Переработка вторичного сырья: инструментальных сталей, осколков и пыли на основе твердых сплавов карбида вольфрама (стр. 5 из 9)

Известно о применении бентонитовых глин в качестве загустителей печатных красок при набивке шелковых тканей активными и кубовыми красителями.

Таблица 3. Типовой химический состав бентонита.

4.4. Термодинамические данные компонентов сырья

Таблица 4. Термодинамические данные компонентов сырья [5].

Со203	159	-	19,3	8Д	-2,4
Си	0	1085	5,41	1,5	_
СиО	39,5	1026	9,27	4,8	-
Си20	40,76	1238	14,9	5,7	-
Zn	0	1809	5,43	2,4	-
ZnO	83,4	1969	11,71	1,22	-2,18
Fe	0	1539	9,0	-	-
FeO	63	1368	12,38	1,62	-0,38
Fe203	197,51	1562	31	1,76	-
C02	94,05	.	10,55	2,16	-2,84
H20	57,795	-	7,17	2,56	-2,84
02	0	-	7,52	0,81	-0,9
N2	0	.	6,66	1,02	_

4.4.1. Расчет термодинамических величин протекания реакций окисления

4.4.1.1.Основные реакции протекающие при обжиге.

WC + 2,5О2 = WO3 + СО2

TiC + 2О2 = ТЮ2 + СО2 3) Со + 0,5О2=СоО 4) Zn + 0,5O2= ZnO 5) 2Cu+0,5O2 = Cu2O 6) Ре+1,5О2 = Ре2Оз

0,5Cu2O +%О2 = CuO

2СоО + 0,5О2 = Со2О3

Fe + 0,5О2 = FeO

4.4.1.2. Расчет термодинамических величин протекания реакций окисления [5]

ДН7з=ЛН298+298Р173*ЛСр*с1Т

AHi173=AH298+ а*(1173-298) +1/2* Ь*10'3*(1173-298) 2 - с*105*1/Т

1) WC + 2,502 = W03 + СО2

ДН298=-20146-94,05+9,67= - 285840 кал/моль

АСр=(17,58+10,55-2,5*7,52-12,27) +(6,79+2,16-2,5*0,81-2,06) *10-3*Т+(0-2,04 + 0,9 *2,5+ 2,68) *105/Т2=-2,94+4,86*10"3*Т+2,89*107Т2

AHii73=-285840-2,94*875+4,86*10'3*1287125/2-2,89*105*(-0,0025) = - 284553,8= - 1190,5кДж/моль

2) TiC + 2О2 = TiO2 + СО2 ДН298=-225,8-94,05+43,9= - 245950 кал/моль

АСр=(17,97+10,55-2*7,52-13,296) +(0,28+2,16-2*0,81+1,944) *10-3*Т+(-4,35+2,04+4,212+0,912) *105/Т2=0,184+2,764*10-3*Т+2,35*105/Т2 АНц7з=-245950+0,184*875+2,764*10-3*1287125/2-2,35*105*(-0,0025) = - 243423,0= - 1018,5кДж/моль

3) Со + 0,5О2=СоО

АН298==-57100 кал/моль

АСр= (11,54-3,3-7,52/2) +(2,04-5,86-0,81/2) *10'3*Т+(0,4+0,9/2) *105/Т2= 4,48-4,22*

