Извлечение таллия из растворов переработки пылей свинцового производства

Задание

Тема: “Извлечение таллия из растворов переработки пылей свинцового производства”

1 Выполнить металлургический расчет с составлением материального баланса по всем операциям с получением таллия

2 Выполнить расчет процесса экстракции (число ступеней экстракции, геометрические размеры экстрактора)

3 Графическая часть: экстрактор

Исходные данные:

Состав раствора, г/дм3: Zn – 65,Cd – 8,2,Tl – 0,35, In – 0,05,Fe – 0,01,H2SO4 – 18

Извлечение таллия:

- при экстракции 95-98%,

- при реэкстракции 99-99,5%.

Соизвлечение кадмия при экстракции 0,5%, плотность индиевого рафината 1,05 кг/дм3.

Производительность по раствору 150 м3/сут.

Содержание

Введение......................................................................................................... 3

1. Металлургические расчеты...................................................................... 6

1.1. Расчет технологического процесса..................................................... 6

1.2. Расчет процесса экстракции............................................................... 10

1.2.1. Расчет числа ступеней экстракции................................................. 10

1.2.2. Расчет экстрактора (смеситель-отстойник ящичного типа)....... 11

1.2.3. Расчет необходимого количества экстракторов.......................... 13

2. Мероприятия по технике безопасности................................................ 14

Список литературы...................................................................................... 15

Введение

Содержание таллия в земной коре 3.10-4% (по массе). Известны некоторые минералы таллия, но большая часть его находится в рассеянном состоянии в виде изоморфной примеси в сульфидных минералах свинца, цинка, меди, железа и в таких силикатах, как полевой шпат, слюда, лепидолит, где таллий замещает калий и рубидий. Наибольшие концентрации таллия обнаружены в сульфидах железа (пиритах и марказитах), где его содержание достигает 0,1-0,5%.

Основным сырьевым источником таллия в настоящее время служат отходы и полупродукты получаемые при переработке сульфидных руд. При окислительном и агломерационном обжиге сульфидных концентратов часть таллия уносится с газами и концентрируется в пыли электрофильтров и других пылеулавливающих устройствах. Это объясняется летучестью TlO2 и Tl2S.

При агломерационном обжиге свинцового концентрата более 50% таллия уносится с газами. Пыль электрофильтров обычно содержит десятые доли процента таллия. В процессе шахтной плавки в шлаки переходит до 20% таллия, остальное количество примерно поровну распределяется между свинцом и пылью. При рафинировании свинца большая часть таллия (70-80%) переходит в медистые съемы, 10-15% переходит в щелочной плав, получающийся при очистке свинца от мышьяка и сурьмы.

При обжиге цинковых концентратов большая часть таллия возгоняется и вместе с кадмием попадает в циклонную и котельную пыль. Пыли выщелачивают вместе с огарками, при этом ~ 85% таллия переходит в сернокислые растворы, при очистке которых таллий цементируется вместе с медью и кадмием и извлекается из кеков попутно с кадмием.

При окислительном обжиге медных концентратов весь таллий остается в огарке. В процессе отражательной плавки таллий распределяется между штейном и шлаком.

В процессе конвертирования медных штейнов 50-75% таллия переходит в шлаки, а в процессе фьюмингования шлаков 90-99% таллия концентрируется в возгонах.

Исходные материалы обычно содержат от сотых до десятых долей процента таллия. Из них таллий выщелачивают разбавленной серной кислотой. Для более полного извлечения проводят предварительную сульфатизацию гранулированного материала в кипящем слое при 300-400 0С.

Для получения таллиевых концентратов таллий выделяют из растворов в виде гидрооксида таллия (III), сульфида, хромата, хлорида таллия (I), извлекают ионным обменном или сорбцией, жидкостной экстракцией, цементацией. Выбор способа зависит от концентрации таллия в растворе и содержание сопутствующих элементов.

В курсовой работе таллий извлекают методом экстракции.

Экстракционные способы позволяют существенно упростить технологию извлечения таллия.

На отечественных предприятиях используют способ экстракции таллия из сернокислых растворов раствором иода в трибутилфосфате (ТБФ 50% -ный раствор в керосине). При контакте органической фазы с таллийсодержащим раствором некоторая часть йода переходит в раствор в виде ионов иода вследствии присутствия в растворе восстановителей: As (III), Fe (II) (если необходимо в раствор вводят восстановитель Na2SO3). Образующийся в растворе TlJ переходит в органическую фазу, образуя комплекс TlJ3.3ТБФ:

Tl+водн + J-водн + (J2.3ТБФ) орг ↔ TlJ3.3ТБФ

При небольшой концентрации ионов иода в растворе кадмий, медь, мышьяк, сурьма и цинк экстрагируются в малой степени. Индий необходимо предварительно извлечь из раствора, например, экстракцией Д2ЭГФК (ди-2-этилгексин фосфорной кислотой).

