Лабораторная работа по флотации железного колчедана

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 28Следующая ⇒

Цель данной работы звключается в практической реализации процесса флотации и определения технологических характеристик процесса: выход концентрата, степень извлечения металла и степень концентрирования.

Оборудование и материалы. Сосуд для флотации – колба или цилиндр на 250 мл с пробкой; флотореагент (репейное масло); сульфидная руда или искусственно приготовленная смесь сульфидов (СuS, FeS, ZnS и т.д) с кварцевым песком; металлическая и фарфоровая ступки; сито с отверстиями 0,1-0,005 мм; весы; воронка Бюхнера с вакуумной линией; сушильный шкаф.

Порядок проведения работы

1. Крупные куски руды (или смеси сульфида и песка) измельчить в металлической ступке, а затем растереть в фарфоровой до тончайшего порошка. Полученный порошок просеять через сито с отверстиями 0,1 мм. Частицы руды размером более 0,1 мм подвергнуть повторному дроблению.

2. Для флотации взвесить на технических весах 2,5-3 г руды, содержащей 4-6% сульфида меди или железа.

3. Руду высыпать в стеклянный цилиндр объёмом 250-300 мл, налить 100-150 мл воды и добавить 2-3 капли флотореагента (репейного масла). Цилиндр закрыть пробкой и смесь энергично взболтать в течение около 1 мин, до тех пор, пока некоторая часть сульфидов не всплывет на поверхность водного слоя.

4. Через 1-2 мин в цилиндр по стенке налить воду и перелить полученную суспезию в воронку с пористой пластиной или в воронку Бюхнера с фильтровальной бумагой. Нужно стремиться к тому, чтобы песчинки, которые иногда пристают к стенкам сосуда, не попали на фильтр. Общий вид установки для фильтрования приведен на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 - Лабораторная установка для флотации и фильтрации

Поскольку после первого взбалтывания всплывает только часть сульфидов, операцию флотации повторяют еще раз.

5. Отфильтрованные сульфиды вместе с фильтром высушить при 80-100°С, взвесить и провести необходимые расчеты.

Порядок оформления результатов

Результаты опыта оформляют в виде таблицы

Взято руды, г	Получено концентрата, г	Выход концентрата, %	Степень извлечения металла, %	Степень концентрирования

Данные о процентном содержании сульфида в руде, содержание металла в руде и концентрате, необходимые для расчета, определяют расчетным путем, принимая, что отфильтрованное вещество является чистым сульфидом. Выход концентрата γ рассчитывают по формуле:

γ = (m_к/m_р)×100, %

Степень извлечения ε металла рассчитывают по формуле:

ε =(m_мконц/m_мруда)×100, %

Степень концентрирования β металла рассчитывают по формуле:

β=(C_мконц/С_мруда) )×100, %

где: γ – выход концентрата, %; ε – степень извлечения, %; β – степень концентрирования; m_к –масса концентрата, кг; m_р – масса руды, кг; m_мконц, m_{м руда} – масса металла в концентрате и в руде, кг; С_мконц, С_мруда – содержание металла в концентрате и в руде, %.

Контрольные вопросы

1. Для чего при флотации через пульпу пропускают воздух?

2. Какие флотореагенты способствуют флотации сульфидных руд?

Контрольная задача

При флотации 5 т цинковой руды, содержащей 3% цинка, получено 340 кг

концентрата, содержащего 22% цинка. Определите выход концентрата, степень извлечения цинка и степень концентрации.

Литература

1.Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. М.: Высш. шк., 1985. – 448с.

2.Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. Л.: Химия, 1983. – 336с.

3. Практикум по общей химической технологии / под ред. И. П. Мухленова. – М. : Высш. шк., 1973/2003. – 423 с..

Подготовка воды. Определение жёсткости. Умягчение воды

Химическая промышленность является крупнейшим потребителем воды - уникального по свойствам вещества и универсального растворителя. В ряде производств она является сырьем и реагентом, непосредственно участвующим в основных химических реакциях (производство водорода, серной азотной и фосфорной кислот, щелочей и оснований, в реакциях гидратации и гидролиза). Используется в качестве абсорбента и экстрагента, специфичного катализатора, обеспечивающего высокие скорости реакций в растворах, растворителя твердых, жидких и газообразных веществ, применяется для перекристаллизации, очистки продуктов от примесей, при организации процессов флотации, гравитационного обогащения, создании пульп сыпучих материалов, то есть выполняет непосредственные технологические функции. Еще более широко вода применяется в качестве теплоносителя.

