Проектирование участка переработки урановых концентратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Объектом разработки является участок переработки урановых концентратов.

Целью настоящей работы является проектирование участка по переработке урановых концентратов с получением аммонийуранилтрикарбоната производительностью 2000 т/год по урану.

В ходе работы были выбраны и обоснованы технологическая и аппаратурная схемы производства, рассчитан материальный баланс основной технологической цепи, выбрано и рассчитано оборудование для основной технологической цепи. На основании произведенных расчетов спроектировано здание отделения и выполнена компоновка оборудования в нем. Выполнен компоновочный чертеж отделения. Дана финансово-экономическая оценка проекта.

Расчеты и оформление проекта выполнялись с помощью ЭВМ с использованием прикладных программ MS Excel и MS Visio.

Пояснительная записка оформлена согласно ГОСТ 7.32 - 2001.

Задание на курсовое проектирование

Тема курсового проекта: проектирование участка переработки урановых концентратов; конечный продукт - аммонийуранилтрикарбонат, производительность 2000 т/год по металлу.

Средний химический состав исходных концентратов:

- в закиси-окиси, %: U - 51, Fe(II) (III) - 8,3, Mg - 1,8, Ca - 6,0, Cu - 0,1, SiO2 - 0,5, W(VI)-0,005, F--0,2, SO3-0,5, V(V)-0,012, Cr - 0,01;

- в уранилтрикарбонате аммония, %: УТКА - 94, Fe(OH)3 - 2, Ca(OH)2 - 0,8, Mg(OH)2 - 0,2, H2O - 3;

- в диуранате аммония, %: (NH4)2U2O7 - 92, FeSO4 - 3, CuSO4 - 1, Ca(OH)2 - 0,7, Mg(OH)2 - 0,1, H2O - 3,2.

С закись-окисью поступает 70% металла, с уранилтрикарбонатом аммония - 5%, с диуранатом аммония - 25%.

Обозначения и сокращения

АУТК - аммонийуранилтрикарбонат;

ТБФ - 3-бутил фосфат;

Ди-2 ЭГФК - Ди-2-этилгексилфосфорная кислота;

ЛГФ - листовой горизонтальный фильтр;

ДВФ - дисковый вакуумный фильтр;

ТВФ - фильтр с тонковолокнистой загрузкой;

РЭД - разбавитель экстракционный диароматизированый.

Введение

Уран - 92-й элемент периодической системы Д.И. Менделеева, последний и самый тяжелый из существующих в природе элементов. Это один из самых необходимых в наши дни элементов, основа атомной энергетики, исходный материал для атомной бомбы, тепловыделяющих элементов энергетических установок атомных электростанций, атомных подводных лодок, атомных ледоколов. Основываясь на данных потребления энергии человеком, можно сделать вывод, что атомная энергетика является единственным перспективным источником для производства электроэнергии.

В 1789 году, берлинский химик М. Клапрот открыл в так называемой смоляной руде одного из саксонских месторождений (сейчас Яхимово, Чехия) новый для того времени элемент. Клапрот назвал его ураном в честь планеты Уран, незадолго до этого открытой астрономом В. Гершелем.

Именно то, что уран является основой атомной энергетики, обусловило развитие урановой промышленности. Она развивалась в 50-60 гг. такими быстрыми темпами, которых не знала ни одна отрасль металлургии и горнорудной промышленности. По количеству добываемой и перерабатываемой руды урановая промышленность в настоящее время сравнима с такими старыми отраслями цветной металлургии, как медная или свинцово-цинковая, а по выработке концентратов металла - с производством молибдена и никеля.

Химическая технология урана является наукой о методах и процессах химической переработки природных урановых руд в конечную
продукцию - металлический уран, оксиды, нитриды, карбиды урана и др. В современной атомной технике уран применяют в качестве основного источника ядерного топлива, причем используют системы на основе, как самого металлического урана, так и его соединений.

Многообразие форм конечных и промежуточных соединений урана, а, следовательно, и технологических методов, многочисленность стадий и производственных переделов, высокие требования к качеству конечной продукции обуславливают сложность технологии урана, требующей в связи с этим глубоких теоретических и физико-химических обоснований. В химической технологии ядерного топлива и, вообще в технологии атомных материалов, технология урана занимает основное положение.

Современная урановая промышленность - крупнейшая новая и быстро развивающаяся отрасль химико-металлургической промышленности, в которой сконцентрированы последние достижения химической технологии, гидрометаллургии, автоматизации, кибернетики, приборостроения, контрольно-измерительной и вычислительной техники. Она является одной из самых передовых среди других отраслей химической индустрии в нашей стране. В урановой технологии широко применяют новые процессы - ионный обмен на синтетических ионообменных смолах, жидкостную экстракцию органическими реагентами, включая фосфорорганическими соединениями, аминами и др.

Последние методы приобретают все большее значение в технологии урана. Они основаны на свойствах некоторых растворителей, не смешивающихся с водой, образовывать с солями урана и уранила комплексы, растворимые в избытке растворителя. При контактировании растворов уран распределяется между водной и органической фазами. Характер распределения зависит от условий процесса, которые можно подобрать таким образом, что уран количественно извлекается в органическую фазу, а примеси остаются в водной. Таким образом, экстракционное извлечение урана всегда связано с концентрированием и очисткой от примесей.

Экстракционный передел обладает рядом преимуществ по сравнению с сорбционным процессом извлечения урана из растворов. Применяемые в настоящее время экстрагенты обладают большей емкостью по урану, чем твердые сорбенты, следовательно, при переработке одного и того же количества материала расход экстрагента значительно меньше. Полная рециркуляция экстрагента происходит во много раз быстрее, чем рециркуляция сорбента. Кроме того, экстрагенты в большинстве своем дешевле сорбентов, что также в существенной степени улучшает экономику уранового производства.

Экстракционный процесс еще более эффективен по сравнению с осадительной очисткой: низкий расход реагентов, малая концентрация урана в рафинате, небольшой объем сбросных растворов, а также более высокая селективность процесса. Экстракционное извлечение имеет еще одно преимущество - поскольку процесс связан с контактированием и разделением только жидких сред, его легко контролировать, и он может быть легко автоматизирован.

Настоящий курсовой проект посвящен проектированию участка переработки урановых концентратов с полученем в качестве конечного продукта кристаллов АУТК.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА

1.1 Выбор и обоснование технологической схемы

В отделение на переработку поступает урановый концентрат. Средний химический состав исходных концентратов:

- в закиси-окиси, %: U - 51, Fe(II) (III) - 8,3, Mg - 1,8, Ca - 6,0, Cu - 0,1, SiO2 - 0,5, W(VI)-0,005, F--0,2, SO3-0,5, V(V)-0,012, Cr - 0,01;

- в уранилтрикарбонате аммония, %: УТКА - 94, Fe(OH)3 - 2, Ca(OH)2 - 0,8, Mg(OH)2 - 0,2, H2O - 3;

- в диуранате аммония, %: (NH4)2U2O7 - 92, FeSO4 - 3, CuSO4 - 1, Ca(OH)2 - 0,7, Mg(OH)2 - 0,1, H2O - 3,2.

С закись-окисью поступает 70% металла, с уранилтрикарбонатом аммония - 5%, с диуранатом аммония - 25%.

Урановые концентраты перерабатываются по следующей технологической схеме:

- загрузка хим. концентратов;

- выщелачивание азотной кислотой;

- отстаивание пульпы;

- фильтрация пульпы;

- подготовка раствора для экстракции;

- обработка нерастворимого остатка;

- экстракция;

- промывка обогащённого металлом экстрагента водой;

- реэкстракция с получением кристаллов АУТК;

- возвращение реэкстрагированнной органической фазы на операцию экстракции;

- промывка кристаллов АУТК содовым раствором;

- обезвоживание кристаллов АУТК в центрифуге.

