Анализ производства никеля сернокислого

Работа из раздела: «Химия»

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного дипломного проекта является изучение и анализ производства никеля сернокислого (сульфат никеля, никелевый купорос), основанного на переработке маточного раствора медного отделения ОАО «Уралэлектромедь».

В ходе работы над дипломным проектом было предложено внедрение технологии получения карбоната никеля в производство никеля сернокислого. Реализация этого проекта позволит решить следующие задачи. Во-первых, снизить содержание щелочных, щелочно-земельных металлов и азота в никелевых растворах, во-вторых, повысить извлечение никеля в готовую продукцию примерно на 47 тонн в месяц.

На протяжении многих десятилетий целями ОАО “Уралэлектромедь” являются:

- быстрое получение прибыли;

- расширение доли предприятия на рынке;

- повышение качества и номенклатуры выпускаемой продукции;

- разработка и внедрение ресурсо- и энергосберегающих технологий производства.

Указанные направления в результате обеспечат экономическую устойчивость и конкурентоспособность продукции ОАО ”Уралэлектромедь” на российском и мировом уровне.

Предлагаемый никелевый купорос имеет большой спрос на мировом рынке. Это продиктовано тем, что этот продукт применяют в гальванотехнике при никелировании металлов, в производстве источников постоянного тока, для изготовления аккумуляторов, для производства твердых сплавов, в жировой и парфюмерной промышленности, для изготовления катализаторов и прочие. В смеси с другими препаратами его используют в качестве фунгицида.

Расположение предлагаемого производства в условиях ОАО «Уралэлектромедь» также дает ряд преимуществ:

Во-первых, производство никеля сернокислого основано на переработке маточного раствора медного отделения купоросного цеха. Медное отделение производит медный купорос, сырьём которого являются отработанный электролит цеха электролиза меди и медных гранул, то есть источниками исходного сырья являются цеха, расположенные на территории данного предприятия, что, в свою очередь, приводит к снижению затрат на транспортировку, закуп сырья и т.д. Во-вторых, большой спрос на никель сернокислый объясняется отсутствием товаров заменителей, что делает предлагаемый продукт уникальным.

ОАО “Уралэлектромедь” придерживается следующей политики в отношениях с конкурентами: “Привлечь потребителя лучшим качеством и умеренной ценой” [2].

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Основными источниками для получения никеля сернокислого служат серная кислота и никель: никельсодержащие растворы кобальтового производства или медеэлектролитных заводов.

1.1 Получение никеля сернокислого растворением никеля в серной кислоте

Небольшие количества технического сульфата никеля изготовляют растворением металлического никеля в серной кислоте, к которой добавлено немного азотной кислоты. На 1кг металлического никеля берут 5 кг 33 - 35%-ной серной кислоты и 120 - 150 г азотной кислоты (100%) [1]. Реакция идет при нагревании паром до 60^оС. Полученный раствор сульфата никеля, отделенный от нерастворившегося остатка, в случае необходимости подвергают очистке от примесей железа и меди. Медь может быть вытеснена из раствора порошком металлического никеля, а железо после этого выделяется в виде гидрата окиси действием черного гидрата никеля (смесь гидратов 2, 3 и 4 - валентного никеля) или зеленого гидрата никеля (основной карбонат никеля) в присутствии кислорода воздуха. Полученный раствор сульфата никеля подвергают кристаллизации обычными способами.

Примеси железа и меди могут быть отделены от раствора NiSO₄ ступенчатым осаждением гидроокисей аммиаком с отделением осадка гидроокиси железа при рН = 3 и гидроокиси меди рН = 4,5. Осаждение гидроокисей облегчается при введении перед каждой ступенью нейтрализации затравки соответствующей гидроокиси. Разработан метод очистки раствора NiSO₄ от примесей железа и меди противоточной экстракцией; экстрагентом является Ni-мыло.