Вода используется почти во всех химических производствах для разнообразных целей. На отдельных химических предприятиях потребление воды достигает 1 млн м³ в сутки. Превращение воды в один из важнейших элементов химического производства объясняется:

• наличием комплекса ценных свойств, таких, как высокая теплоемкость, малая вязкость, низкая температура кипения;

• доступностью и дешевизной;

• не токсичностью;

• удобством использования в производстве и транспортировке.

Воды морей и океанов - источники сырья для добычи многих химических веществ: из них извлекаются NaCl, MgCl₂, Br, I и другие продукты. Масштабы потребления воды химической промышленностью зависят от типа производства. Так, расходный коэффициент по воде (м³/т продукции) составляет: для азотной кислоты - 200, аммиака - 1500, синтетического каучука -1600. Например, завод капронового волокна расходует такое же количество воды, как город с населением 400 тыс. человек. Общее количество воды на Земле составляет 1.386 *10¹⁸м³.

Природную воду принято делить на 3 вида, сильно различающихся по наличию примесей:

· Атмосферная вода – вода дождевых и снеговых осадков, содержит минимальное количество примесей, главным образом, растворенные газы СО₂, О₂, Н₂S, а в промышленных районах NOх, SОх. Почти не содержит растворенные соли.

· Поверхностная вода – вода рек, озер, морей, содержит различные минеральные и органические вещества, природа и концентрация которых зависят от климата, геоморфологических и гидротехнических мероприятий.

· Морская вода – представляет собой многокомпонентный раствор электролитов и содержит все элементы, входящие в состав литосферы.

· Подземная вода – вода артезианских скважин, колодцев, ключей, гейзеров. Для них характерно высокое содержание минеральных солей, выщелачиваемых из почвы и осадочных пород и малое содержание органических веществ.

Вода, используемая в химической промышленности должна удовлетворять по качеству определенным требованиям. Качество воды определяется совокупностью физических и химических характеристик, к которым относятся: цвет, прозрачность, запах, общее солесодержание, жесткость, рН, окисляемость. Для промышленных вод важнейшими из этих характеристик являются солесодержание, жесткость, рН, содержание взвешенных веществ.

Прозрачность определяется толщиной слоя воды, через который можно визуально или с помощью фотоэлемента различать изображение перекрестья. Прозрачность зависит от наличия в воде примесей грубодисперсных механических взвесей и коллоидных частиц.

Общее солесодержание характеризуется наличием в воде минеральных и органических примесей. Сухой остаток – масса вещества после испарения воды и высушивания остатка при 105-110°С до постоянной массы, измеряется в мг/л. В зависимости от солесодержания природные воды делятся на пресные (солесодержание < 1г/кг), солоноватые (солесодержание 1- 10 г/кг) и соленые (солесодержание > 10г/кг).

Окисляемость обусловлена присутствием в воде органических примесей и определяется массой перманганата калия, мг, израсходованного при кипячении 1л воды с избытком окислителя в течение 10 мин.

Реакция воды – степень ее кислотности (щелочности), характеризуемая величиной РН. Нейтральная вода имеет РН 6.5-7.5, кислая - РН<6.5, щелочная - РН>7.5.

Жесткостью называется свойство воды, обусловленное присутствием в ней солей Са и Мg. В зависимости от природы анионов различают временную жесткость (устранимую, карбонатную), удаляемую при кипячении и постоянную (некарбонатную). Сумма временной и постоянной жесткостей называется общей жесткостью воды. Принята следующая классификация вод по жесткости, (Са и Мg), мг-экв/л :

- очень мягкая 0-1.5;

- мягкая 1.5-3;

- умеренно-жесткая 3-6;

- жесткая 6-10;

- очень жесткая ≥ 10.

Водооборотные циклы химико-технологических производств являются важным фактором рационального использования водных ресурсов. В этих циклах осуществляется многократное использование воды без выброса загрязненных стоков в водоемы, а потребление свежей воды для ее восполнения ограничено только технологическими превращениями и естественными потерями. В химических производствах используется 3 схемы водооборота в зависимости от технологических изменений, которые вода претерпевает в процессе производства:

1) вода только нагревается и должна быть перед возвратом охлаждена в бассейне или градирне;

2) вода только загрязнена и должна быть перед возвращением очищена в специальных очистных сооружениях;

3) вода нагревается и загрязнена, для организации повторного использования требуется комбинация 1 –го и 2 –го типа циклов.

Промышленная водоподготовка

Вредное влияние примесей, содержащихся в промышленной воде, зависит от их химической природы, концентрации, дисперсного состояния, а также технологии конкретного производства, где используется вода. Все вещества, присутствующие в воде, могут находиться в виде истинного раствора (соли, газы, некоторые органические соединения в коллоидном состоянии) и во взвешенном состоянии (глинистые, песчаные, известковые частицы).