Как видно из технологической схемы свой выбор я остановил на выщелачивании химконцентратов азотной кислотой и последующей экстракционной переработке урановых растворов, так как:

1) содержание урана в растворах, полученных в результате вскрытия концентратов азотной кислотой, довольно значительно;

2) в результате экстракционного разделения твёрдая фаза не образуется;

3) резко снижается объём сбросных растворов;

4) равновесие устанавливается в течение нескольких минут;

5) упрощённое аппаратурное оформление;

6) полная автоматизация процесса;

7) потери экстрагента ничтожно малы, а его регенерация не вызывает затруднений;

8) достигается концентрирование урана с одновременной очисткой;

9) относительная дешевизна реагентов.

Как было сказано выше, выщелачивание химконцентратов производится азотной кислотой в результате чего происходит перевод урана в уранилнитрат. Азотная кислота - реагент дорогой, но её использование оправдано экономически, так как выщелачиванию подвергаются богатые по металлу концентраты, а дальнейшей стадией переработки является экстракция урана из азотнокислой рседы.

Подготовка раствора к экстракции включает в себя отстаивание пульпы, фильтрование осветлённой её части, охлаждение фильтрата, а также корректировку массовой концентрации азотной кислоты и урана в растворе.

Экстракционный метод разделения основан на свойстве не смешивающихся с водой органических растворителей (спирты, простые и сложные эфиры, кетоны, альдегиды, амины, фосфорорганические кислородосодержащие соединения) избирательно образовывать с соединениями урана комплексы, которые растворимы в избытке растворителя. При смешении водных растворов урана и органических растворителей уран распределяется между водной и органической фазами, причём всегда можно подобрать условия, при которых уран количественно переходит в органический растворитель, а примеси остаются в водной фазе. После экстракции производится разделение фаз, экстрагируемое вещество извлекается из органической фазы, которая повторно направляется на экстрагирование.

Большую роль в экстракционном методе играет выбранный экстрагент - органическое соединение, не смешивающееся с водой, способное извлекать из водной фазы металл (металлы) благодаря образованию с ним растворимых в органической фазе комплексных соединений или солей.

К экстрагентам, используемым в промышленности, предъявляются определённые требования. Он должен обладать высокой ёмкостью (экстракционной способностью) и селективностью по отношению к извлекаемому металлу, низкой растворимостью в воде и водных растворах (высокая растворимость приводит к значительным потерям экстрагента). Важная простота регенерации экстрагента и его химическая устойчивость в водных растворах (экстрагент не должен гидролизоваться, окисляться или восстанавливаться компонентами раствора). Экстрагенты, применяемые в технологии радиоактивных металлов, должны обладать радиационной стойкостью. Для лучшего разделения фаз после их перемешивания необходимо, чтобы экстрагент имел низкую вязкость и отличался от водной фазы по плотности (обычно с этой целью к экстрагенту добавляют разбавитель), необходимы высокая скорость и полнота разделения фаз после контакта. Для безопасности экстрагент должен быть как можно менее летучим, вязким, токсичным, и иметь высокую температуру вспышки (в идеале полной не горючестью). Экстрагент должен иметь низкую стоимость и быть доступным (простота синтеза).

Наиболее часто экстрагенты разделяют на нейтральные, кислые и основные. Исходя из выбранного метода переработки урановых концентратов, выбирается экстрагент. В нашем случае наибольшее применение в экстракционном аффинаже уранилнитрата получил трибутилфосфат. Так как содержание урана в растворах, полученных в результате вскрытия концентратов, довольно значительно, поэтому для аффинажа урана используется достаточно концентрированные (20-40%) растворы ТБФ в разбавителе.

ТБФ представляет собой сложный эфир; он гидролизуется как в кислой, так и в щелочной среде с отщеплением вначале одной молекулы спирта, а затем другой с образованием соответственно дибутилфосфата и монобутилфосфата. Скорость гидролиза ТБФ определяется условиями экстракционно-реэкстракционного процесса и составляет около 0,001% в час.

Химически ТБФ весьма инертен. Он не реагирует даже с концентрированной HNO3, только лишь при кипячении частично протекает гидролиз.

В технологическом ТБФ в виде примеси всегда присутствуют продукты гидролиза. Они обладают более высокой экстракционной способностью, чем ТБФ, в связи, с чем их присутствие в экстрагенте нежелательно, так как они:

1) одновременно с ураном экстрагируют примеси;

2) реэкстракция урана при их наличии затрудняется.

Поэтому ТБФ периодически очищают от моно- и дибутиловых кислот.

При работе с ТБФ установлено, что изменение концентраций ТБФ в разбавителе от 22% до 30% почти не влияет на общие расходы, оборудование и эксплуатацию.

Существенным недостатком ТБФ считается его высокая вязкость и плотность, что затрудняет разделение фаз. Поэтому к ТБФ добавляют инертный органический разбавитель. Я выбрал в качестве разбавителя жидкий парафин РЭД-3.

ТБФ является практически неионизированным растворителем, поэтому он хорошо экстрагирует нитраты, которые легче всего ассоциируются в молекулы - к ним относится UO2(NO3)2.

Повысить коэффициент распределения для урана можно за счёт сочетания ТБФ с диалкилфосфорной кислотой (около 5%), например, Ди-2 ЭГФК, причём экстракционная способность такой смеси значительно выше суммарной экстракционной способности отдельных компонентов.

Реэкстракция используется, в основном, после экстракции не только для очистки урана от примесей, но и как осадительный метод. В качестве реагентов - осадителей в аффинаже урана используется пергидроль, щавелевая кислота, бикарбонат и карбонат аммония. Важнейшим обстоятельством, определяющим выбор реагента, является степень очистки урана от примесей, присутствующих в исходном сырье.

Технологические факторы также в существенной степени определяют применяемость тех или иных осадительных операций для аффинажа урана. Чем меньше урана в маточном растворе остаётся, тем больше суммарный выход по урану, тем более эффективна осадительная операция. Характеристика осадка по его механическим свойствам также черезвычайно важна. Крупнокристаллический легко фильтруемый и декантируемый осадок поучается при осаждении трикарбоната уранила. Подобные свойства характерны и для осадка оксалата уранила. В обоих этих случаях разделение жидкой и твёрдой фаз можно проводить безфильтрационным путём (декантация, классификация и центрифугирование).

Я остановил свой выбор на карбонате аммония, так как он не образует растворимые карбонаты для большинства примесей, в связи, с чем наблюдается хорошая очистка урана от группы тяжёлых металлов и щёлочноземельных элементов. По сравнению с другими реагентами, например, сода, карбонат аммония более дорогой, но он, может быть, всегда получен в значительно более чистом состоянии и в случае его использования в урановые растворы не вводятся, например, ион натрия, для отделения которого требуется специальная операция. С помощью карбоната аммония можно удалять примеси из циркулирующего растворителя.

Таким образом, на стадии экстракции в качестве исходного раствора используется раствор уранилнитрата, а в качестве экстрагента выбираем синергетную смесь 25% ТБФ и 5% Ди-2 ЭГФК в жидком парафине. На стадии реэкстракции полученный экстракт будет очищаться от примесей и осаждаться в виде кристаллов аммонийуранилтрикарбоната раствором 25% карбоната аммония с избыточной концентрацией около 200 г/л.