Очистка раствора NiSO₄ от ионов цинка может быть осуществлена анионообменным методом с применением смолы - вофатита MD. Предварительно ее обрабатывают сероводородом для насыщения ионами S^2-; при обработке под давлением 19 ат концентрация серы достигает 0,58 г на 100 мл смолы. В результате ионного обмена при рН = 3,2 протекает реакция:

S-вофатит + Zn²⁺ + SO₄^2- = ZnS + SO₄^2- + вофатит (1.1)

При этом 80 - 90% выделяющегося сульфида цинка задерживается в свободном объеме ионообменной колонны, равном 60 - 70% от объема смолы. Остальное количество ZnS улавливается неполярным фильтром - вофатитом F [1].

Ионообменные смолы могут быть также использованы для очистки раствора NiSO₄, полученного из отработанных катализаторов. Предварительно смолу обрабатывают щелочью. При пропускании через такую смолу кислого водного раствора, содержащего ионы Fe³⁺ и Ni²⁺, в результате ионного обмена рН раствора повышается до 3 - 5 и из раствора выделяется только железо. Наиболее эффективно Fe³⁺ отделяется при рН = 4,5. Такая величина рН достигается при обработке щелочных смол раствором NH₄C1.

1.2 Получение никеля сернокислого из растворов кобальтового производства

Наибольшее количество сульфата никеля получают сейчас из никелевых сульфатных растворов кобальтового производства, содержащих ~ 30 г/л Ni. Они образуются при растворении в серной кислоте зеленых гидратов, получаемых при электролитическом растворении никель - кобальтовых анодов или при растворении кобальтового шпур - штейна в атмосфере кислорода под давлением (в автоклаве) [1,3].

Из сульфатного раствора, являющегося отходом кобальтового производства, осаждают раствором соды карбонат никеля. Реакционную смесь перемешивают воздухом в аппаратах Пачука и нагревают паром до 80°С. Полученная суспензия отстаивается и верхний слив удаляют в бассейн сточных вод, а из сгущенной пульпы отделяют карбонат никеля на дисковом вакуум - фильтре. Осадок, снятый с фильтра, имеет влажность 70%; его репульпируют с водой в мешалке и повторно отфильтровывают на барабанном вакуум - фильтре. С последнего промытый влажный осадок направляют в аппараты Пачука, где его растворяют при 80 - 85°С в концентрированной серной кислоте (купоросном масле) для получения раствора NiSO₄, содержащего 160 г/л Ni. Этот раствор очищают от примесей железа, меди и кобальта добавкой влажного карбоната никеля. После отделения осадков - примесей на фильтр-прессе раствор выпаривают в вакуум - выпарной батарее до содержания 260 - 270 г/л Ni и направляют на кристаллизацию никелевого купороса в механические или вакуум - кристаллизаторы, где раствор охлаждается до 17°С. Кристаллы NiSO₄*7H₂O отделяют на центрифугах и с гигроскопической влажностью 3 - 5% укупоривают или предварительно брикетируют на гидравлических прессах в блоки. Часть маточного раствора, содержащего 120 - 140 г/л Ni, добавляют к раствору, получаемому после растворения карбоната никеля в серной кислоте, другую часть присоединяют к исходному раствору, поступающему из кобальтового производства.

1.3 Получение никеля сернокислого из растворов медеэлектролитных заводов

При электролитическом рафинировании меди на медеэлектролитных заводах сульфат никеля также получают в качестве побочного продукта. При электролитическом растворении медных анодов и осаждении меди на катоде электролитом служит раствор медного купороса [1,4]. При рафинировании меди некоторые содержащиеся в ней примеси почти полностью переходят в раствор другие - в шлам, а третьи - частично в шлам, частично в раствор. Полностью переходят в раствор металлы, более электроположительные, чем медь. К ним относятся никель, цинк и железо [5]. Эти металлы не осаждаются на катоде и постепенно накапливаются в растворе, что приводит к уменьшению растворимости сульфата меди и к ухудшению условий электролиза. Для поддержания в электролите минимальной концентрации примесей часть раствора периодически выводят из цикла электролиза и взамен добавляют к электролиту серную кислоту. Выведенный раствор подвергают регенерации.