10-**Т+0,85*105/Т2

АНП7з= - 57100 +4,48*875-4,22*10'3*1287125/2-0,85*105*(-0,0025) =

-55683,3= - 232,9кДж/моль

4) Zn + 0,5O2 = ZnO

AH298=-83400 кал/моль

ДСр=(11,71-5,43-7,52/2) +(1,22-0,81/2-2,4) *10-3*Т+(-2Д8+0,9/2) *105/Т2= 2,52-1,58*

1(Г*Т-1,73*105/Т2

ЛНц7з= - 83400 +2,52*875-1,58*10-3*1287125/2+1,73 *105*(-0,0025) =

-82644= - 345,8кДж/моль

5) 2Cu+0,502 = Cu20

ДН298=-40760 кал/моль

АСр(14,9-2*5,41-7,52/2) +(5,7-2,15-0,81/2) *10-3*Т+(0+0,9/2) *105/Т2= 0,32+2,29*

1(И*Т+0,45*105/Т2

ДН„73= - 40760 +0,32*875+2,29*10-3*1287125/2-0,45*105*(-0,0025) =

-38893,7= - 162,7кДж/моль

6) Ре+1,5О2 = Ре2Оз

АН298=-197510 кал/моль

АСр=(31/2-9-1,5/2*7,52) +(1,76/2-1,5/2*0,81) *10'3*Т+(0+0,9*1,5/2) *105/Т2= 0,86+0,272*

10^*Т+0,675*105/Т2

АНц7з= - 197510 +0,86*875+0,272*10-3*1287125/2-0,675*105*(-0,0025) =-821,787кДж/моль

7) 0,5Си20 + У4О2 = СиО АН298=-18620 кал/моль

ACp(9,27-14,9/2-7,54/4) +(4,80-5,7/2-0,81/4) *10'3*T+(0+0,9/4) *105/T2=-0,06+1,75* 10-з*т+052о*ю5АГ2

АНц7з= - 18620 - 0,06*875+1,75*10-3*1287125/2-0, 20*105*(-0,0025) = - 17496,26= - 73,2кДж/моль

8) 2СоО + 0,5О2 = Со2О3 АН298=-22400 кал/моль

АСр (19,3/2-11,54-7,52/4) +(8,1/2-2,04-0,81/4) *10'3*Т+(-2,4/2-0,4+0,9/2) *105/Т2= - 3,77+1,807*

10'% -1,15*105Я2

АНц7з=-22400-3,77*875+1,807*10"3*1287125/2+1,15*105*(-0,0025) =

-24248,332= - 101,455кДж/моль

9) Fe + 0,5О2 = FeO ДНаэв^-бЗООО кал/моль

ACp=(12,38-4,18-7,52/2) +(l,62-5,92-0,81/2) *10'3*T+(-0,38+0,9/2) *105/T2= 4,44-4,7* 10'3*Т+0,07*105/Т2 AHii73=-63000+4,44*875-4,7*10'3*1287125/2-0,07*105*(-050025) =

-62122= - 259,9кДж/моль

5. Материальный баланс

Схему переработки можно разбить на 5 блоков:

Дробление и измельчение.

Грануляция и окисление в печи кипящего слоя.

Выщелачивание и фильтрация.

Осаждение и фильтрация.

Прокалка и сушка.

Схема 3. Блок схема процесса переработки карбида.

Производительность по поступающему сырью - 4т. в сутки, т.е.166,667 кг. в час. В блок 1 поступает исходное сырье, где дробится и измельчается.

5.1. Блок 2. Грануляция и окисление в печи кипящего слоя

В блок 2 поступает измельченное сырье не более 1 мм., где смешивается с не прореагировавшими карбидами и гранулируется. Крупность гранул - до 2мм.; распределение по крупности,% (масс) [3].:

(2-Й,5 мм) - 15(1,0+0,5 мм) - 35(1,5-1,0 мм) - 350,5 мм. -15

Продуктами обжига являются огарок 65%, циклонная пыль20%, пыль рукавного фильтра 15%. В огарок переходит 65% карбида, в циклонную пыль20% карбида, в пыль рукавного фильтра 15% карбида.

Степень окисления карбида в циклонной пыли 90%, в пыли рукавного фильтра 99%, необходима степень окисления в огарке 98%. Металлы Со, Zn, Cu, Fe окисляются нацело. Пыль рукавного фильтра и огарок поступают на выщелачивание, а пыль циклона идет на грануляцию. Не прореагировавший карбид также возвращается на грануляцию, т. к. при дальнейшем разделении присутствует как балласт.

Для расчета материального баланса нам необходимо знать состав исходной шихты для обжига.Т. к. после первого блока сырье гранулируется и смешивается с возвратным карбидом и пылью циклона, его состав и количество изменяются.