1.2 Описание технологической схемы

1.2.1 Переработка химконцентратов. Подготовка раствора для экстракции

Химконцентраты перерабатываются по технологической схеме:

- загрузка хим. концентратов;

- выщелачивание;

- отстаивание пульпы;

- фильтрация пульпы;

- подготовка раствора для экстракции;

- обработка нерастворимого остатка.

Загрузка урановых концентратов осуществляется с помощью вакуума в реактор поз. 11,2. Второй реактор резервный. В реактор заливается производственная вода до 0,8 объёма реактора. Контроль объёма визуальный.

Пульпу перемешивают в течение не менее 15 минут, а затем передают насосом в реактор поз. 21-3. Накопление пульпы в реакторе поз. 21-3 не более 23 м3. Контроль объема -- по рулетке и переводной таблице с использованием рейки.

Выщелачивание (вскрытие) химконцентратов проводится в азотной кислоте с концентрацией 72 масс. %. Азотную кислоту привозят в цех на автомашине в прицеп-цистерне. Оттуда её перекачивают в цистерну нержавстальную поз. 32. По заполнении емкости на 0,7 объема емкости прекращается прием кислоты. Контроль объема в поз.32 -- по прибору РПВ с датчиком РУП 4М

Растворение урана в азотной кислоте можно описать следующими химическими реакциями:

U3O8 + 8HNO3 = 3UO2(NO3)2 + 2NO2 + 4H2O

(NH4)4[UO2(CO3)3] + 6HNO3 = UO2(NO3)2 + 4NH4 NO3 + 3H2O+ 3CO2

(NH4)2U2O7 + 6HNO3 = 2UO2(NO3)2 + 2NH4 NO3 + 3H2O

Выщелачивание проводится в каскадах реакторов К2А1,2,4,5 (К3А1-5), куда подаётся раствор азотной кислоты из поз. 32 и пульпа из реактора поз. 21-3.

Поддержание концентрации азотной кислоты в реакторе осуществляется автоматически по выходному сигналу КСК-60.

Контроль соотношения массы урана - по сертификатным данным и анализам ЦЗЛ. Смешение химконцентратов проводят в реакторе, откуда затем с помощью насоса или аэролифта передают пульпу в каскад (одновременно открывается вентиль на трубопроводе подачи азотной кислоты в два первых реактора каскада).

Выщелачивание проводят при следующих заданных параметрах:

ѕ избыточная кислотность азотной кислоты - 75 г/л;

ѕ температура раствора в реакторах - 70-80 оС.

ѕ продолжительность процесса - 5-6 часов.

Поддержание температуры ведется паром в автоматическом режиме.

Контроль температуры ведут по прибору РПВ с датчиком ТСМ и преобразователями на машине «Центр». Один раз в смену отбирают пробу из каждого реактора для проведения анализа на массовые концентрации урана и избыточной азотной кислоты. Предварительную оценку массовой концентрации азотной кислоты в растворе проводят по индикатору КСК и переводной таблице. Контроль массовой концентрации азотной кислоты в растворе по анализам ЦЗЛ («Методика определения свободной кислоты в урансодержащих растворах»).

Из последнего реактора каскада пульпа самотеком сливается в реактор-накопитель поз. 41(2). Второй реактор резервный.

Если массовая концентрация урана в последнем реакторе каскада превышает 60-70 г/л, проводят разбавление пульпы производственной водой.

При заполнении реактора-накопителя, пульпу передают из него насосом в отстойник поз. 51,2. Одновременно с передачей пульпы открывают вентиль на трубопроводе подачи 0,1% раствора флокулянта KAT FLOC F190S2 в отстойник из поз. 61,2. Устанавливают расход флокулянта от 270 до 280 л/ч и ведут контроль по ротаметру. Раствор флокулянта готовится заранее, причём с момента приготовления раствора до момента подачи его на операцию отстаивания должно пройти не более трёх суток

По окончанию передачи раствора прекращается и подача флокулянта.

Раствор отстаивают не менее часа, после чего фильтрацию осветленной части пульпы (верхний слив отстойника) проводят на листовом горизонтальном фильтре (ЛГФ) поз. 71,2 при давлении 3 кгс/м2. Контроль по манометру МП 3-УУ2.

Фильтрация сгущенной части пульпы (влажность 97%) проводится на дисковом вакуум-фильтре (ДВФ) поз. 81, куда она подаётся из отстойника насосом. Осадок (нерастворимый остаток) влажностью 60% с дискового вакуум-фильтра отправляется на сушку и прокалку.

Сушку проводят в печах при 100оС, а затем обезвоженный осадок отправляют на прокалку при 900оС. Данной температуры процесса достаточно для термического разложения уранилнитрата, УТКА и диураната аммония до закиси-окиси урана. После прокалки осадок направляется на выщелачивание.

Фильтрат из дискового вакуум-фильтра через ресивер поз. 91,2 передаётся насосом в реактор-накопитель поз. 41,2, а оттуда на ЛГФ, фильтрат с листового фильтра самотёком - в реактор для подготовки раствора к фильтрации через ТВФ поз. 42-4.

После наполнения реакторов поз. 42-4 фильтратом отбирают пробу черпаком в банки. Пробы сдаются в ЦЗЛ для определения массовых концентраций урана и азотной кислоты.

Если массовая концентрация урана превышает 70-80 г/л,00проводят разбавление раствора питьевой водой.

При необходимости проводят корректировку массовой концентрации азотной кислоты (она должна быть на уровне 60-75 г/л).

Температура раствора перед передачей на экстракцию должна быть не больше 40оС, так раствор подаётся на операцию экстракции, где находятся легко воспламеняемые органические вещества. Контроль температуры -- по прибору КСМ-3 с датчиком ТСМ метран 203-02 . В случае, если температура в реакторе превышает эту величину, раствор подаётся через холодильник, для его охлаждения.

После доводки параметров раствора до заданного значения массовой концентрации азотной кислоты, массовой концентрации урана и температуры, раствор отстаивается в течение не менее 30 минут с целью осаждения взвесей.

Затем центробежным насосом раствор подаётся через промежуточную ёмкость поз. 11 на тонковолокнистый фильтр поз. 101,2. Возможно использование одновременно двух фильтров. Слив раствора из поз.11 в поз.101 (или поз.102) осуществлять через расходомер со скоростью не более 10 м3 /ч. Контроль - по расходомеру ИР-61.

Цель данной операции это очистка от примесей, а главное присутствующих масел, попадающих в раствор с химконцентратами.

По завершению процесса фильтрации подготовленный раствор из поз. 42-4, куда он сливается после фильтрации, передаётся на экстракцию.

1.2.2 Экстракционная переработка уранового раствора

Технологическая схема экстракционной переработки раствора уранилнитрата состоит из следующих основных операций:

- экстракция;

- реэкстракция с получением кристаллов АУТК;

- промывка обогащённого металлом экстрагента водой;

- возвращение реэкстрагированнной органической фазы на операцию экстракции;

- обезвоживание кристаллов АУТК в центрифуге.

Раствор уранилнитрата принимается с операции переработки химконцентратов в приемные емкости поз. 121, 122, 123, с помощью центробежного насоса, откуда направляется на операцию экстракции в ящичный экстрактор поз. 131,132,133. Сюда же по принципу противотока подается органическая фаза, состоящая из смеси экстрагентов: 5% - ди-2ЭГФК и 25% - ТБФ в жидком парафине. Соотношение фаз В/О = 1/1.

Органический экстракт получаем в цистернах - автоприцепах и центробежным насосом закачиваем в ёмкость поз. 141, 142. Оптимальное насыщение органического экстрагента ураном 80 - 90 г/л, содержание урана в рафинате - 0,1 г/л.