При растворении 250 т анодов в сутки, содержащих 0,1% Ni, в раствор переходит 250 кг Ni и необходимо ежесуточно выводить из цикла 10 м³ раствора при содержании в нем 25 г/л Ni или 25 м³ при концентрации 10 г/л Ni. Обычно раствор, отбираемый для регенерации, содержит (в г/л): 40 - Сu, 180 - H₂SO₄, 15 - Ni, 3 - Fe, 7 - As и др. Его вначале нейтрализуют медным скрапом в натравочной башне при продувке воздухом [1] и после выпарки кристаллизуют при охлаждении медный купорос. Маточный раствор подвергают дополнительной выпарке с последующей кристаллизацией уже загрязненного медного купороса, который очищают перекристаллизацией. Конечный маточный раствор содержит ~50 г/л Сu, 40 г/л H₂SO₄ и 50 г/л Ni. Его подвергают электролизу в ваннах со свинцовыми анодами, причем медь осаждается на катодах с большим количеством примесей и отправляется затем в переплавку вместе с черновой медью. Отработанный электролит содержит до 120 г/л H₂SO₄, 2 г/л Сu и 55 г/л Ni. Его выпаривают и охлаждают для кристаллизации никелевого купороса. Оставшийся маточный раствор вторично выпаривают и подвергают кристаллизации и, при надобности, второй маточный раствор подвергают аналогичной обработке. При первой кристаллизации получают достаточно чистый никелевый купорос, а при следующих операциях кристаллизуется загрязненный продукт, который подвергают перекристаллизации. Конечный раствор после выпарки до 1200 г/л H₂SO₄ и очистки от примесей возвращают электролиз меди [1,4].

Выводы к разделу 1

Рассмотрев технологии различных способов получения никеля сернокислого можно отметить, что, никель сернокислый в основном является побочным продуктом. При очистке растворов NiSО₄ при помощи ионообменных смол получение никеля сернокислого является, наиболее эффективным, но также и дорогим.

На предприятии ОАО “Уралэлектромедь” выбран метод получения никеля сернокислого из маточного раствора медного отделения купоросного цеха, являющегося отходом производства медного купороса.

В рассмотренных методах получения никеля сернокислого, отработанные загрязненные растворы выводят из обращения в окружающую среду, что неблагоприятно складывается на экологической ситуации. В отличие от других методов, по технологии получения на ОАО “Уралэлектромедь” отработанные растворы не сливают, а направляют на очистку в гидрометаллургическое отделение химико-металлургического цеха (ГМО ХМЦ), а затем, полученный после очистки раствор направляют вновь на нужды цехов то есть образуется замкнутый цикл, что в свою очередь экономит расход воды, обеспечивает охрану окружающей среды.

В заключении хочется сказать, что наиболее экономичным способом утилизации выводимого маточного раствора медного отделения, содержащего до 120 г/л Ni, является переработка его в никель сернокислый, стоимость которого на мировом рынке выше медного купороса.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА НИКЕЛЯ СЕРНОКИСЛОГО

Технологическая схема производства никеля сернокислого включает 4 стадий:

- обезмеживание раствора;

- стадия подготовки никелевых растворов;

- получение карбоната никеля (проектируемая технология);

- производство никеля сернокислого реактива марки «ч».

Технологическая схема производства никеля сернокислого представлена на рисунке 2.1 (Приложение).

2.1 Характеристика сырья

В производстве никеля сернокислого в качестве основного сырья используют раствор маточный III стадии кристаллизации производства медного купороса. Химический состав сырья приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1- Химический состав маточного раствора III стадии медного отделения

Наименование компонентов	Содержание компонентов, г/дм³
Медь	60, не более
Серная кислота	50, не более
Никель	80-130*
Мышьяк	10-15*
Железо	1, не более*
Калий	2,5, не более*
Натрий	45, не более *
Магний	2,5, не более *
Азот общий	6, не более*

Данные помеченные (*) являются справочными

Периодичность и методы контроля химического состава раствора приведены в ТИ 00194429-0400-06-2003 [6].

2.2 Процесс обезмеживания растворов

Процесс обезмеживания электроосаждением с малорастворимыми анодами проводят для удаления меди из раствора маточного III стадии медного отделения. На участок подготовки никелевых растворов в бак И6 подают маточный раствор III стадии медного отделения, который фильтруют на фильтр-прессе ФП 5. Фильтрат направляют на рабочую серию для проведения процесса обезмеживания.

Полученный, при чистке фильтр-пресса, кек упаковывают и отгружают как отходы медьсодержащие.

