Количество продуктов, (кг/ч):

Масса WO3 =153,79 (кг/ч)

Масса Н2О = 165,765-153,76= 11,075 (кг/ч)

Вывод: полученная нарастающая с каждой стадией невязка до 3,626% вызвана погрешностью расчетов.

Операция №1

Переведем заданный базис из объема в массу.

m = V * ?

m = 1000 * 1,120 = 1120т или 1120000кг.

1). G01 = 1120000

2Fe3+ + Fe > 3Fe2+

m (Fe) = mр-ра / ?р-ра * (с(Fe3+) / М(Fe2O3)) * M(Fe)

Для того, чтобы считать восстановление полным, введем 10% избыток железной стружки.

G011 = G01 / 1,120 * 0,005 /159,7 * 55,8 * 1,1 = 0,001715828 * G01

2). G011 - 0,001715828 * G01 = 0

Операция №2

3). G12 - G01 - G011 = 0

При экстракции соотношение объемов водной (сернокислый раствор) и органической (раствор 0,1 моль/л Д2ЭГФК в керосине) равно 10, т.е. Vв: Vо = 10: 1. Такое соотношение фаз берётся для большего концентрирования ценного компонента.

V = m / ?

Vв = G12 / ?12; Vо = G050 / ?050

10 * ?12 * G050 = G12 * ?050

G050 = G12 * ?050 / 10 * ?12

G050 = G12 * 0,744 / 10* 1,120 = 0,0664285 * G12

4). G050 - 0,0664285 * G12 = 0

G200 = G12 - G01 / 1,120 * 0,05 (ThO2) - G01 / 1,120 * 0,2 (TiO2) - G01 / 1,120 * 0,57 (РЗЭ) - G01 / 1,120 * 0,4 (V2O5) - G01 / 1,120 * 0,02 * 0,999 (Sc2O3)

5). G200 - G12 + 0,001107125 = 0

6). G23 - G050 - G12 + G200 = 0

Операция №3

При реэкстракции примесей соотношение объемов водной (Раствор 4,5 моль/л H2SO4) и органической (Экстракт содержащий Sc, Ti, Fe3+, РЗЭ и др.) равно 1, т.е. Vв: Vо = 1: 1. Такое соотношение фаз берётся для лучшего извлечения примесей.

G030 = G23 * ?030 / ?23

G030 = 1,260 / 0,744 * G23 = 1,693548387 * G23

7). G030 - 1,693548387 * G23 = 0

G300 = G030 + (G01 / 1,120 * 0,05 (ThO2) + G01 / 1,120 * 0,2 (TiO2) + G01 / 1,120 * 0,57 (РЗЭ) + G01 / 1,120 * 0,4 (V2O5)) - G01 / 1,120 * 0,02 * 0,999 (Sc2O3)

8). G300 - G030 - 0,001089285 * G01

9). G34 - G030 - G23 + G300 = 0

Операция №4

При реэкстракции скандия соотношение объемов водной (Раствор 2,5 моль/л NaOH) и органической (Органическая фаза содержащая Sc) равно 0,1, т.е. Vв: Vо = 1: 10. Такое соотношение фаз берётся для большего концентрирования ценного компонента (скандия).

G040 = G34 * ?040 / 10 * ?34

G040 = 1,110 / 10 * 0,744 * G34 = 0,147849462 * G34

10). G040 - 0,147849462 * G34 = 0

G45 = G34 - m(Sc3+) + m(Na+)

ScA3 + 3 NaOH > Sc(OH) 3 + 3 NaA

m(Sc3+) = (G01 /1,120 * 0,02 * 0,999) / M(Sc2O3) * 2 * M(Sc(OH) 3) = (G01 /1,120 * 0,02 * 0,999) /137,91 * 2 * 95,97792 = 0,00002483 * G01

m(Na+) = (G01 /1,120 * 0,02 * 0,999) / M(Sc2O3) * 6* M(Na) = (G01 /1,120 * 0,02 * 0,999) / 137,91 * 6* 22,9897 = 0,000017842 * G01

G45 = G34 - 0,000006987 * G01

11). G45 - G34 + 0,000006987 * G01 = 0

12). G46 - G040 - G34 + G45 = 0

Операция №5

При регенерации экстрагента соотношение объемов водной (Раствор 0,5 моль/л H2SO4) и органической (Раствор Д2ЭГФК (натриевая форма)) равно 1, т.е. Vв: Vо = 1: 1.

G051 = G45 * ?051 / * ?45

G051 = 1,030 / 0,744 * G45 = 1,384408602 * G45

13). G051 - 1,384408602 * G45 = 0

14). G500 - G051 - G45 + G050 = 0

Операция №6

15). G600 - G46 + G67 = 0

После прохождения операции центрифугирования осадок Sc(OH) 3 имеет влажность 20%.

