Отделение растворения руды

 

Таблица 4 - Совместная растворимость хлоридов натрия и калия в воде при различных температурах

t° С	0	25	50	75	100	125
КСl, вес. %	7,35	11,15	14,7	18,35	21,7	24,9
NaСl, вес. %	22,35	20,4	19,1	17,75	16,8	16,3

 

Диаграмма 1 - зависимость совместной растворимости хлоридов натрия и калия от температуры

После обработки подобным раствором нового количества сильвинита из него будет извлекаться только хлорид калия, переходя в раствор, а хлорид натрия растворяться не будет.

 

5. Синтез и анализ ХТС

1. Структурная схема

Изображение всех элементов в виде блоков, указание соединения между элементами, которые отвечают материального или энергетического потоку.

 

2. Операторная схема

Отражает физико-химическую суть процесса.

 

3. Описание технологической схемы.

В основе процесса выщелачивания КО из сильвинита лежит частичное растворение хлорида натрия и, по возможности полное растворение хлорида калия в горячих щелоках. Процесс выщелачивания KCI из сильвинита основывается на различной растворимости солей КС1 и хлористого натрия (NaCl) в зависимости от температуры растворяющего щелока. Высаливание кристаллов NaCl происходит из-за лучшей растворимости кристаллов КС1 в водных растворах. Качество процесса выщелачивания КС1 из сильвинитовой руды зависит от следующих факторов:

а) температуры растворяющего щелока;

б) состава растворяющего щелока (процентного содержания КС1) и гранулометрического состава;

в) качества и крупности сильвинитовой руды;

г) условий растворения (интенсивность перемешивания, форма растворителей, схемы отделения).

Дробленый сильвинит после предварительной подготовки на участке размола поступает в расходные бункера или системой конвейеров подается в склад руды для создания необходимого запаса в период плановых проверок шахтного ствола или внеплановых простоев на руднике. Складирование сырья позволяет не приостанавливать работу рудника при аварийных остановках СОФ до пяти суток. Подача руды в расходные бункера  осуществляется кратцерами и конвейерами. Из расходных бункеров через распределительное устройство руда поступает на конвейеры и далее в шнековый растворитель (первый растворитель). Одновременно с рудой в первый растворитель подается самотеком средний щелок из шнекового растворителя (второй растворитель). С целью уменьшения образования солевого шлама в процессе выщелачивания растворители работают по принципу прямотока: руда и щелок перемещаются в одном направлении. Нерастворившаяся руда из первого растворителя обезвоживающим наклонным элеватором транспортируется во второй растворитель, где происходит довыщелачивание горячим растворяющим щелоком с температурой 108 - 118 °С. Нерастворившаяся часть сильвинита (галитовый отвал) из второго растворителя транспортируется обезвоживающим наклонным элеватором в шнековую мешалку, аналогичную по конструкции шнековым растворителям и работающую по принципу прямотока. С целью рекуперации тепла галитового отвала в нее подается вода и холодный растворяющий щелок насосом. Щелок за счет тепла отвала нагревается до температуры 45 - 70°С и самотеком поступает в отстойник Дорра для отделения мелкого солевого шлама. Галитовый отвал из шнековой мешалки подается обезвоживающим наклонным элеватором и  через течку сбрасывается на ленточные вакуум-фильтры  для обезвоживания. Щелок, захваченный ковшами наклонных элеваторов, стекает через перфорированные стенки ковшей обратно в растворители. Для предотвращения кристаллизации ковши наклонных элеваторов периодически промываются горячей водой. На время аварийной остановки тракта удаления галитового отвала предусмотрена циркуляция по схеме: скребковым конвейером с обезвоживающего наклонного элеватора  в первый растворитель. Регулирование процесса растворения осуществляется изменением температуры растворяющего щелока и перераспределения его между первым и вторым растворителями. Для обеспечения соответствующей температуры (особенно, в пусковой период) в растворитель через дюзы вводят острый пар. Неосветленный насыщенный щелок, получаемый в первом растворителе и имеющий температуру не ниже 93°С, плотность 1260 - 1280кг/м3, является конечным продуктом процесса растворения.