Обогащённый металлом экстрагент из экстрактора поз. 131,132 поступает на промывку водой в зумпф поз. 15. Соотношение фаз В/О = 1/(4-6). При этом происходит реэкстракция азотной кислоты и урана.

Далее экстракт поступает в два последовательно соединённых отстойника поз. 161, 162, где он отстаивается, после чего насыщенная органическая фаза выходит из отстойников и поступает в каскад реакторов реэкстракции поз. 171, 172, 173, 174.

Промывной раствор (концентрация азотной кислоты 20 г/л, урана - 70 г/л) сливается на фильтрацию на листовой фильтр поз. 71, 72 и возвращается в процесс на стадии экстракции поз. 121, 122, 123. Осадок с листового фильтра периодически зачищается и отправляется на сорбционную переработку.

Рафинат (концентрация по металлу 0,1 г/л) после отстоя от органической фазы в поз. 124, 125 отправляется на извлечение урана по сорбционной технологии - пропусканием «рафинатов», предварительно обработанных «известковым молоком», через каскад пачуков со смесью катионитов СГ-1 и КМД в режиме противотока. Десорбция проводится азотной кислотой. Десорбат подаётся в цепочку приготовления раствора для экстракции.

Отделённая в результате отстоя в поз. 124, 125 рафината органическая фаза через сливные стаканы направляется на фильтрацию для дальнейшего возврата в процесс.

При приёме исходного раствора отбирается анализ на металл и кислотность и проводится визуальный контроль за раствором - должен быть осветлённый, без примесей. Каждый час отбирается анализ на концентрацию U в рафинате и 1 раз в смену в отстойниках рафината. Насыщение органики замеряется плотномером.

Аппаратчик через смотровые окна визуально следит за разделением фаз. Соотношение фаз регулируется расходомером автоматически.

Реэкстракционный раствор готовят в ёмкостях поз. 191, 192, 193, куда с помощью ленточного транспортера поз. 20 загружаются углеаммонийные соли и разводятся оборотами карбонатного маточного раствора, который получают на участке регенерации углеаммонийных солей. Сюда же сливается NH4OH концентрацией 10 г/л с целью получения раствора карбоната аммония. После приготовления раствора центробежными насосами он подаётся на реэкстракцию в поз. 171, 172, 173, 174.

Как упоминалось выше, экстракт самотёком поступает в реактор каскада реэкстракции одновременно с реэкстрагирующим 25% раствором карбоната аммония с избыточной концентрацией 180 - 200 г/л. Время процесса 1 час, соотношение фаз О/В=1/1. При этом уран переходит в водную фазу в виде АУТК.

Смесь реэкстрагированной органической фазы, карбонатного маточного раствора и кристаллов АУТК самотёком поступает в трехфазный сгуститель-отстойник поз. 221, 222, где происходит разделение фаз.

Органическая фаза через верхний слив самотёком поступает в отстойники поз. 231, 232, где происходит промывка и отстой от карбонатного маточного раствора и мелких кристаллов АУТК. После отстоя органика возвращается снова на операцию экстракции.

Отработанный карбонатный маточник (концентрация по металлу 1 г/л) из сгустителя (после дополнительного отделения органического раствора и мелких кристаллов АУТК) отстаивается и перекачивается на утилизацию.

Кристаллы АУТК, осевшие в конусе сгустителя разгружаются в репульпаторы, откуда пульпа кристаллов АУТК направляется на промывку в следующий сгуститель-отстойник. Промывку ведут 25% карбонатным раствором. Соотношение фаз Ж/Т=0,5/1.

Затем промывной раствор (концентрация по металлу 1 г/л) направляется на операцию реэкстракции, а отмытые кристаллы АУТК разгружаются в репульпаторы, и далее пульпа поступает на обезвоживание в центрифугу поз. 241, 242. Влажность кристаллов АУТК после центрифугирования не более 5%.

При приёме карбонатного раствора проводится экспресс-анализ на карбонатность и щёлочность раствора. Также отбирается анализ в лабораторию на нитраты, карбонатность и щёлочность.

Соотношение потоков фаз регулируется расходомером автоматически. Плотность пульпы кристаллов АУТК регулируется плотномером автоматически.

Раз в месяц отправляется анализ в ЦЗЛ на крупность кристаллов и микроэлементы. Влажность кристаллов регулируется по месту влагомером.

Основной реакцией процесса экстракции является реакция образования сольвата нитрата уранила с трибутилфосфатом:

UO2(NO3)2 + 2ТБФ UO2(NO3)2 2ТБФ

В процессе реэкстракции из данного сольвата путём добавления раствора карбоната аммония высаливаются кристаллы аммонийуранилтрикарбоната:

UO2(NO3)22ТБФ+3 (NH4)2CO3

(NH4)4 [UO2 (CO3)3]+2ТБФ+4NH4NO3

Как один из вариантов последующей переработки обезвоженных кристаллов АУТК может выступать их прокалка в печах ВГТП-8 без доступа воздуха. В результате разрушения соли образуются собственные газы - восстановители, которые переводят шестивалентный уран в четырёхвалентный (двуокись урана).

центрифугирование урановый экстракционный баланс

2. РАСЧЁТЫ

2.1. Материальный баланс операции выщелачивания

В отделение переработки урановых концентратов поступают химконцентраты. Средний химический состав исходных концентратов:

- в закиси-окиси, %: U - 51, Fe(II) (III) - 8,3, Mg - 1,8, Ca - 6,0, Cu - 0,1, SiO2 - 0,5, W(VI)-0,005, F--0,2, SO3-0,5, V(V)-0,012, Cr - 0,01;

- в уранилтрикарбонате аммония, %: УТКА - 94, Fe(OH)3 - 2, Ca(OH)2 - 0,8, Mg(OH)2 - 0,2, H2O - 3;

- в диуранате аммония, %: (NH4)2U2O7 - 92, FeSO4 - 3, CuSO4 - 1, Ca(OH)2 - 0,7, Mg(OH)2 - 0,1, H2O - 3,2.

С закись-окисью поступает 70% металла, с уранилтрикарбонатом аммония - 5%, с диуранатом аммония - 25%.

По заданным условиям, производительность отделения должна составлять 2000 т/год по металлу или примерно 5480 кг/сут.

Учитывая потери возникающие в процессе производства установим производительность отделения 5683 кг/сут по металлу (запас 4%).

Исходя из этого, а также, зная средний химический состав исходных концентратов, с помощью не хитрых математических вычислений определили суточную потребность в том или ином концентрате.

Данные приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Состав поступающих урановых концентратов

Концентрат	Расход, кг/сут
закись-окись:
U3O8	4691,326
Fe2O3	462,831
CaO	654,859
MgO	232,835
CuO	9,764
SiO2	39,003
WO3	0,492
HF	16,429
SO3	39,003
V2O5	1,671
Cr2O3	1,140
FeO	416,461
H2O	1234,710
итого	7800,523
УТКА:
(NH4)4[UO2(CO3)3]	623,384
Fe(OH)3	13,263
Ca(OH)2	5,305
Mg(OH)2	1,326
H2O	19,895
итого	663,174
диуранат:
(NH4)2U2O7	1862,690
FeSO4	60,740
CuSO4	20,247
Ca(OH)2	14,173
Mg(OH)2	2,025
H2O	64,789
итого	2024,663
Итого	10488,361

Выщелачивание химконцентратов проводится в азотной кислоте с концентрацией 72 масс. %. Плотность раствора азотной кислоты с такой концентрацией 1422 кг/м3.