G67 = m(Sc(OH) 3) / 0,8

G67 = (G01 /1,120 * 0,02 * 0,999) / M(Sc2O3) * 2 * M(Sc(OH) 3) / 0,8 = (G01 /1,120 * 0,02 * 0,999) /137,91 * 2 * 95,97792 / 0,8 = 0,00002483 * G01 / 0,8 = 0,000031037 * G01

16). G67 - 0,000031037 * G01 = 0

Операция №7

G700 = G01 / M(Sc2O3) * 0,999 * 3 * M(H2O) + G67 * 0,2 = 0,000006985 * G01 + 0,2 * G67

17). G700 - 0,000006985 * G01 - 0,2 * G67

18). G70 - G67 + G700 = 0

Заменим потоки в уравнениях на соответствующие неизвестные X.

Общий вид уравнений материального баланса.

1). X1 = 1120000

2). X2 - 0,0017158280*X1 = 0

3). X3 - X1 - X2 = 0

4). X4 - 0,0664285*X3 = 0

5). X5 - X3 + 0,001107125*X1 = 0

6). X6 - X4 - X3 + X5 = 0

7). X7 - 1,693548387*X6 = 0

8). X8 - X7 - 0,001089285*X1 = 0

9). X9 - X7 - X6 + X8 = 0

10). X10 - 0,147849462*X9 = 0

11). X11 - X9 + 0,000006987*X1 = 0

12). X12 - X10 - X9 + X11 = 0

13). X13 - 1,384408602*X11 = 0

14). X14 - X13 - X11 + X4 = 0

15). X15 - X12 + X16 = 0

16). X16 - 0,000031037*X1 = 0

17). X17 - 0,000006985*X1 - 0,2*X16 = 0

18). X18 - X16 + X17 = 0

Расчет полученных уравнений материального баланса ведем с помощью табличного процессора EXCEL [15]. (см. Приложение 1).

Сводные таблицы материального баланса.

приход	кг	%	расход	кг	%
Сернокислый раствор, содержащий Fe, РЗЭ, Sc и др.	1120000	99,83	Сернокислый раствор	1121921,73	100
Железная стружка	1921,73	0,17
итого	1121921,73	100	итого	1121921,73	100

1. Восстановление железа.

риход	кг	%	расход	кг	%
Сернокислый раствор	1121921,73	93,77	Рафинат, содержащий Fe2+	1120681,75	93,67
Раствор 0,1 моль/л Д2ЭГФК в керосине	74527,58	6,23	Экстракт, содержащий Sc, Ti, РЗЭ и др.	75767,56	6,33
итого	1196449,31	100	итого	1196449,31	100

2. Экстракция.

3. Реэкстракция примесей.

приход	кг	%	расход	кг	%
Экстракт, содержащий Sc, Ti, РЗЭ и др.	75767,56	37,13	Реэкстракт, содержащий V, Ti, Th, РЗЭ и др.	129536,02	63,47
Раствор 4,5 моль/л H2SO4	128316,02	62,87	Органическая фаза, содержащая Sc	74547,56	36,53
итого	204083,58	100	итого	204083,58	100

4. Реэкстракция скандия.

приход	кг	%	расход	кг	%
Органическая фаза, содержащая Sc	74547,56	87,12	Раствор Д2ЭГФК(натриевая форма)	74539,73	87,11
Раствор 2,5 моль/л NaOH	11021,81	12,88	Sc(OH) 3+H2O (пульпа)	11029,64	12,89
итого	85569,37	100	итого	85569,37	100

5. Регенерация экстрагента.

приход	кг	%	расход	кг	%
Раствор Д2ЭГФК(натриевая форма)	74539,73	41,94	Раствор Na2SO4	103205,60	58,07
Раствор 0,5 моль/л H2SO4	103193,45	58,06	Раствор 0,1 моль/л Д2ЭГФК в керосине	74527,58	41,93
итого	177733,18	100	итого	177733,18	100

6. Центрифугирование.

приход	кг	%	расход	кг	%
Sc(OH) 3+H2O (пульпа)	11029,64	100	H2O после центрифугирования	10994,88	99,68
			Sc(OH) 3 (осадок с влажностью 20%)	34,76	0,32
итого	11029,64	100	итого	11029,64	100

7. Сушка и прокаливание.

приход	кг	%	расход	кг	%
Sc(OH) 3 (осадок с влажностью 20%)	34,76	100	H2O после сушки	14,77	42,49
			Sc2O3	19,99	57,51
итого	34,76	100	итого	34,76	100

8. Вывод

В процессе производственной деятельности образуются отходы, которые нарушают экологическое равновесие, загрязняя окружающую среду, и снижают степень извлечения ценных компонентов, содержащихся в исходном сырье. Эти отходы необходимо перерабатывать.

В настоящее время подсчеты показали, что удельные капитальные затраты на сбор и переработку вторичного металла в 25 раз меньше, чем на производство металла из руды.