Процесс обезмеживания осуществляют в две стадии из-за опасности выделения газа арсина при обезмеживании раствора до содержания меди в растворе 6-8 г/дм³. Обезмеживание раствора проводят в ваннах ящичного типа. На участке установлено четыре серии электролизных ванн. В ванну загружается 31-32 пары электродов. В качестве катодов применяют катодную основу (медные катоды), а в качестве анодов - аноды свинцовые регенеративные.

Все ванны в серии объединены в электрическую цепь, и каждая серия имеет отдельный источник питания - тиристорный преобразователь.

После достижения заданного значения содержания меди на I стадии - 10-12 г/дм³, раствор перекачивают на II стадию. Обезмеженный раствор II стадии направляют в бак И3 и далее, для усреднения с поступающим из ванн подготовки растворов, в бак Ф1. Фильтрат направляют в бак исходного раствора И 4.1 на производство никеля сернокислого.

Выгружаемые периодически из ванн катоды медь мышьяковистые отправляют на переплавку или на растворение [7].

Состав растворов, полученных в процессе обезмеживания, приведен в таблице 2.2. Режимные параметры процесса обезмеживания представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.2 - Состав раствора полученного в процессе обезмеживания

Наименование компонентов	Cu	Ni	H₂SO₄	Nобщ	Mg	K	Na
Содержание компонентов, г/ дм³	1,2 не более	60-120*	130*, не более	3-5*	1-3*	0,3-0,7*	1-7*

Данные помеченные (*) справочные, определяются, но не нормируются

Таблица 2.3 - Режимные параметры обезмеживания растворов

Наименование	Ед. изм.	Норма
		I стадия	II стадия
Температура раствора	⁰С	50?60	50?60
Содержание меди в исходном растворе	г/дм³	60, не более	10?12
Содержание меди в растворе обезмеженном	г/дм³	10?12	1,2 не более
Токовая нагрузка	кА	1,0?5,0	1,0?5,0

2.2.1 Сущность электроосаждения с малорастворимыми анодами

Сущность электроосаждения с малорастворимыми анодами заключается в том, что при пропускании внешнего постоянного тока через цепь, составленную из двух электродов и электролита, на границах раздела электрод-электролит протекают процессы восстановления ионов на катоде и окисления на аноде.

На аноде идет реакция с выделением кислорода:

2H₂O - 4е^- O₂ + 4H⁺ (2.1)

Выделившийся кислород в первые моменты работы анода окисляет свинец и покрывает его поверхность окисной пленкой, препятствующей дальнейшей коррозии свинца, а затем выделяется с анода в атмосферу в виде пузырьков.

На катоде протекает процесс разряда ионов меди:

Cu²⁺+ 2е Cu⁰ (2.2)

Ионы же водорода Н⁺ накапливаются в растворе и вместе с высвобождающимися ионами SO₄²^-, образуют серную кислоту, повышая ее концентрацию в растворе:

2H⁺ + SO₄²^- H₂SO₄ (2.3)

Таким образом, при электролизе с малорастворимыми анодами, электрический ток разлагает сульфат меди. На катоде выделяется медь, и образуется серная кислота, на аноде выделяется кислород. Эти процессы выражаются суммарной реакцией:

CuSO₄ + H₂O = Cu + H₂SO₄ + 1/2 O₂ (2.4)

2.2.2 Факторы, влияющие на процесс обезмеживания

Перемешивание раствора для усреднения его состава во всем объеме ванны осуществляется при помощи проточной циркуляции подогретого раствора через ванны.

Скорость циркуляции определяется опытным путем. При недостаточной циркуляции раствора возле поверхности катода раствор обедняется медью и в растворе может наступить расслаивание. Осадок на катоде при этом становится рыхлым, темным, обогащенным примесями. При чрезмерно большой скорости циркуляции раствора может произойти взмучивание шлама.

Температура раствора относится к одному из основных параметров технологического процесса. С повышением температуры повышается подвижность всех ионов, имеющихся в растворе, а значит и повышается его электропроводность. Однако повышение температуры также увеличивает испарение с поверхности раствора, в результате чего ухудшается атмосфера на участке.

