Курсовая работа (т): Отримання губчастого титану магнієтермічним способом

При плавці шлаку протікають реакції:

Кількість компонентів, що вступають у хімічні реакції (1.2), (1.3), (1.4), (1.5), (1.7), кг:(468,806 × 0,05) / 100 = 0,234;(10,819 × 6) / 100 = 0,649;(24,959 × 7,5) /100 = 0,187;O5 (1,139 × 30) / 100 = 0,342;O3 (1,898 · 21) / 100 = 0,399;O5 (2,468 ∙ 46) / 100 = 1,135

Визначаємо витрату вуглецю й кількість одержуваних продуктів по реакції (1.2):

+ 2C = Ti + 2CO

24                         48         56

,234                                    а          б               в

а = 0,07 кг С;      б = 0,14 кг Ti;     в = 0,16 кг СО.

Вступить у реакцію (1.2) 468,806 - 0,234 = 468,572.

По реакції (1.3):

+ C = Mn + CO

                            12     55    28

,649                    а        б               в

а = 0,11 кг С; б = 0,502 кг Mn; в = 0,256 кг СО.

У шлак перейде 10,819 - 0,649 = 10,17 кг MnO.

По реакції (1.4):

+ 2C = Si    + 2CO

                            24     28             56

,871                    а        б               в

а = 0,748 кг С;    б = 0,873 кг Si;   в = 1,746 кг СО.

У шлак перейде 24,959 - 1,871 = 23,088 кг SiO2.

По реакції (1.5):

O5 + 5C = 2V = 5CO

                            60     102  140

,342                    а        б               в

а = 0,113 кг С;    б = 0,192 кг V;    в = 0,263 кг CO.

У шлак перейде 1,139 - 0,342 = 0,797 кг V2O5.

По реакції (1.6):

TiO2 + С = Ti3O5 + CO

                            12     224  28

,806 а                 б                 в

а = 23,44 кг С;    б = 437,552 кг Ti3O5;  в = 54,694 кг СО.

По реакції (1.7):

O3     + 3C = 2Cr + 3CO

                            36     104  84

,399 а                 б                 в

а = 0,095 кг С;    б = 0,273 кг Cr;   в = 0,22 кг СО.

У шлак перейде 1,898 - 0,399 = 1,499 кг Cr2O3.

По реакції (1.8)

O5     +      5С     =       2Р     +       5СО

                   50               62               140

,135            а                 б                 в

а = 1,621кг С;     б = 1,675 кг Р;    в = 3,783 кг СО.

У шлак перейде 2,468 - 1,135 = 1,333 кг P2O5.

У шлаку залишається, кг: 14,235 Al2O3; 4,271 кг MgO; 18,98 СаО.

Таким чином, склад шлаку, кг:

,55 Ti3O5; 23,088 SiO2; 14,235 Al2O3; 4,271 MgO; 1,499 Cr2O3; 10,17 MnO; 0,797 V2O5; 1,333 P2O5; 18,98 СаО

Разом: 511,779 кг.

Якщо плавку проводити до одержання в шлаку 5 % FeO, то його кількість складе:(511,799 ∙ 5) / 95 = 26,936 кг.

Кількість FeO, що вступає в реакцію (1.8):

,272 - 26,936 = 362,336 кг.

+ C = Fe + CO

титан сплав хлорування плавка

72                           12 56    28

,336 а                      б   в

а = 60,389 кг С; б = 281,817 кг Fe; в = 140,908 кг СО.

Кількість компонентів чавуна, кг: 0,14 Ti; 0,502 Mn; 0,873 Si; 0,192 V; 0,273 Cr; 282,594 Fe.

Разом: 286,249 кг.

Зміст вуглецю в чавуні складає 2%:

(286,249 ∙ 0,02) / 0,98 = 5,842 кг.

Загальна витрата вуглецю складає:

,431 + 0,07 + 0,11 +0,748 + 0,113 + 23,44 + 0,095 + 1,621 + 60,389 + 5,842 = 104,869 кг.

Визначаємо кількість активного вуглецю в 100 кг антрациту.

Оксид Fe2O3 золи антрациту цілком відновлюється до металу, Al2O3 цілком переходить у шлак, SiO2 на 75% відновлюється до кремнію і переходить у чавун.

По реакції (1.9):

O3     + 3С         = 2Fe + 3CO

                            36     112  84

,0 ∙ 0,35 = 2,80 а                   б                 в

а = 0,630 кг С; б = 1,960 кг Fe; в = 1,470 кг СО.

По реакції (1.4):

+ 2С = Si + 2CO

                                      24     28    56

,0 ∙ 0,45 ∙ 0,75 = 2,70 а б в

а = 1,080 кг С; б = 1,260 Si; в = 2,520 CO.

Загальна витрата вуглецю на відновлення складових золи:

,630 + 1,080 = 1,710 кг.

У 100 кг антрациту залишається активного вуглецю

,0 - 1,710 = 86,290 кг.

Таким чином, для відновлення концентрату необхідно антрациту:

,869 / 0,8629 = 121,531 кг.

З обліком пиловиносу антрациту 1,43 % [13] витрата його складе:

,531 / 0,9857 = 123,294 кг.

Пиловинос антрациту складе 123,294 - 121,531 = 1,766 кг,

у ньому: 1,766 ∙ 0,880 = 1,554 кг С;

,766 ∙ 0,025 = 0,044 кг летучих;

,766 ∙ 0,015 = 0,026 кг вологи;

,766 ∙ 0,080 = 0,141 кг золи.