Производительность труда во вторичной цветной металлургии примерно в два раза выше, чем в первичной. Сбор и переработка вторичных металлов имеют не только экономический, но и социальный эффект.

Отходы подразделяют на отходы производства и отходы потребления (лом).

В настоящее время для производства режущих инструментов широко используются твердые сплавы. Они состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала, сцементированных небольшим количеством кобальта. Карбиды вольфрама, титана и тантала обладают высокой твердостью, износостойкостью. Скорости резания инструментами, оснащенными твердыми сплавами, в 3-4 раза превосходят скорости резания инструментами из быстрорежущей стали.

Недостатком твердых сплавов, по сравнению с быстрорежущей сталью, является их повышенная хрупкость, которая возрастает с уменьшением содержания кобальта в сплаве. И, следовательно, возникает вопрос утилизации таких сплавов. Переработка лома и отходов позволяет вернуть металл в кругооборот.

5. Сплавы редких металлов перерабатывают окислением, хлорированием, электролизом и гидрометаллургическим способом. Их переработка осложнена более высоким содержанием других металлов и взаимным влиянием компонентов сплавов на технологические процессы. - Окислительные методы.

Их можно использовать и для переработки сплавов и кусковых отходов твердых сплавов. Применяемые в настоящее время инструментальные твердые сплавы базируются на карбидах вольфрама, титана и тантала или на смеси указанных соединений с добавлением связующего металла - кобальта. - Методы хлорирования.

При хороших технологических показателях следует отметить громоздкость оборудования для хлорных схем, а также трудности, связанные с агрессивностью и токсичностью хлора и хлоридов, необходимостью специальных коррозионностойких материалов для аппаратуры и значительными затратами на реагенты - Способы электрохимического растворения отходов.

Электрохимическое растворение отходов сплавов используют на отечественных и зарубежных предприятиях. Этот метод наиболее дешев и не требует сложной аппаратуры. Электрохимическое растворение целесообразно вести в щелочных растворах, так как образуются легко растворимые соли рения, вольфрама и молибдена.

6. Как показали расчеты:

- невязка материального баланса обжига 2,124%, она связана с погрешностью расчетов, - невязка теплового баланса 0,12% рассчитана с удовлетворительной точностью, - площадь пода равна 1,5м2, для расчета печи с такой площадью пода нужна спец литература, целью данной работы не является данный расчет.

Список литературы

Твердость и прочность тугоплавких материалов при высоких температурах, В.А. Борисенко. - Киев: издательство Академии наук Украинской ССР, 1984. - 212с.

Металлические порошки и порошковые материалы. Справочник.

Б.Н. Глебов, под редакцией д-ра техн. Наук Ю.В. Левинского. - М:

Экомет, 2005. - 520.

Коровин С. С, Дробот Д.В., Федоров П.И. "Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология". В трех книгах. Книга 2. учебник для вузов - М.: МИСИС, 1999. - 464с.

Коровин С. С, Дробот Д.В., Федоров П.И. "Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология". В трех книгах. Книга 3. учебник для вузов - М.: МИСИС, 1999. - 464с.

Дробот Д.В., Резник А.М., Юрченко Л.Д. "Оборудование заводов редкометалльной промышленности и основы проектирования". Учеб. пособие. - М.: МИХМ, 1985-72с.

Букин В.И., Игумнов М.С., Сафонов В.В., Сафонов Вл.В., Переработка производственных отходов и вторичных сырьевых ресурсов, содержащих редкие, благородные и цветные металлы.

Металлы и сплавы. Справочник. Афонин В.К., Ермаков Б.С., и др. под редакцией Солнцева Ю.П. ? Санкт - Петербург: НПО Профессионал. 2003. - 376с.

NETZSCH-Group // http: // www. rudgormash. ru/

Дейнека С.С., Трусова В.Г., Хазан А.З. Хлоридная и регенеративная переработка отходов металлического вольфрама и твердых сплавов // Цветные металлы. 1995. №10. С.17 - 19.

УГМК - РУДГОРМАШ. "Обогатительное и горношахтное оборудование" http: // www. rudgormash. ru/

Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л., Химические свойства неорганических вешеств,? М.: Колос, 2003.

Болотников Л.Е., Технологическое проектирование производства редких металлов.

Морозов В.А., Миткалийный В.И., Егоров А.В., Сборщиков Г.С. "Металлургические печи атлас". - М.: Металлургия. 1987. - 384с.

Краткий справочник физико-химических величин/ Под ред. Мищенко К.П., Равделя А.А.

http: // www. mechanik. spb. ru

http: // www. upmt. ru

http: // www. fingo. ru/fri-360/

http: // stankinprom. com. ua/products/images/PDF/rci. pdf

http: // wwwЛenterm. n] /lenterm_laboratory_fumaces. html И. http: // www. bank. referatoff. ru

http: // www. chemport. ru

http: // www. drillmat. ru

http: // www. npftin. spb. ru