Таблица 5. Обозначение потоков.

Наименование потока	Обозначение	Значение кг/ч
Первичное сырье	ХО	166,667
Шихта для обжига	Х1	273,638
Возвратный карбид ог.	Х21	2,082
Возвратный карбид рук.	Х211	3, 202
Пыль циклона карбид	Хк221	0,24
Пыль циклона оксид	Хо221	30,992
Связующая вода	ХН20	38,36
Связующий бентонит	Хбент.	13,152

Схема 4. Потоковая схема процесса окисления карбидов.

5.1.1.Запишем уравнения используя исходные данные и принятые значения

Xi=Xo+XK2i i+XO2l 1+X21+X221

Хо=166,67

Хк211=0,2*0,1 *(0,78+0,15) *Xi

X2i=0,65*0,02*(0,78+0,15) *X1

X22i=0,15*0,01*(0,78+0,15) *Xi

0,1 - доля не окислившегося карбида в циклоне

0,02 - доля не окислившегося карбида в огарке

0,01 - доля не окислившегося карбида в рукаве

Получим:

Хк211=0,019*Xi

X2i=0,012*X!

Х221=0,001*Х!

Решение:

X1-0,019*Xi-0,012*X1-0,001*X1=166,67

0,968*Х1=166,67

Ху=172Л8 (без оксидов и связующих компонентов)

5.1.2Расчет потоков:

Поток Хк2ц равен:

Хи„=3, 202

Найдем количества веществ в этом потоке:

Xk2ii(WC): 0,2*0,78*0,1*172,18=2,686

ХииСТЮ): 0,2*0,15*0,1*172,18=0,516

Поток X2i равен:

Х2] =2,082

Найдем количества веществ в этом потоке:

X2i(WC): 0,65*0,02*0,78*172,18=1,746 X2i(TiC): 0,65*0,02*0,15*172,18=0,336

Поток X22i равен:

X22i(WC): 0,15*0,01*0,78*172,18=0, 201

X22i(TiC): 0,15*0,01*0,15*172,18=0,039

5.1.3. Расчет циклонной пыли

Количество карбида окисляемого в циклоне в виде металлов (Со, Zn, Cu, Fe), (кг/ч): 3, 202*(0,06+0,006+0,003+0,001) /(0,78+0,15) = 0,241

Количество оксидов в циклоне без учета оксидов поступающих из шихты:

X'o22i = 0,2 *0,9*Xi=30,992

Количества оксидов, (кг/ч):

По реакции (1) WO3: 0,78*30,992*231,82/195,86=28,612

По реакции (2) ТЮ2: 0,15*30,992*79,88/59,84=6, 206

По реакции (3) СоО: (0,06*(30,992+0,241)) *74,93/58,93=2,383

По реакции (4) ZnO: (0,06*(30,992+0,241)) *81,39/65,39=0,233

По реакции (5) Си2О: (0,06*(30,992+0,241)) *143,1/2*63,55=0,105

По реакции (6) Fe2O3: (0,06*(30,992+0,241)) *231,55/2*55,85=0,065

Суммарное количество оксидов, (кг/ч): 37,604

Таблица 6. Количество оксидов в циклоне без учета оксидов поступающих из шихты.

W03	ТЮ2	СоО	ZnO	Cu2O	Fe203	всего
кг/ч	28,612	6, 206	2,383	0,233	0,105	0,065	37,604
%	76,088	16,504	6,337	0,620	0,279	0,173	100

Итоговое количество оксида в шихте:

Хо2ц=37,604+0,2*Хо2ц

0,8*Х211=37,604

Xo2i 1=47,005 кг/ч

Количество оксида приходящее из шихты в циклон:

0,2*Xo2i 1=9,401 кг/ч

Состав и количество приходящих в циклон оксидов их шихты, (кг/ч):

WO3: 9,401*0,761=7,154

ТЮ2: 9,401*0,165=1,551

СоО: 9,401*0,063=0,592

ZnO: 9,401*0,006=0,056

Cu20: 9,401*0,003=0,028

Fe2O3: 9,401*0,003=0,019

Итоговое суммарное состав и количество оксидов, (кг/ч):