Присутствующие в растворе примеси (никель, мышьяк, серная кислота) также влияют на процесс обезмеживания.

Никель относится к элементам с более электроотрицательным потенциалом, чем медь и поэтому он накапливается в растворе в виде сульфата никеля и на катоде не осаждается. Очень незначительное присутствие никеля в катодном осадке объясняется включением электролита в поры и межкристаллические пустоты, или из-за плохой отмывки катодов от электролита.

Сульфат никеля снижает растворимость сульфата меди, увеличивает омическое сопротивление электролита, приводит к увеличению расхода электроэнергии.

Мышьяк относится к наиболее вредным примесям. Потенциал мышьяка близок к потенциалу меди. Он хорошо растворяется и при значительном накоплении в электролите может осаждаться на катоде, и выделяться в виде мышьяковистого водорода в атмосферу участка.

Остальные примеси (цинк, железо, магний, кальций, сурьма) остаются в электролите в виде сульфатов.

2.3 Подготовка растворов никелевого отделения

Подготовку растворов проводят для доизвлечения никеля из черновых маточных никелевых растворов, снижения их температуры и зашламленности. Состав раствора приведен в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Состав раствора, поступающего на операцию подготовки

Наименование компонентов	Содержание компонентов, г/дм³,не более	Наименование компонентов	Содержание компонентов, г/дм³	Наименова-ние компонентов	Содержание компонентов, г/дм³
Cu	4	H₂SO₄	200, не менее	Sb	2-3*
K	2,5*	Ni	100-150*	Fe	2-3*
Mg	4*	Na	30-60*	Zn	4-5*
Nобщ	10*	As	15-35*

Черновой маточный никелевый раствор из бака М5 закачивают в ванну подготовки растворов, загружают блок охлаждающий, в который подают техническую воду, и проводят процесс охлаждения раствора. Одновременно со снижением температуры идет процесс кристаллизации никеля сернокислого на поверхностях охлаждающего блока, днища и стенок ванны.

После охлаждения раствора до заданной температуры, производят слив осветленной части раствора из ванны через верхнее сливное отверстие в приемный бак осветленного раствора Р5. Затем выгружают блок и смывают шлам и кислоту с кристаллов. Блок погружают в другую ванну для растворения кристаллического никеля сернокислого конденсатом. Полученный никелевый раствор сливают в бак Ф1.

После распульповки донной части полученный зашламленный раствор сливают через донное сливное отверстие в бак Ф1, где проводят нагрев раствора до заданной температуры подачей пара на регистры.

Усредненный раствор (раствор стадии подготовки смешенный с обезмеженным раствором) фильтруют на фильтр-прессе ФП 8. Фильтрат направляют в бак исходного раствора И 4.1 на производство никеля сернокислого [7].

Полученный, при чистке фильтр-пресса, кек упаковывают и отгружают как отходы медьсодержащие. Состав получаемого на участке подготовки раствора приведен в таблице 2.5. Режимные параметры процесса подготовки никелевых растворов приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.5 - Химический состав осветлённого раствора получаемого после охлаждения на участке подготовки никелевых растворов

Наименование компонентов	Ni	Cu	N_общ	Mg	K	Na	As	Sb
Содержание компонентов в осветлённом растворе г/дм³, не более	60	3	6	3	3	60	45	4

Представленные данные определяются, но не нормируются.

Таблица 2.6 - Режимные параметры процесса подготовки раствора

Наименование	Ед. изм.	Норма режима
Температура раствора начальная	⁰С	60, не более
Температура раствора после охлаждения	⁰С	20, не более
Содержание серной кислоты в растворе	г/дм³	200, не менее
Плотность осветленного раствора	кг/м³	1440, не более
Температура раствора перед фильтрацией	⁰С	75 - 95

2.4 Получение карбоната никеля

Сырьём для получения карбоната никеля является 80 % об. маточного раствора (чистого цикла) [8]. Осаждение никеля раствором соды основано на образовании нерастворимого осадка при взаимодействии карбоната натрия (соды) с раствором сульфата никеля по реакции:

NiSO₄+ Na₂CO₃ = NiCO₃ + Na₂SO₄ (2.5)

Технология получения карбоната никеля состоит из следующих операций:

- приготовление раствора соды;

- осаждение карбоната никеля раствором соды;

- фильтрация суспензии карбоната никеля;

- промывка осадка карбоната никеля;

- доосаждение карбоната никеля из промрастворов;

- распульповка карбоната никеля в конденсате;

- растворение карбоната никеля серной кислотой.