В антрациті міститься

,294 ∙ 0,880 = 108,499 кг С;

,294 ∙ 0,025 = 3,082 кг летучих;

,294 ∙ 0,015 = 1,849 кг вологи;

,294 ∙ 0,080 = 9,864 кг золи.

Пішло на реакції:

,499 - 1,554 = 106,945 кг С;

,082 - 0,044 = 3,038 кг летучих;

,848 - 0,026 = 1,824 кг вологи;

,864 - 0,141 = 9,723 кг золи.

У 8,137 кг золи міститься;

,723 ∙ 0,35 = 3,403кг Fe2O3;

,723 ∙ 0,45 = 4,375 кг SiO2;

,723 ∙ 0,2 = 1,945 кг Al2O3.

Кількість SiO2 золи антрациту по реакції (1.4):

,375 ∙ 0,75 = 3,281 кг.

Перейшло в шлак 4,375 -3,281 = 1,095 кг.

Утвориться Si (3,281 ∙ 28) / 60 = 1,531 кг;

СО (3,281 ∙ 56) / 60 = 3,062 кг.

По реакції (1.8) утвориться:(3,403∙ 112) / 60 = 6,352 кг;

СО (3,403∙ 84) / 160 = 1,787 кг.

СН4 + 1,5 О2 = СО + 2 Н2О (1.10)

48 28 36

,043 а б в

а = 9,129 кг О2; б = 5,325 кг СО; в = 6,847 кг Н2О.

Кількість і склад товарного чавуну приведений у таблиці 1.4.

Витрату електродів приймаємо рівним 25 кг на 1 т шлаку. Отже, витрата електродів на процес складе:

,922 ∙ 0,025 = 13,048 кг.

Таблиця 2.4 - Кількість і склад товарного чавуна

Кількість і склад шлаку приведені у таблиці 1.5

Таблиця 2.5 - Кількість і склад шлаку

Вуглець електрода згоряє по реакції (1.11):

C + O2 = 2 CO                       (1.11)

32 56

,048 а б

а = 17,397 кг O2; б = 30,445 кг С.

Витрата кисню на реакцію (1.11):

,129 + 17,397 = 26,526 кг.

З киснем повітря надходить в азот

(26,526 ∙ 77) / 23 = 88 кг,

де 77 і 23 - склад повітря (азот і кисень).

Витрата повітря:

,526 + 88 = 114,526 кг.

Склад газів:

СО = 29,006 + 0,16 + 0,256 + 1,746 + 0,263 + 54,694 + 0,22 + 3,783 + 141,297 + +3,068 + 2,386 + 5,325 + 30,445 = 272,049 кг.

Н2О = 1,852 + 6,847 = 8,699 кг.

N2 = 88 кг.

Усього: 369,348 кг.

За результатами розрахунку складаємо матеріальний баланс плавки ільменітових концентратів у таблиці 1.6

Таблиця 2.6 - Матеріальний баланс плавки ільменітового концентрату

Нев'язання балансу складає +0,38 %, що допускається при розрахунках.

При контакті шлаку з повітрям після випуску з печі відбувається окислювання Ti3O5 до TiO2 по реакції (1.12):

Ті3О5 + 0,5 О2 = 3 TiО2 (1.12)

224         16             240

,55    а               б

а = 31,254 кг О2; б = 468,804 кг TiО2.

Товарний шлак має склад, що представлений у таблиці 2.7.

Таблиця 2.7 - Кількість і склад товарного шлаку

Матеріальний баланс окислювання шлаку при обробленні наданий у таблиці 2.8.

Таблиця 2.8 - Матеріальний баланс окислювання шлаку при обробленні

2.2 Зведений матеріальний баланс одержання титанового шлаку

На основі даних, наданих у таблицях 1.6, 1.7, 1.8, представляємо зведений матеріальний баланс одержання титанового шлаку в таблиці 1.9.

Таблиця 2.9 - Зведений матеріальний баланс одержання титанистих шлаків.

Нев’язання складає: (1282,122 ∙ 100) / 1248,637 = 102,681, тобто 2,681 %, що цілком припустимо при ручному рахуванні (припускаючи округлення).

2.3 Витрата сировини, матеріалів на 1 т ільменітового концентрату та 1 т титанистого шлаку

Витрата сировини, матеріалів на 1 т (1000 кг) ільменітового концентрату шлаку знаходимо з таблиці 1.9.

Витрата сировини й матеріалів на 1 т (1000 кг) титанистого шлаку визначаємо у відповідності з формулою:

Х = (А ∙ Б) / У,

де А - кількість сировини чи матеріалу, що витрачається на 1 т концентрату, таблиця 1.9;

Б - кількість шлаку, 1 т;

В - кількість шлаку, що утвориться з 1 т шлаку, таблиця 1.9.

На 1 т шлаку витрата концентрату й матеріалів складає:

(1∙1) / 0,553176 = 1,808 т;

антрациту - (0,123294 ∙ 1) / 0,553176 = 0,223 т;

електродів - (0,015041 ∙ 1) / 0,553176 = 0,024 т;

повітря - (0,157241 ∙ 1) / 0,553176 = 0,264 т.

Утвориться:

пилу - (0,027765∙ 1) / 0,553176 = 0,050 т;

механічні втрати (у виді пилу)

(0,025 ∙ 1) / 0,553176 = 0,045 т;

газів - (0,369348 ∙ 1) / 0,553176 = 0,668 т.

Результати розрахунку представляємо у зведеній таблиці 1.10.

Таблиця 2.10 - Витрата сировини та матеріалів на 1 т концентрату, а також продуктів, що утворяться на 1 т шлаку