WO3: 7,154 + 28,612=35,766

ТЮ2: 1,551+6, 206=7,757

СоО: 0,592+2,383=2,975

Си20: 0,028+0,105=0,133

ZnO: 0,056+0,233=0,289

Fe2O3: 0,019+0,065=0,084

5.1.4. Количество связующих веществ в исходной шихте

Количество WC в шихте, (кг/ч): 166,67*0,76+1,746+2,686+0, 201=134,636 Количество ТЮ в шихте, (кг/ч): 166,67*0,15+0,516+0,336+0,039=25,531 Количество шихты без связующих веществ, (кг/ч): 166,67+47,005+0,24+2,082,3, 202=219, 199

Количество связующих веществ 219, 199*(14%+6%) /80%:

Н2О: 219, 199*0,14/0,8=38,360 кг/ч Хшо=3 8,360 кг/ч

Бентонита: 219, 199*0,06/0,8=16,440кг/ч Распределение бентонита, (кг/ч):

огарок: 16,440*0,65=10,686

пыль циклона: 16,440*0, 20=3,288

пыль рукавного фильтра: 16,440*0,15=2,466 Хбент. =16,440 - 3,288=13,152

Таблица 7. Состав шихты поступающей на обжиг.

WC	ТЮ	Со	Zn	Си	Fe	W03	ТЮ2	СоО	ZnO	Си2О	Fe2O3	Н2О	бенг	всего
кг/ч 134,636% 49, 202	25,531 9,330	10,000 3,654	1,000 0,365	0,500 0,183	ОД 67 0,061	35,766 13,071	7,757 2,835	2,975 1,087	0,289 0,106	0,133 0,049	0,084 0,031	38,360 14,019	16,440 6,008	273,638 100,000

5.2. Окисление карбидов

5.2.1. Окисление WC:

Распределение компонента, (кг/ч):

огарок: 134,636*0,65=87,513

пыль циклона: 134,636*0, 20=26,927

пыль рукавного фильтра: 134,636*0,15=20, 195

Основная реакция: WC + 2.5О? = WCb + ССЬ

М=195,86 М=16 М=231,82 М=44,01 (г/моль)

1) в огарке окислится: 26,927*0,9= 85,763 кг/ч Расходуется кислорода, (кг/ч):

02: 85,763*2,5*2*16/195,86=17,515

Образуется веществ, (кг/ч):

С02: 85,763*44,01/195,86=19,272

WO3: 85,763*231,82/195,86=101,509

Оксида WO3 в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,65*0,761=23,251

Суммарное количество WOs, (кг/ч): 124,76

2) в циклоне окислится: 26,927*0,9=24,234 кг/ч Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 24,334 * 2,5*2*1,6/195,86 = 4,949 Образуется веществ, (кг/ч): СО2: 24,334*44,01/195,86=5,445

WO3: 28,612

Оксида WO3 в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,2*0,761=7,154

Суммарное количество WO3, (кг/ч): 35,76

3) в рукаве окислится: 20, 195*0,99=19,993 кг/ч

Расходуется кислорода, (кг/ч):

О2: 19,993*2,5*2*16/195,86=4,083

Образуется веществ, (кг/ч):

СО2: 19,993*44,01/195,86=4,492

W03: 19,993*231,82/195,86=23,664

Оксида WO3 в исходной шихте, (кг/ч): 47,005*0,15*0,761=5,366

Суммарное количество WO3, (кг/ч): 29,03

5.2.2. Окисление TiC:

Распределение компонента, (кг/ч):

огарок: 25,531*0,65=16,595

пыль циклона: 25,531*0, 20=5,106

пыль рукавного фильтра: 25,531*0,15=3,830

Основная реакция: TiC + 2OZ = TIP? + СО?

M=59,84 M=16 М=79,88 М=44,01 (г/моль)

1) в огарке окислится: 16,595* 0,98=10,787 кг/ч Расходуется кислорода, (кг/ч):