной плавки изыскиваются наиболее эффективные основные технологические параметры. Эта задача может быть решена с помощью математических методов с применением вычислительной техники.

1.6 РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ СЕРНЫХ ФЛОТАЦИОННЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

В последние годы наряду с совершенствованием автоклавного процесса разработан ряд новых комбинированных способов получения серы.

В зарубежной печати был  опубликован метод фирмы «Кемикл  констракшн корпорейшн», разработанный  для труднообогатимых руд. По этому методу пульпа с тонкоизмельченной рудой 0,28 меш (0,589 мм) предварительно нагревается до температуры плавления серы и перемешивается. При этом сера отделяется от породы, образуя свободные капельки. После резкого охлаждения продукт направляется на грохот для отделения глобул серы до 2 мм в диаметре, образовавшихся за счет коалесценции маленьких капель от столкновения при перемешивании пульпы. Агломерированные частицы с содержанием 96—98% серы удерживаются на грохоте (сито 20 меш, 0,833 мм) и поступают в сероплавильник. Извлечение серы не превышает 30—35%. Для повышения извлечения пульпу приходится подавать на флотацию, что значительно усложняет процесс. Флотоконцентрат поле обезвоживания направляется в сероплавильник.

Расплавленная сера из плавильника перекачивается насосом на фильтрпрессы, после которых получается сера в виде 99,5%-ного продукта, а кек с содержанием 40—50% серы возвращается

В зависимости от качества руды схема подвергается некоторым изменениям (например, исключается предварительное грохочение и др.). Общее извлечение серы по схеме «Кемикл» достигает 95%.

Основной проблемой  процесса является выбор соответствующих материалов, так как перерабатываемые руды, которые содержат пустую породу, вмещающую кварц, после измельчения в воде дают кислую реакцию (pH доходит до 2). Такая повышенная кислотность объясняется окислением части серы кислородом воздуха или, возможно, кислородом, растворенным в воде.

Для переработки серных руд месторождения Коув-Крик (США) применяли опытную схему по так называемому методу Сэлфэрдейла. По этому методу концентрат с содержанием 75% серы сгущается до 50-65% твердого, затем подвергается плавке под давлением с последующим фильтрованием. Содержание серы в кеке - от 15 до 50% в зависимости от условий опыта. Сера после фильтра получилась в виде 99,9%-ного продукта желтого цвета.

Интерес представляют также  опыты, проведенные во Львовском политехническом институте в 1955-1956 гг. В связи с применением фильтрации влажных кеков был получен высококачественный продукт при содержании серы в хвостах 8-12%. По-видимому, научно-исследовательские работы в данном направлении заслуживают внимания.

Промышленное применение нашел метод получения серы, представляющий собой комбинацию флотации и фильтрования. Хотя плавление серного концентрата в водяной суспензии под давлением весьма удобно и экономично, но осуществлять контроль за процессом трудно, поэтому вместо метода Сэлфердэйла был применен процесс безводного плавления концентрата в открытом сосуде с последующим фильтрованием. Такая схема в настоящее время применяется на Тарнобжегском серном комбинате. Серный концентрат, содержащий 80-85% серы, сгущается в аппаратах непрерывного действия, затем обезвоживается на центрифугах или фильтрах. Кек после фильтра влажностью 10-16% поступает в открытые плавильники, где при 130-150^° С вода испаряется, а сера расплавляется. Расплав серы насосами подается в дисковые фильтры, работающие под давлением 4 ат. Фильтрование продолжается до определенного увеличения сопротивления слоя на фильтрующей перегородке (сетке). Затем непрофильтрованна часть направляется в плавильник, а накопившийся осадок (кек) очищается с пластинок вручную после вскрытия фильтра. Процесс обеспечивает выпуск серы высокого качества (99,95% Э желтого цвета). Кек, содержащий 40—50% серы, направляется на сжигание для получения серной кислоты.

Для ПНР такая комбинация процессов экономически оправдана, так как запасов другого содержащего серу сырья, пригодного для производства серной кислоты, в стране нет. Недостатком отмеченного способа является периодичность процесса фильтрования, низкое прямое извлечение, применение ручного труда при очистке фильтрующих элементов. В настоящее время таким способом в ПНР получают около 0,5 млн. т серы в год.