 С  отделения осветления сгущенная суспензия солевого шлама центробежными насосами подается для гидроклассификации и дополнительного сгущения на группы гидроциклонов, установленных над ленточными вакуум-фильтрами. Разгрузка групп гидроциклонов поступает непосредственно в течку обезвоживающего наклонного элеватора, где смешивается с галитовыми отходами, подаваемыми на фильтрацию. Слив групп гидроциклонов возвращается во второй шнековый растворитель (в зону подачи нерастворившейся части сильвинита молотого из первого шнекового растворителя).

Для контроля работы мешалок растворителей на мнемосхеме вынесены амперметры, показывающие нагрузку на электродвигатели. Галитовые отходы из шнековой мешалки  выгружаются обезвоживающим наклонным элеватором  и в элеваторной течке вакуум-фильтров смешиваются со сгущенной суспензией солевого шлама. Объединенные галитовые отходы поступают на ленточный вакуум-фильтр. При работе отделения соли на производство концентрата минерального «Галит» (состав ПГМ) солевой шлам по специальному трубопроводу, подаётся на ленточный вакуум-фильтр, а галитовый отвал подаётся на ленточные вакуум-фильтры. Разрежение, необходимое для обезвоживания галитовых отходов, создается водокольцевыми вакуум-насосами.

С целью снижения потерь КО с жидкой фазой галитовых отходов осуществляется их промывка на фильтре конденсатом.

Регенерация полотна ленточных вакуум-фильтров производится холодным растворяющим щелоком, подаваемым центробежным насосом из расходных баков. Щёлок после регенерации полотна стекает в бак- гидрозатвор. Щёлок из бака-гидрозатвора центробежным насосом откачиваются в шнековую мешалку. Основной фильтрат и промывные воды через ресивер  поступают в бак-гидрозатвор. Паровоздушная смесь из ресивера поступает в ловушку и далее кольцевым вакуум-насосом выбрасывается в атмосферу. Раствор из ловушки стекает в бак-гидрозатвор, где смешивается с объединенным фильтратом ленточного вакуум-фильтра. Раствор из бака-гидрозатвора центробежным насосом откачиваются в шнековый растворитель. Отфильтрованные галитовые отходы с влажностью не более 7% ленточным конвейером удаляются из основного корпуса.

 

Технологическая схема растворения см. «Приложение 1»

 

6. Выбор и обоснование конструкции основного аппарата

Реакционными аппаратами называются закрытые сосуды, предназначенные для проведения различных физико-химических процессов. Реактор — аппарат, в котором протекает основной процесс химической технологии; он должен работать эффективно, т. е. обеспечивать определенную глубину и избирательность химического превращения веществ.

Реактор должен удовлетворять следующим требованиям: иметь необходимый реакционный объем; обеспечивать заданную производительность и гидродинамический режим движения реагирующих веществ, создавать требуемую поверхность контакта фаз, поддерживать необходимый теплообмен, уровень активности катализатора и т. д. [7, 8, 9]

Конструкцию реакционного аппарата определяет ряд факторов: температура, давление, требуемая интенсивность теплообмена, консистенция обрабатываемых материалов, агрегатное состояние материалов, наличие или отсутствие катализаторов, заданная производительность аппарата, химический характер перерабатываемых материалов и другие специфические условия производства.

Реакционные аппараты классифицируют [7, 8]:

1) по назначению  — емкостные, тепловые, массообменные;

2) по конструктивному  материалу — стальные, чугунные, медные, пластмассовые и др.;

3) по способу  изготовления — сварные, литые, клепаные, паяные, кованые и др.;

4) по форме  — цилиндрические, сферические, конические, торовые, комбинированные;

5) по схеме  нагрузки — работающие под  атмосферным давлением или вакуумом, нагруженные внутренним или внешним  давлением;

6) по температуре  стенок — не обогреваемые, обогреваемые;

7) по тепловому режиму — изотермические, адиабатические, политропические;

8) по условиям  коррозионного воздействия —  работающие в условиях интенсивного  или умеренного разъедания;

9) по положению  в пространстве — вертикальные, горизонтальные, наклонные;

10) по способу сборки — разъемные, неразъемные; по толщине стенки- — тонкостенные, толстостенные (с цельной стенкой, многослойной стенкой);

11) по гидродинамическому  режиму — аппараты полного  вытеснения, полного смешения, промежуточные;

12) по организации  процесса — периодические, непрерывные, полунепрерывные.