Из закиси-окиси выщелачивается лишь 97 % урана, что связано с наличием в канцентрате различных масел. Из диураната аммония и из УТКА выщелачивается около 99,8% металла. При такой концентрации азотной кислоты выщелачивается также до 99% основных примесей.

Железо (III) выщелачивается лишь на 50%, железо (II) практически не растворяется.

Ниже приведены реакции, протекающие при выщелачивании раствора и соответствующие расчеты для каждой реакции.

U3O8 + 8 HNO3 = 3 UO2(NO3)2+ 2 NO2 + 4 H2O

М,г/моль 842,08 63,005 394 46 18,01

m, кг 4550,59 2723,8 6387,857 497,15 389,4

Fe2O3 + 6 HNO3 = 2 Fe(NO3)3 + 3 H2O

М,г/моль 159,69 63,005 241,8 18,015

m, кг 231,416 547,821 700,917 78,319

CaO + 2 HNO3 = Ca(NO3)2 + H2O

М,г/моль 56,079 63,005 164,1 18,015

m, кг 648,31 1456,76 1896,803 208,27

MgO + 2 HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O

М,г/моль 40,304 63,005 148,3 18,015

m, кг 230,507 720,677 848,153 103,03

CuO + 2 HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O

М,г/моль 79,545 63,005 187,5 18,015

m, кг 9,667 15,314 22,791 2,189

WO3 + 2 HNO3 = WO2(NO3)2 + H2O

М,г/моль 231,85 63,005 339,8 18,015

m, кг 0,487 0,265 0,714 0,038

4HF + SiO2 = SiF4 + 2 H2O

М,г/моль 20,006 60,083 104,1 18,015

m, кг 16,429 12,335 21,367 7,397

SO3 + H2O = H2SO4

М,г/моль 80,061 8,015 151,91

m, кг 39,003 8,776 47,779

V2O5 + 6 HNO3 = 2 VO(NO3)3 + 3 H2O

М,г/моль 181,88 63,005 252,9 18,015

m, кг 1,654 3,4385 4,601 0,492

Cr2O3 + 6 HNO3 = 2 Cr(NO3)3 + 3 H2O

М,г/моль 151,99 63,005 238 18,015

m, кг 1,129 2,807 3,535 0,401

(NH4)4(UO2(CO3)3) + 6 HNO3 = UO2(NO3)2 + 4 NH4NO3 + 3 CO2 + 3 H2O

М,г/моль 522,18 63,005 394 80,03 44,01 18,0

m, кг 622,137 450,394 469,446 381,39 157,3 64,39

Fe(OH)3 + 3 HNO3 = Fe(NO3)3 + 3 H2O

М,г/моль 106,87 63,005 241,8 18,015

m, кг 6,6317 11,729 15,007 3,354

Ca(OH)2 + 2 HNO3 = Ca(NO3)2 + 2 H2O

М,г/моль 74,094 63,005 164,1 18,015

m, кг 5,25234 8,933 11,631 2,554

Mg(OH)2 + 2 HNO3 = Mg(NO3)2 + 2 H2O

М,г/моль 58,319 63,005 148,3 18,015

m, кг 1,313 2,837 3,339 0,811

(NH4)2U2O7 + 6 HNO3 = 2 UO2(NO3)2 + 2 NH4NO3 + 3 H2O

М,г/моль 624,12 63,005 394 80,03 18,015

m, кг 1858,960 1125,99 2347,232 476,740 160,98

CuSO4 + 2 HNO3 = Cu(NO3)2 + H2SO4

М,г/моль 159,61 63,005 187,5 151,91

m, кг 20,044 15,825 23,552 12,317

Ca(OH)2 + 2 HNO3 = Ca(NO3)2 + 2 H2O

М,г/моль 74,094 63,005 164,1 18,015

m, кг 14,031 23,862 31,070 6,823

Mg(OH)2 + 2 HNO3 = Mg(NO3)2 + 2 H2O

М,г/моль 58,319 63,005 148,3 18,015

m, кг 2,0041 4,331 5,0971 1,2381

В ходе реакций образуется 1030 кг воды. Масса азотной кислоты для выщелачивания - 7115 кг/сут. Тогда масса раствора 72 % азотной кислоты:

mр-ра(HNO3,72%) =7115/0,72=9882 кг/сут.

Масса воды в растворе азотной кислоты:

m(H2O) = 9882-7115=2767 кг/сут.

Объем раствора 72% азотной кислоты:

Vр-ра(HNO3,72%) =mр-ра/=9882/1422=6,95 м3/сут.

Для выщелачивания урана требуется раствор азотной кислоты с избыточной кислотностью 75 г/л, поэтому рассчитаем объём избытка азотной кислоты:

V(HNO₃) _изб = = 0,108 м³/сут,

где V -- объем раствора, м3;

C1 -- массовая концентрация азотной кислоты до корректировки, г/л;

C2 -- требуемая массовая концентрация азотной кислоты, г/л;

C HNO3 -- массовая концентрация азотной кислоты, г/л (по сертификату).

Масса избытка раствора 72 % азотной кислоты:

mр-ра(HNO3,72%) изб =214 кг/сут

Массовая концентрация урана в последнем реакторе каскада выщелачивания составляет 374 г/л, поэтому проводим разбавление пульпы хозяйственно-питьевой водой. Расчёт объёма воды производим по формуле:

V(H₂O) = -- V,

где V -- объем раствора в последнем реакторе каскада выщелачивания, м3;

C1 -- массовая концентрация урана в последнем реакторе каскада выщелачивания, г/л;

C2 -- требуемая массовая концентрация урана, г/л.

Объем раствора в последнем реакторе каскада выщелачивания составляет 14,86 м3. Плотность такого раствора 1340 кг/м3. Требуемая массовая концентрация урана 60 - 70 г/л.

Плотность воды 1000 кг/м3, находим её массу:

m (H2O)= 70690 кг/сут.

Контроль объемов -- по рулетке и переводной таблице с использованием рейки.

В таблице 2.2 приведен материальный баланс выщелачивания.

Таблица 2.2 - Итоговая таблица материального баланса операции выщелачивания

Статьи прихода продукта	m, кг	Статьи выхода продукта	m, кг
1 Исходные концентраты U3O8 Fe2O3 CaO MgO CuO SiO2 WO3 HF SO3 V2O5 Cr2O3 FeO (NH4)4(UO2(CO3)3) Fe(OH)3 H2O (NH4)2U2O7 FeSO4 CuSO4 Ca(OH)2 Mg(OH)2 2 Раствор азотной кислоты HNO3, 72%	4691,326 462,831 654,859 232,835 9,7645 39,003 0,492 16,429 39,003 1,671 1,140 416,461 623,384 13,263 72008,392 1862,690 60,740 20,247 19,478 3,351 10095,641	1 Азотнокислый раствор UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 SiF4 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 NO2 H2SO4 NH4NO3 CO2 H2O HNO3,72% 2 Нерастворимый остаток	9204,534 715,924 1939,504 856,589 46,343 21,367 0,714 4,601 3,535 497,145 60,096 858,137 157,300 75796,175 213,968 897,066
итого	91273	итого	91273

2.2 Материальный баланс операции отстаивания пульпы

В отстойник поступает азотнокислый раствор, состав которого приведён в таблице 2.2., вместе с нерастворимым осадком. Сюда же подаётся 0,1% раствор флокулянта KAT FLOC F190S2.

Плотность флокулянта в пересчёте на сухое вещество составляет 1250 кг/м3. Требуемая массовая концентрация флокулянта в азотнокислом растворе 0,015 г/л. Таким образом, зная объём раствора (67,61 м3), находим массу флокулянта в пересчёте на сухое вещество:

mфлок=0,015?67,61=1,014 кг/сут.