Растворенные в воде вещества при нагревании коагулируют и образуют накипь на стенках аппаратуры, что вызывает коррозионное разрушение. Коллоидные примеси вызывают загрязнение диафрагмы электролизеров, вспенивание воды. Грубодисперсные взвеси засоряют трубопроводы, снижают их производительность, могут вызвать их закупорку. Все это вызывает необходимость предварительной подготовки воды, поступающей на производство.

Промышленная водоподготовка представляет собой комплекс операций, обеспечивающих очистку воды – удаление из нее вредных примесей, находящихся в молекулярно-растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Основные операции водоподготовки: очистка от взвешенных веществ отстаиванием и фильтрованием, умягчение, в отдельных случаях - обесцвечивание, нейтрализация, дегазация и обеззараживание.

Процесс отстаивания позволяет осветлять воду вследствие удаления из нее грубодисперсных веществ, оседающих под действием силы тяжести на дно отстойника. Отстаивание воды проводится в непрерывно действующих отстойных бетонированных резервуарах. Для достижения полноты осветления и обесцвечивания декантируемую из отстойника воду подвергают коагуляции с последующим фильтрованием.

Коагуляция – высокоэффективный процесс разделения гетерогенных систем, в частности, выделение из воды мельчайших глинистых частиц и белковых веществ. Осуществляют коагуляцию введением в очищаемую воду небольших количеств электролитов Al₂(SO₄)₃, FeSO₄ и других соединений, называемых коагулянтами. Физико-химическая сущность этого процесса в упрощенном виде состоит в том, что коагулянт в воде превращается в агрегат несущих заряд частиц, которые взаимодействуя с противоположно заряженными частицами примесей, обуславливают выпадение нерастворимого коллоидного осадка. Так, Al₂(SO₄)₃ в результате гидролиза и взаимодействия с солями кальция и магния, растворенными в воде, образует хлопьевидные положительно заряженные частицы Al(OH)₃:

Al₂(SO₄)₃ +6H₂O = 2Al(OH)₃ +3H₂SO₄

H₂SO₄ + Ca(HCO₃)₂ = CaSO₄ +2H₂O +2CO₂

Взаимодействие положительно заряженных частиц гидроксида алюминия и несущих отрицательный заряд примесей приводит к быстрой коагуляции. Одновременно идет процесс адсорбции на поверхности осадка органических красящих веществ, в результате чего вода обесцвечивается.

Электрохимической коагуляцией называется способ очистки воды, аналогичный химической коагуляции, при этом в результате пропускания постоянного электрического тока и растворения алюминиевого или железного электрода образующиеся катионы образуют гидроксиды металлов в виде хлопьев. Наступает интенсивная коагуляция. Достоинства метода электрокоагуляции состоят в компактности и простоте управления, отсутствии потребности в реагентах, малой чувствительности к изменениям условий проведения очистки (температура, РН среды), получении шлама с хорошими структурно-механическими свойствами. Недостатком является расход металла электродов и электроэнергии.

Обеззараживание воды обеспечивается ее хлорированием или озонированием.

Дегазация – удаление из воды растворенных газов достигается химическим способом, при котором газы поглощаются химическими реагентами, например, для дегазации от углекислого газа:

СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃↓ +Н₂О,

или физическими способами – термической деаэрацией на воздухе или в вакууме.

Умягчение. Одной из основных и обязательных операций водоподготовки технологической воды является ее умягчение. Умягчением называется обработка воды для понижения ее жесткости, т.е. уменьшения концентрации катионов кальция и магния различными физическими, химическими и физико-химическими методами. При физическом методе воду нагревают до кипения, в результате чего растворимые гидрокарбонаты кальция и магния превращаются в их карбонаты, выпадающие в осадок:

Са(НСО₃)₂ = СаСО₃↓ + Н₂О +СО₂.

Этим методом удаляется только временная жесткость. К химическим методам умягчения относятся фосфатный и известково-содовый, заключающиеся в обработке фосфатом натрия (тринатрийфосфатом) или смесью гидроксида кальция и карбоната натрия.

В первом случае протекает реакция образования нерастворимого фосфата кальция (трикальцийфосфата), выпадающего в осадок:

3СаSO₄ + 2Na₃PO₄ = 3Na₂SO₄ + Ca₃(PO₄)₂↓

Во втором случае протекают две реакции. Бикарбонаты кальция и магния реагируют с гидроксидом кальция, чем устраняется временная жесткость:

Са(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃↓ +2H₂O ,

а сульфаты, нитраты и хлориды – с карбонатом натрия, чем устраняется постоянная жесткость:

СаSO₄ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ +Na₂SO₄.