Таллий реэкстрагируют из органической фазы раствором 350 г/л H2SО4 с добавлением пероксида водорода для окисления ионов иода до элементарного иода, что приводит к разрушению комплекса и регенерации экстрагента:

2 (TlJ3.3ТБФ) + H2SО4 + Н2О2 + 3ТБФ = Tl3SO4 + 3(J2.3ТБФ) + 2 Н2О

При соответствующих отношениях объемов органической и водной фаз на стадиях экстракции и реэкстракции из исходных растворов, содержащих 0,2-0,6 г/л таллия, получают реэкстракты с концентрацией таллия 20-35 г/л, из которых выделяют черновой таллий цементацией на цинке [1].

Технологическая схема извлечения таллия из сернокислых растворов приведена на рисунке 1.

1. Металлургические расчеты

1.1. Расчет технологического процесса

Пересчитаем содержание компонентов раствора на заданную производительность 150 м3/сутки (150000 дм3/сутки).

Zn 65.150000 / 1000 = 9750 кг

Cd 8,2.150000 / 1000 = 1230 кг

Tl 0,35.150000 / 1000 = 52,5 кг

In 0,05.150000 / 1000 = 7,5 кг

Fe 0,01.150000 / 1000 = 1,5 кг

Н2SО4 18.150000 / 1000 = 2700 кг

1) Экстракция индия

Рассчитаем необходимые массы Д2ЭГФК и керосина при экстракции индия

Объем раствора на экстракцию 150000 дм3, содержание индия 0,05 г/дм3. при экстракции О: В = 1: 30. Плотность электролита 0,8 кг/дм3.

Объем экстрагента:

150000 / 30 = 5000 дм3

Масса экстрагента

5000.0,8 = 4000 кг

Экстрагент используется в виде 20% раствора в керосине, тогда масса Д2ЭГФК составит

4000.0,2 = 800 кг

Масса керосина

4000 – 800 = 3200 кг

В растворе, поступающего на экстракцию содержится 7,5 кг In. Извлечение индия в экстракт 99%. Тогда содержание индия в экстракте составит

7,5.0,99 = 7,43 кг

Рассчитаем массу исходного раствора

ρраствора = 65 + 8,2 + 0,35 + 0,05 + 0,01 + 18 + 1000 = 1092 г/дм3 = 1,1 кг/дм3

mраствора = V. ρраствора = 150000.1,1 = 165000 кг

По результатам расчетов составляем таблицу 1 материального баланса экстракции индия.

Таблица 1 - Материального баланса экстракции индия

Загружено			Получено
Наименование	Всего, кг	В нем In, кг	Наименование	Всего, кг	В нем In, кг
Раствор Д2ЭГФК Керосин	165000 800 3200	7,50 - -	Экстракт Рафинат	4007,43 164992,57	7,43 0,07
Итого	169000	7,50	Итого	169000	7,50

2) Экстракция таллия

Плотность индиевого рафината ~1,05 кг/дм3

VРАФ = m/ρ = 164992,57 / 1,05 = 157136 дм3

Содержание таллия в исходном растворе

52,5.103 / 157136 = 0,3 г/дм3

В реэкстракте содержание таллия 20-35 г/дм3 (примем 30 г/дм3) следовательно, обогащение

30 / 0,3 = 100 раз

На реэкстракции О: B = 10: 1, следовательно при экстракции О: B = 1: 10

Рассчитаем объем экстрагента

157136 / 10 = 15714 дм3

Экстрагент используется в виде 50% раствора ТБФ в керосине + 80 г/дм3 J2. При плотности экстрагента 0,8 кг/дм3 его масса составит

mэкстрагента = 15714.0,8 = 12571,2 кг

рассчитаем добавку J2 на экстракцию

15714.80 = 1257120 г = 12,57,12 кг

30% J2 надо восстановить сульфитом натрия по реакции

1257,12.0,30 = 377,13 mNa2SO3

J2 + Na2SO3 + Н2О = Na2SO4 + 2НJ

2.126,90 126

mNa2SO3 = (377,13.126) / (2.126,90) = 187,23 кг

Na2SО3 подается в виде раствора с содержанием 250 г/дм3. Примем плотность раствора 1 кг/дм3.