Тогда масса 0,1% раствора флокулянта:

m р-ра флок= 1,014?1000=1014 кг/сут.

Масса воды в растворе флокулянта:

m(H2O) = 1014-1,014=1012,986 кг/сут.

После отстоя осветлённую часть пульпы отправляют на фильтрацию на листовом горизонтальном фильтре (ЛГФ) при давлении 3 кгс/м2. Фильтрация сгущенной части пульпы проводится на дисковом вакуум-фильтре (ДВФ).

В сгущённой части пульпы флокулируется около 90% веществ, содержащихся в нерастворимом остатке:

m флок в-в= 0,9?898,08=808,272 кг/сут.

Влажность сгущённой части пульпы составляет 97%, тогда доля захваченного азотнокислого раствора:

0,2881

Таким образом, рассчитанная доля азотнокислого раствора (с растворёнными в ней компанентами) перейдёт в сгущённую часть пульпы.

В таблице 2.3 приведен материальный баланс операции отстаивания.

Таблица 2.3 - Итоговая таблица материального баланса операции отстаивания

Статьи прихода продукта	m, кг	Статьи выхода продукта	m, кг
1 Азотнокислый раствор UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3,72% 2 Нерастворимый остаток 3 Раствор флокулянта	9204,534 715,924 1939,504 856,589 46,343 0,714 4,601 3,535 60,096 858,137 75796,175 213,968 897,066 1014	1 На ЛГФ Азотнокислый раствор UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3,72% Нерастворимый остаток 2 На ДВФ Азотнокислый раствор UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3,72% Нерастворимый остаток	6552,743 509,669 1380,740 609,809 32,992 0,508 3,276 2,516 42,782 610,911 54680,851 152,325 89,808 2651,791 206,255 558,764 246,780 13,351 0,206 1,326 1,018 17,313 247,226 22128,470 61,643 808,272
итого	91611,347	итого	91611,347

2.3 Материальный баланс фильтрации

В процессе фильтрации задействовано сразу три различных фильтра: ЛГФ, ДВФ и ТВФ.

Фильтрация на ДВФ идёт в две стадии. Влажность поступающей сгущённой части пульпы составляет 97%. При первой фильтрации влажность снижается до 60%, при этом фильтрат захватывает до 10% веществ нерастворимого остатка. Отсюда найдём долю азотнокислого раствора уносимого фильтратом:

0,9582

Таким образом, рассчитанная доля азотнокислого раствора (с растворёнными в ней компанентами) перейдёт на ЛГФ.

При второй фильтрации к пульпе подаётся вода в соотношении 1/1. Масса воды:

m(H2O) = 1818,613 кг/сут.

Как и при первой фильтрации влажность снижается до 60%, при этом фильтрат захватывает до 10% веществ нерастворимого остатка. Отсюда найдём долю азотнокислого раствора уносимого фильтратом:

0,6625

Таким образом, рассчитанная доля азотнокислого раствора (с растворёнными в ней компанентами) перейдёт на ЛГФ.

Рассчитаем общую долю за две стадии фильтрации на ДВФ захваченных фильтратом веществ нерастворимого остатка

0,19

Таким образом, рассчитанная доля веществ нерастворимого остатка перейдёт на ЛГФ.

Оставшийся нерастворимый остаток влажностью 60% с ДВФ уходит на сушку и прокалку.

Фильтрация на ЛГФ проводится в одну стадию. В процессе фильтрации лишь около 10% нерастворимого остатка уносится вместе с фильтратом, 90% остаётся на фильтре, откуда он в последствии вымывается и отправляется на утилизацию. Фильтрат направляется на ТВФ.

В процессе фильтрации на ТВФ 10% нерастворимого остатка уносится вместе с фильтратом, 90% остаётся на фильтре, откуда он в последствии вымывается и отправляется на утилизацию. Фильтрат направляется на приготовление раствора для экстракции.

Процесс утилизации заключается в обработке отходов “известковым молоком” при pH=10-12 и передаче их затем на хвостохранилище. При этом массовая концентрация урана в сбросных водах не должна быть выше 0,001 г/л.

В таблице 2.4 приведен материальный баланс операций фильтрации.

Таблица 2.4 - Итоговая таблица материального баланса операций фильтрации

Статьи прихода продукта	m, кг	Статьи выхода продукта	m, кг
1 На ЛГФ Азотнокислый раствор UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3,72% Нерастворимый остаток 2 На ДВФ Азотнокислый раствор UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3,72% Нерастворимый остаток	6552,743 509,669 1380,740 609,809 32,992 0,508 3,276 2,516 42,782 610,911 54680,851 152,325 89,808 2651,791 206,255 558,764 246,780 13,351 0,206 1,326 1,018 17,313 247,226 22128,470 61,643 808,272	1 Приготовление раствора для экстракции Азотнокислый раствор UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3,72% Нерастворимый остаток 2 На сушку и прокалку Азотнокислый раствор UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3,72% Нерастворимый остаток 3 На утилизацию Нерастворимый остаток	9167,167 713,018 1931,630 853,111 46,155 0,711 4,583 3,520 59,852 854,653 77702,329 213,100 2,434 37,368 2,906 7,874 3,477 0,188 0,003 0,019 0,014 0,244 3,484 925,605 0,869 654,701 240,946
итого	93429,96	итого	93429,96

2.4 Материальный баланс операции обработки нерастворимого остатка

Обработка состоит из двух стадий: 1) сушка; 2) прокалка.

На сушку с дискового вакуум-фильтра поступает осадок (нерастворимый остаток) влажностью 60%, химический состав которого приведён в таблице 2.4.

Сушку проводят в печах при 100оС, а затем обезвоженный осадок отправляют на прокалку при 900оС. Данной температуры процесса достаточно для термического разложения уранилнитрата, УТКА и диураната аммония до закиси-окиси урана. После прокалки осадок направляется на выщелачивание.

Ниже приведены реакции, протекающие при прокалке осадка и соответствующие расчеты для каждой реакции.

В таблице 2.5 приведен материальный баланс операции обработки нерастворимого остатка.

Таблица 2.5 - Итоговая таблица материального баланса операции обработки нерастворимого остатка

Статьи прихода продукта	m, кг	Статьи выхода продукта	m, кг
1 На сушку и прокалку Азотнокислый раствор UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3,72% Нерастворимый остаток	37,368 2,906 7,874 3,477 0,188 0,003 0,019 0,014 0,244 3,484 925,605 0,869 654,701	1 На выщелачивание U3O8 CaO MgO CuO WO3 V2O5 Cr2O3 Fe2O3 FeO SiO2 2 Продукты разложения и сгораемые компоненты NO2 O2 H2 N2 CO2 SO2 NH3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3,72%	132,151 7,573 2,659 0,225 0,006 0,019 0,013 173,274 324,543 19,441 0,244 3,484 17,067 8,152 0,002 1,468 0,043 0,230 0,214 944,338 0,869
итого	1636,752	итого	1636,752

2.5 Материальный баланс операции подготовки раствора для экстракции

Цель данной операции - подготовить раствор для экстракции, а именно провести корректировку массовой концентрации азотной кислоты (она должна быть на уровне 60-75 г/л) и урана (она должна быть на уровне 70-85 г/л) в растворе, а также корректировку температуры раствора (она должна быть на уровне 40 оС)

Массовая концентрация урана в азотнокислом растворе:

Cu=75,48 г/л.

Следовательно разбавление раствора водой не производим.

Массовая концентрация азотной кислоты в растворе:

CHNO3=2,25 г/л.