Агломерированную пустую породу отделяют от расплавленной серы, пропуская всю ее массу через  сито с отверстиями 4 мм сквозь сито проходит чистая сера, на сите остается пустая порода с невысоким содержанием серы. Агломерирующий реагент отмывается от пустой породы водой, после чего используется в процессе, а пустая порода возвращается в цикл флотации для доизвлечения серы. В описанном процессе извлечение достигает 96%'. В хвостах остается 10—12% серы. Чаще всего для агломерации пустой породы применяют концентрированную 98%-ную серную кислоту или 60%-ные водные растворы высококипящих солей — хлористого кальция, хлористого магния, азотнокислого кальция, углекислого калия, уксуснокислого натрия, азотнокислого натрия и других с температурой кипения, превышающей температуру плавления серы.

В различных странах (Япония, США, Франция) предлагались способы  по отделению серы от содержащейся в концентрате пустой породы агломерацией последней в жидкой сере с применением высококипящих растворов.

1 — конденсатор; 2 —  вакуум-фильтр; 3 —плавильник; 4 — разделитель; 5 — подогреватель; 6 — центрифуга; 7 — транспортер; 8 — автомобиль.

Рисунок 5. Принципиальная схема переработки серного флотационного концентрата методом фазового обмена:

Основным аппаратом для переработки серного флотационного концентрата  является центрифуга со шнековой выгрузкой осадка

Фильтрующие центрифуги со шнековой выгрузкой осадка изготовляют с вертикальным и горизонтальным расположением ротора.

Ротор имеет коническую форму. Осадок перемещается вдоль стенок ленточным шнеком в направлении от узкого сечения ротора к широкому, вследствие чего уменьшается расход энергии на транспортирование осадка. Центрифуги данного типа предназначены для разделения концентрированных суспензий с крупнокристаллической, преимущественно растворимой твердой фазой объемной концентрацией не ниже 30%, с преобладающим размером твердых частиц более 150 мкм, что обусловлено шириной щелей сита.

В связи с повышенным содержанием твердой фазы в фильтрате его целесообразно возвращать в схему технологического процесса   или дополнительно  осветлять.  Высокий  фактор  разделения центрифуг позволяет получать осадок с малым содержанием жидкой фазы, в некоторых случаях без промывки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЭЕЛЕМЕНТОВ РОТОРА.

Исходные данные:

Рабочая угловая скорость ротора Диаметр обечайки рабочая температура стенки материал ротора – сталь 12Х18Н10Т плотностью Диаметр загрузочного отверстия плотность обрабатываемой среды Коэффициент прочности сварных швов , прибавка к расчетной толщине стенки Коэффициент Пуассона

Решение:

Допускаемое напряжение материала ротора:

 
где –поправочный коэффициент; 
- нормативно допускаемое напряжение материала ротора.

Допускаемое напряжение в зоне краевого эффекта:

Условный коэффициент  заполнения ротора:

Исполнительная толщина  сплошной стенки обечайки по формуле:

Толщина стенки обечайки с учетом перфорации:

где – коэффициент перфорации обечайки при расположении отверстий по вершинам квадратов:

Тогда  

Толщина плоского борта  в первом приближении по формуле:

Уравнения совместной деформации для узла соединения обечайки и борта с учетом направления действия нагрузок:

Радиальные и угловые  деформации края цилиндрической обечайки от действия :

Радиальные и угловые  деформации наружного края плоского борта от действия при

Подставим найденные  значения величин деформаций в систему  уравнений:

Группируя однородные члены  и решая систему линейных уравнений, получил, что при краевые нагрузки равны:

Меридиональное напряжение от действия сил инерции обрабатываемой среды:

Толщина стенки обечайки в краевой зоне в первом приближении  по формуле:

Сила  и момент при толщине стенки определяются путем вычисления радиальных и угловых деформаций обечайки и борта и подстановки их в систему уравнений совместности деформаций

Радиальные и угловые  деформации края цилиндрической обечайки от действия :

Радиальные и угловые  деформации наружного края плоского борта от действия при

Подставим найденные  значения величин деформаций в систему  уравнений:

Группируя однородные члены и решая систему линейных уравнений, получил, что при краевые нагрузки равны:

Напряжения в обечайке на внутренней поверхности края:

меридиональное

кольцевое

 

эквивалентное

 

          Так как  то условие прочности края цилиндрической обечайки выполняется.

          Размер краевой зоны по длине  образующей обечайки

 

Перечень ссылок

1. М.А Менковский ПРИРОДНАЯ  СЕРА.изд. «Химия »Москва 1972 г. 240с.

2. Ю.И Гусьев, И.Н Карасев,  Э.Э Кольман-Иванов и др. Конструирование и расчет машин химических производств. Издательство «Машиностроение» 1985г. 485 с.