Обессоливание применяется в тех производствах, где к воде предъявляются особо жесткие требования по чистоте, например, при получении полупроводниковых материалов, химически чистых реактивов, фармацевтических препаратов. Обессоливание воды достигается методом ионного обмена, дистилляцией, электродиализом.

Метод ионного обмена основан на свойстве некоторых твердых тел (ионитов) поглощать из раствора ионы в обмен на эквивалентное количество других ионов того же знака. Иониты подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты содержат подвижные катионы натрия или водорода, а аниониты - подвижные ионы гидроксила. В качестве катионитов применяют сульфоугли, алюмосиликаты, искусственные смолы, в качестве анионитов - искусственные смолы.

Соответственно процессы ионного обмена подразделяются на Н(Na)- катионирование, например:

Na₂(Кат) + Са(НСО₃)₂ +Н₂О= Са(Кат) +Na₂CO₃ + Н₂СО₃ + Н₂О

и анионирование, например:

Ан(ОН)+ НСl +Н₂О ↔(Ан)Сl +2Н₂О

где: (Кат) и (Ан) – не участвующая в обмене матрица ионита.

Поскольку процесс ионного обмена обратим, установление равновесия в системе означает прекращение процесса обессоливания. Поглощающая способность ионита характеризуется его обменной емкостью, равной количеству ионов кальция и магния, которое может поглотить единица объема или массы ионита, выраженная в грамм-эквивалентах: г-экв/м³ и г-экв/кг. От величины обменной емкости при данном объеме ионита зависит время рабочего цикла ионитовых фильтров. При насыщении ионита он может быть регенерирован промывкой соответствующими растворами. В приведенных выше примерах работы ионитов протекают реакции:

Са(Кат) + 2 NaCl +Н₂О = Na₂(Кат) + CaCl₂ + Н₂О

(Ан)Cl + KOH +Н₂О = (Ан)ОН + КСl + Н₂О

Полное обессоливание воды обеспечивается ее дистилляцией (термическое обессоливание) обычно после того, как вода предварительно кондиционирована с помощью ионитовых фильтров.

Электродиализом называется процесс диализа под воздействием электрического поля. При этом выделение солей из диализируемого раствора происходит в результате перемещения ионов через пористые мембраны, содержащие катионит у катода и анионит у анода, с последующим их разрядом на электродах.

Водоподготовка в химическом производстве представляет весьма трудоемкий процесс и требует больших капитальных и эксплуатационных затрат. На современных химических предприятиях доля капитальных затрат на водоподготовку составляет 10-15% общего объема расходов на производство химической продукции. Современные схемы промышленной водоподготовки включают все основные операции: осветление в грубых и коагуляционных отстойниках, фильтрование через зернистый материал, умягчение, в том числе, методом ионного обмена, дегазацию.

Содержание различных примесей в промышленных водах нормируется в зависимости от назначения использования. Так, вода для прямоточных паровых котлов не должна содержать СО₂ и О₂, вызывающих сильную коррозию труб котла, а сухого остатка – более 0.2 мг/л. Для паровых котлов с многократным возвратом воды в виде конденсата и давлением до 1 МПа применяют питательную воду жесткостью до 0.36 мг-экв и содержанием О₂ не более 3мг/л. С ростом давления пара в котле требования к воде повышаются, при давлении 6 МПа питательная вода должна иметь жесткость не более 0.01 мг-экв, а при давлении 10 Мпа и выше применяют только обессоленную воду с полным отсутствием кислорода. Умягчение воды проводят с целью предотвращения образования на оборудовании накипи.

Жесткость воды определяется аналитически. Современным методом определения общей жесткости является титрование воды раствором трилона Б в присутствии специальных индикаторов в аммиачной среде. Карбонатную жесткость определяют титрованием воды соляной кислотой в присутствии индикатора.

Умягчение воды проводят с целью предотвращения образования на оборудовании накипи. Умягчение достигается полным или частичным удалением солей кальция и магния. Это может быть достигнуто следующими способами:

-осаждением ионов кальция и магния и последующим удалением осадка (используется смесь реагентов, при действии которых соли жесткости переходят в осадок, выпадают в виде взвеси и удаляются при фильтровании);

- дистилляцией (дистиллированная вода);

- вымораживанием (талая вода);

-удалением иона кальция и магния методом ионного обмена (метод основан на способности ионитов при контакте с очищаемым раствором обменивать одни ионы на другие).

Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 243; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!