Для растворения руды можно применять несколько аппаратов:

1. Корытный растворитель с отстойной камерой

Аппараты такого типа надежны в работе и обеспечивают высокую производительность. Наряду с этим они металлоемки, громоздки и требуют сравнительно больших расходов электроэнергии. Удельная производительность их невелика, что объясняется относительно низкой скоростью обтекания частиц, умеренной величиной поверхности соприкосновения фаз и существенным продольным перемешиванием. [3]

2. Растворитель с секционирующими шнеками

Конструкция аппарата полностью исключает вредное продольное перемешивание. Турбулизация жидкости и интенсивность массообмена зависят только от числа оборотов пропеллерных мешалок, т. е. не связаны с производительностью аппарата. Это позволяет регулировать время пребывания материала в аппарате и сохранять все условия для интенсивного растворения. Отсутствие застойных зон и перфорированных поверхностей исключает возможность закупорки, что расширяет область применения такого аппарата. [3]

3. Барабанный растворитель

Применяется для растворения крупнокускового материала. Барабанные растворители могут работать также по принципу противотока. В этом случае твердый материал перемещается лопатками, установленными внутри горизонтального барабана под небольшим углом к образующей в направлении движения материала. [3]

4. Горизонтальный корытный растворитель

Такие аппараты применяют для растворения калийных руд в оборотных маточных растворах. При соприкосновении сильвинитовой руды, содержащей КС1 и NaCl, с горячим маточным раствором, не насыщенны и KG1 и NaCl, растворяются обе соли. Далее, по мере насыщения раствора КС1, из него начинают кристаллизоваться мелкие частицы NaCl, экранирующие активную поверхность твердых частиц и осложняющие последующее осветление раствора.

7. Конструкция основного аппарата

Описание конструкции шнекового растворителя.

Шнековый растворитель состоит из сварного корпуса корытообразной формы с герметичной крышкой. Один торец корпуса имеет глухую торцевую стенку, а второй со стороны противоположной приводу имеет приямок, предназначенный для перегрузки отвала в элеватор. Внутри корпуса на всю длину проходит горизонтальный шнек с полым валом, выполненным из нержавеющей стали, диаметром 2000мм. Шнек состоит из трех секций, соединенных между собой фланцами и предназначен для перемешивания и транспортировки суспензии вдоль корпуса. Корпус растворителя внутри разделен перегородками, которые служат для изменения направления потока щелока с целью увеличения поверхности контакта растворяющего щелока с сильвинитом (галитом). Перегородки дополнительно служат для увеличения жесткости корпуса. Перегородки доходят до спирали, где имеют радиальные вырезы для прохождения щелока и сильвинита (галитом) вдоль растворителя. Вал ротора опирается на подшипники качения, установленные на двух опорах, находящиеся вне корпуса растворителя. Уплотнение вала ротора в корпусе растворителя сальниковое. На крьппке корпуса растворителя смонтированы дюзы, через которые в жидкость подается пар для поддержания необходимой температуры раствора. Растворитель опорожняется через аварийные клапана. Для удаления из растворителя и обезвоживания галитового отвала служит наклонный элеватор, смонтированный как целое с корпусом растворителя. Привод перемешивающего устройства осуществляется от электродвигателя через редуктор и открытую зубчатую пару со сменными шестернями,, позволяющими вращать ротор с частотой 8 об/мин. [2]

  Описание конструкции наклонного элеватора.