Значит необходима корректировка. Требуемый объём азотной кислоты определим по формуле:

V(HNO₃) = Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

= 3,42 м³/сут,

где V -- объем раствора, м3;

C1 -- массовая концентрация азотной кислоты до корректировки, 2,25 г/л;

C2 -- требуемая массовая концентрация азотной кислоты, 70 г/л;

C HNO3 -- массовая концентрация азотной кислоты, 1422 г/л (по сертификату).

Масса раствора 72 % азотной кислоты:

mр-ра(HNO3,72%) =6762,26 кг/сут

В таблице 2.6 приведен материальный баланс операции подготовки раствора для экстракции.

Таблица 2.6 - Итоговая таблица материального баланса операции подготовки раствора для экстракции

Статьи прихода продукта	m, кг	Статьи выхода продукта	m, кг
1 Приготовление раствора для экстракции Азотнокислый раствор UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3,72% Нерастворимый остаток 2 Раствор азотной кислоты HNO3, 72%	9167,167 713,018 1931,630 853,111 46,155 0,711 4,583 3,520 59,852 854,653 77702,329 213,100 2,434 6762,25	1 На экстракцию UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3,72% Нерастворимый остаток	9167,167 713,018 1931,630 853,111 46,155 0,711 4,583 3,520 59,852 854,653 77702,329 6975,35 2,434
итого	98314,517	итого	98314,517

2.6 Материальный баланс экстракции

Нашли концентрацию урана в растворе после подготовки к экстракции:

Cu=78,97 г/л

Экстракцию будем вести синергетной смесью 25% ТБФ и 5% Ди-2ЭГФК в жидком прафине.

Исходные данные для расчета экстракции:

начальная концентрация урана в водной фазе 78,97 г/л;

конечная концентрация урана в водной фазе 0,1 г/л;

расход водной фазы 87,63 м3/сут;

начальную концентрацию урана в органической фазе принимаем равной 0 г/л.

Задаемся отношением потоков органической фазы к водной: О:В = 1:1, рассчитали расход органической фазы:

87,63 м3/сут

Для расчета конечной концентрации урана в органической фазе, используем уравнение материального баланса:

Находим конечную концентрацию урана в органической фазе:

78,87 г/л

В таблице 2.7 приведены свойства и расход компонентов, входящих в состав органической фазы.

Таблица 2.7 - Свойства компонентов органической фазы

Вещество	Доля	Расход, м3/сут	Плотность, кг/м3	Масса, кг/сут	Вязкость , сп
ТБФ Ди-2 ЭГФК РЭД-3	0,25 0,05 0,7	21,91 4,38 67,08	970 975 740	17728 3546 49640	3,45 4,22 0,4

Расход каждого вещества рассчитал как произведение расхода органической фазы на долю соответствующего вещества. Например, для ТБФ:

87,63·0,25=21,91 м3

Плотность - аддитивная величина, поэтому плотность органической фазы нашли следующим образом:

809,25 кг/м3,

где i - компонент органической фазы.

Вязкость органической фазы рассчитали аналогично, о.ф. = 0.84 сп

Чтобы рассчитать число ступеней экстракции, рассчитали сначала извлечение урана Е и критический коэффициент экстракции :

0,9987

=2,45

Рассчитали число ступеней экстракции:

7

В таблице 2.5 приведены расчетные данные (концентрация, извлечение) до и после операции экстракции а так же коэффициенты распределения для всех компонентов водной фазы.

Таблица 2.8 - Коэффициенты распределения компонентов водной фазы

Элемент	До экстракции	Kd	После экстракции	Е
	Cвод, г/л		Cорг, г/л	Cвод, г/л
U Cu Fe Mg Ca W V Cr H2SO4 HNO3	78,97 1,88 5,39 1,596 0,179 0,0044 0,0106 0,0088 0,683 61,15	0,001 0,003 0,001 0,001 0,01 0,01 0,0001 0,001 0,085	78,87 0,0056 0,0054 0,00159 0,000178 0,000044 0,000104 0,000001 0,00068 4,79	0.10 1,87 5,38 1,594 0,178 0,0044 0,0104 0,0088 0,682 56,33	0.999 0,004 0,0015 0,0015 0,0015 0,0104 0,0104 0,0006 0,0015 0,079

Значения, приведенные выше, рассчитаны без учета взаимной растворимости органической и водной фаз. Для более точного расчета нужно учесть растворимость воды (и растворенных в ней компонентов) в ТБФ, а так же растворимость ТФБ в воде (растворимостью ЭГФК и РЭД-3 в воде пренебрегаем).

Растворимость 25% ТБФ в воде 0.245 г/л. Нашли долю ТБФ, которая растворится в воде:

0.0013

Рассчитали необходимо количество ТБФ с учетом его растворимости в воде:

= 17728·0.0013 +17728= 17752 кг

Примем, что доля растворившейся Ди-2 ЭГФК такая же. Жидкий парафин в воде не растворим. Растворимость воды в ТБФ 2.80 г/л. Рассчитали долю воды, которая растворится в ТБФ:

0.00053

Таким образом, рассчитанная доля воды (а так же растворенные в ней компоненты) перейдут в органическую фазу.

В таблице 2.9 приведен материальный баланс операции экстракции.

Таблица 2.9 - Итоговая таблица материального баланса операции экстракции

Статьи прихода продукта	m, кг	Статьи выхода продукта	m, кг
1 Водная фаза UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3 Нерастворимый остаток 2 Органическая фаза ТБФ Ди-2 ЭГФК РЭД-3	11455,332 713,521 1932,222 853,373 46,169 0,712 4,592 3,521 59,870 855,107 96138,721 5358,648 2,435 17752 3550 49640	1 Рафинат UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3 Нерастворимый остаток ТБФ Ди-2 ЭГФК 2 Экстракт UO2(NO3)2 Fe(NO3)3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Cu(NO3)2 WO2(NO3)2 VO(NO3)3 Cr(NO3)3 H2SO4 NH4NO3 H2O HNO3 Нерастворимый остаток ТБФ Ди-2 ЭГФК РЭД-3	14,506 711,007 1929,26 852,066 46,099 0,705 4,544 3,518 59,78 854,651 96087,48 4936,21 2,434 23,55 4,71 11440,83 2,513 2,959 1,307 0,071 0,007 0,048 0,002 0,092 0,456 51,24 422,43 0,0013 17728 3546 49640
Итого	188367	Итого	188367

2.7 Материальный баланс операции промывки экстракта

Промывку насыщенного по металлу экстрагента будем вести хозяйственно- питьевой водой. Задаемся отношением потоков органической фазы к водной:

О:В = 6:1.

Объём органической фазы

98,71 м3/сут

Как видим объём органической фазы после экстракции увеличивается за счет экстрагированных компонентов.

Рассчитали расход водной фазы

16,819 м3/сут.

При промывке вода частично реэкстрагирует азотную кислоту и уран (до 20%) из органической фазы, в результате чего получаем промывной раствор с массовой концентрацией азотной кислоты 20 г/л, урана - около 60 г/л. Промывной раствор затем направляется на экстракцию.

Таким образом масса реэкстрагируемой азотной кислоты:

mреэк.HNO3 = 20?16,819=336,39 кг/сут.

Масса реэкстрагируемого урана:

mреэк.HNO3 = 0,2?11440, 83=2288,17 кг/сут.

При промывке как и при экстракции, происходит взаимное растворение ТБФ и воды.

Растворимость 25% ТБФ в воде 0.245 г/л. Нашли долю ТБФ, которая растворится в воде:

0,00023

Примем, что доля растворившейся Ди-2 ЭГФК такая же. Жидкий парафин в воде не растворим. Растворимость воды в ТБФ 2.80 г/л. Рассчитали долю воды, которая растворится в ТБФ:

0.003

В таблице 2.10 приведен материальный баланс операции промывки экстракта.

Таблица 2.10 - Итоговая таблица материального баланса операции промывки экстракта

Подобные документы

• Анализ производства никеля сернокислого

  Изучение и анализ производства никеля сернокислого (сульфат никеля, никелевый купорос), основанного на переработке маточного раствора медного отделения ОАО "Уралэлектромедь". Характеристика основного оборудования производства никеля сернокислого.
  
  дипломная работа [846,0 K], добавлен 19.06.2011
  

• Переработка полимерных материалов

  Особенности технологии изготовления полимерных материалов, основные параметры процессов переработки. Методы формования изделий из ненаполненных и наполненных полимерных материалов. Методы переработки армированных полимеров. Аспекты их применения.
  
  реферат [36,4 K], добавлен 04.01.2011
  

• Проектирование выпарной установки для концентрирования водного раствора нитрата калия

  Расчет установки для непрерывного выпаривания раствора нитрата калия, для непрерывного концентрирования раствора нитрата аммония в одном корпусе. Определение температур и давлений. Расчет барометрического конденсатора и производительности вакуум насоса.
  
  курсовая работа [529,5 K], добавлен 15.12.2012
  

• Проектирование выпарной установки для выпаривания 3% водного раствора нитрата калия

  Технологический, полный тепловой расчет однокорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания водного раствора нитрата калия. Чертеж схемы подогревателя начального раствора. Определение температур и давлений в узловых точках аппарата.
  
  курсовая работа [404,1 K], добавлен 29.10.2011
  

• Расчет пленочного испарителя

  Конструктивные параметры теплообменника. Тепловой баланс пленочного испарителя. Нагреваемая среда – эфирный раствор с диэтиловым эфиром. Температура эфирного раствора на входе и на входе. Удельная теплоемкость эфирного раствора рассчитывается по формуле.
  
  реферат [189,1 K], добавлен 16.03.2009
  

• Основные этапы переработки нефти

  Задачи и цели переработки нефти. Топливный, топливно-масляный и нефтехимический варианты переработки нефти. Подготовка нефти к переработке, ее первичная перегонка. Методы вторичной переработки нефти. Очистка нефтепродуктов. Продукты переработки нефти.
  
  курсовая работа [809,2 K], добавлен 10.05.2012
  

• Проектирование трехкорпусной выпарной установки

  Расчет выпарной установки для концентрирования водного раствора кальциевой соли соляной кислоты. Описание технологических схем выпарных установок. Расчет конструкции установки, концентраций упариваемого раствора, выбор барометрического конденсатора.
  
  курсовая работа [1,6 M], добавлен 03.11.2013
  

• Расчет процесса электролиза цинка из сульфатного раствора

  Физические, химические свойства и применение цинка. Вещественный состав цинкосодержащих руд и концентратов. Способы переработки цинкового концентрата. Электроосаждение цинка: основные показатели процесса электролиза, его осуществление и обслуживание.
  
  курсовая работа [2,9 M], добавлен 08.07.2012
  

• Технологический расчет абсорбера для очистки углеводородного газа от сероводорода регенерированным водным раствором диэтаноламина

  Материальный баланс абсорбера. Расчет мольного состава регенерированного раствора ДЭА. Тепловой баланс абсорбера. Химический состав насыщенного абсорбента. Расчет диаметра абсорбера в наиболее нагруженном нижнем его сечении. Рабочая высота абсорбера.
  
  курсовая работа [1,3 M], добавлен 15.06.2010
  

• Переработка золотосодержащего сырья

  Характеристика золотосодержащего сырья и методы его переработки. Технологическая схема переработки сырья и описание основных этапов. Процесс выделения золота из тиомочевинных элюатов. Химизм процесса осаждения золота из тиомочевинных растворов.
  
  курсовая работа [4,1 M], добавлен 26.03.2008
  

• Вторичная переработка металлов

  Обзор данных о наиболее значимых видах металлических отходов, способах их переработки, получаемых из них продуктов и областей применения. Анализ гидрометаллургического метода, перевода в раствор всех компонентов сплава и выделения их путем электролиза.
  
  курсовая работа [38,5 K], добавлен 11.10.2011
  

• Определение рН растворов

  Характеристика процесса ионного произведения воды. Определение рН раствора при помощи индикаторов и при помощи универсальной индикаторной бумаги. Определение рН раствора уксусной кислоты на рН-метре. Определение рН раствора гидроксида натрия на рН-метре.
  
  лабораторная работа [25,2 K], добавлен 18.12.2011
  

• Экстрагирование

  Промышленное применение и технологические операции жидкостной экстракции. Физические основы процесса экстракции в случае взаимонерастворимости жидкостей. Удельный расход растворителя при противоточной экстракции. Построение диаграммы экстракции.
  
  презентация [1,4 M], добавлен 29.09.2013
  

• Совершенствование технологии изготовления литьевых изделий

  Переработка пластмасс в изделие. Характеристика применяемого оборудования и исходного сырья. Изделия из пластмасс, выпускаемые на ОАО "БЗЗД". Вредные вещества и техника безопасности при работе с пластическими материалами. Материальный баланс производства.
  
  курсовая работа [10,1 M], добавлен 26.07.2009
  

• Процессы и аппараты химической технологии

  Проект однокорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания раствора хлорида аммония. Материальный баланс процесса выпаривания. Определение температур, давлений в узловых точках технологической схемы. Тепловой баланс выпарного аппарата.
  
  курсовая работа [346,4 K], добавлен 19.01.2011
  

• Расчет вакуум-кристаллизатора для раствора MgSO

  Назначение и характеристика процесса получения сульфата магния. Кристаллизаторы, их виды и принцип действия. Определение концентрации маточного раствора и давления в кристаллизаторе. Техники безопасности при эксплуатации кристаллизационной установки.
  
  курсовая работа [235,6 K], добавлен 03.04.2012
  

• Основные физико-химические закономерности получения пленок из растворов полимеров

  Приготовление растворов полимеров: процесс растворения полимеров; фильтрование и обезвоздушивание растворов. Стадии производства пленок раствора полимера. Общие требования к пластификаторам. Подготовка раствора к формованию. Образование жидкой пленки.
  
  курсовая работа [383,2 K], добавлен 04.01.2010
  

• Получение хлорида калия

  Блок-схема получения хлорида калия методом галургии, основанным на различной растворимости KCl и NaCl в воде при повышенных температурах. Получение хлорида калия из сильвинита, операции выщелачивания, промывки отвала и осветления насыщенного раствора.
  
  контрольная работа [885,1 K], добавлен 19.12.2016
  

• Производство нитробензола

  Обоснование технологической схемы и аппаратурного оформления производства нитробензола. Материальный баланс водной промывки. Разбавление отработанной кислоты и экстракция нитробензола и азотной кислоты из отработанной кислоты. Расчет аппарата промывки.
  
  курсовая работа [96,4 K], добавлен 25.01.2013
  

• Выделение химических реагентов из аммиачного варочного раствора в процессе производства целлюлозы

  Особенности производства хлопковой целлюлозы по бисульфитно-аммиачному методу. Способы получения сернистого ангидрида и варочного раствора. Исследование правил выделения химических реагентов из аммиачного варочного раствора повторного использования.
  
  контрольная работа [307,9 K], добавлен 11.10.2010
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам

Статьи прихода продукта	m, кг	Статьи выхода продукта	m, кг