Наклонные элеваторы служат для удаления и обезвоживания руды и галитовых отходов из растворителей и мешалки. Наклонный элеватор состоит из корпуса коробчатой формы с вмонтированными барабанами: ведомый (в нижнем кармане) и приводной (в верхней секции), на которых установлена ковшовая цепь. Цепь движется по направляющим. Цепь состоит из двух пластинчатых цепей, скрепленных между собой осями, на которую крепятся ковши корытообразной формы. Стенки ковша перфорированы. Из кармана галитовьш осадок черпается перфорированными ковшами элеватора, в которых по мере подъема остатка производится его обезвоживание. Подъем ковшовой цепи осуществляется приводом, состоящим из редуктора и электродвигателя. С целью предотвращения забивки отверстий в ковшах под действием кристаллизации соли в конструкции элеватора предусмотрены специальные устройства (брызгалки) для промывки ковшей конденсатом или рассолом. Привод элеватора установлен на поворотной платформе, одна сторона которой закреплена шарнирно, а другая имеет гидростойки, предназначенные для натяжения цепи. В средней части платформа опирается на подкладки. Гидростойки работают от гидросистемы, которая включает в себя маслостанцию и гидропроводы. Работа по натяжению цепей наклонных элеваторов осуществляется ремонтным персоналом. [2]

Чертеж основного аппарата см. «Приложение 2»

 

8. Расчет материального баланса

9. Тепловой баланс

 

10. Охрана окружающей среды

Контроль за состоянием окружающей среды проводится санитарно-про-мышленной лабораторией (СПЛ) ОАО «Сильвинит» (аттестат аккредитации № РОСС RU. 0001.510968).

10.1. Охрана воздушного бассейна

При производстве технического хлористого калия источниками выбросов в атмосферу является технологическое оборудование отделения сушки. Характеристика выбросов приведена в таблице 10.1. 

Источниками технологических выбросов отделения сушки является технологическое оборудование сушки. В выбросах содержатся продукты сгорания топлива (двуокись азота, окись углерода, хлористый водород) и пыль готового продукта.

На СОФ имеются две технологические линии сушки; в качестве топлива ис-пользуется газ; в качестве резервного топлива – мазут. Технологическое оборудование подключено к индивидуальным системам газоочистки.

Дымовые газы отсасываются из верхней части печей КС дымососами и поступают на двухстадийную очистку. Пылеочистка осуществляется в циклонах. Далее дымовые газы поступают на стадию «мокрой» очистки в трубы Вентури, которые орошаются конденсатом из бака, затем в каплеуловители.

Пылевые фракции продукта из циклонов разгружаются через шлюзовые затворы на конвейера скребковый и смешиваются с основным продуктом. Стоки газоочистки стекают в сборник, откуда вместе с глинисто-солевым шламом сбрасываются на шламохранилище.

Очищенные и охлажденные дымовые газы из каплеуловителей выбрасываются в атмосферу через трубу высотой 40 м.

Допустимые количества нормируемых вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, приведенные в таблице 1, приняты в соответствии с “Разрешением на выброс загрязняющих веществ в атмосферу стационарными источниками загрязнения ОАО «Уралкалий», СКРУ-1 (в т.ч. БИС-2)», выданном Пермским межрегиональным управлением по технологическому и экологическому надзору» 1.01.2006 г. 

Значения ПДК загрязняющих веществ приведены в соответствие с документом “Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух (шестое издание)». С.-Петербург. 2005». Контроль состава и количества выбросов вредных веществ в атмосферу осуществляется СПЛ ОАО «Уралкалий» по графику, утвержденному главным инженером СКРУ-1 и согласованному в установленном порядке с инспектирующими организациями. [1]

10.2. Охрана водного бассейна

Сточные воды СОФ поступают в р. Черная.

Характеристика сточных вод приведена в таблице 10.2.

Допустимые количества вредных веществ, сбрасываемых в водные объекты, приведенные в таблице 10.2, приняты в соответствии с Лицензией на водопользование (поверхностные водные объекты), выданной Камским бассейным водным управлением Федерального агентства водных ресурсов 28.12.2005 г.