Технологическая схема получения карбоната никеля представлена на рисунке 2.2 (Приложение).

2.4.1 Приготовление раствора соды

Приготовление раствора соды ведут в баке-мешалке Кб1. На одну операцию самотеком закачивают в бак-мешалку конденсат из бака К11, подогревают до температуры от 50⁰С до 65⁰С.

Затем постепенно из мешков загружают расчетное количество кальцинированной соды. Содовый раствор должен содержать 150 г/дм³ соды. Для поддержания температуры в бак-мешалке в паровую рубашку подают пар. Операцию проводят до полного растворения соды.

2.4.2 Осаждение карбоната никеля

Осаждение карбоната никеля ведут в бак-мешалке Кб 2.

На операцию осаждения подают из бака напорного Кб 4 раствор никелевый маточный чистовой до рабочего уровня и разогревают в пределах от 50 ⁰С до 60 ⁰С.

Затем постепенно самотеком из бак-мешалки Кб 1 подают приготовленный раствор соды. Осаждение проводят до установления в суспензии рН от 7 до 8.

2.4.3 Фильтрация суспензии карбоната никеля

Суспензию после осаждения карбоната никеля фильтруют на фильтр-прессе Фп 10. В качестве фильтрующего элемента применяют фильтровальную ткань ТЛФТ 5. Фильтрат направляют в бак фильтрата Кб7. После фильтрации осадок прессуют, и вытесненный фильтрат также направляют в бак К7.

2.4.4 Промывка осадка

После вытеснения фильтрата проводят промывку осадка на фильтр-прессе. На одну операцию промывки необходимо от 5 до 6 м³ конденсата из конденсатного бака К11 с температурой более 50 ⁰С. Осадок с фильтр-пресса через течку направляют в бак-мешалку Кб3 на растворение серной кислотой или выгружают в контейнер. Промывная вода поступает в бак Кб8.

2.4.5 Доосаждение карбоната никеля из фильтрата

Фильтрат после промывки карбоната никеля и промводу из бака Кб7 подвергают повторной операции осаждения карбоната никеля, для чего насосом закачивают в бак-мешалку Кб 2. Осаждение проводят до установления в суспензии рН от 8 до 9. Затем суспензию направляют на фильтр-пресс. Осадок карбоната никеля промывают и направляют на растворение, а фильтрат поступает в бак Кб 8, откуда насосом откачивают в ГМО ХМЦ.

2.4.6 Распульповка и растворение карбоната никеля

Распульповку карбоната никеля ведут в бак-мешалке Кб 3. Из конденсатного бака К11 самотеком подают конденсат с температурой более 50 ⁰С, закачивая бак-мешалку Кб 3 до рабочего уровня.

Растворение карбоната никеля проводят в этой же бак мешалке Кб 3. Массу карбоната никеля и серной кислоты, необходимой для проведения реакции растворения определяют по весовому индикатору. Через бак-мерник подают расчетное количество серной кислоты. Операцию ведут до полного растворения карбоната никеля. Остаточная концентрация свободной серной кислоты не должна превышать 5 г/дм³. Раствор после растворения карбоната никеля направляют в агитаторы никелевое отделение Аг 5, Аг 6, Аг 7, Аг 8 на стадию чистки никелевых растворов от примесей железа, меди и цинка.

2.5 Производство никеля сернокислого реактива марки «ч»

Процесс получения никеля сернокислого организован в две стадии. В черновом цикле выпарной вакуум-кристаллизации получают черновые кристаллы, которые после разделения на центрифуге растворяют и раствор подвергают очистке от примесей. Очищенный раствор подкисляют и направляют в чистовой цикл выпарной вакуум-кристаллизации, затем на разделение, сушку кристаллов никеля сернокислого и упаковку готового продукта. Маточный раствор чернового цикла возвращают на участок подготовки в процесс охлаждения и кристаллизации никеля сернокислого, затем направляют в медное отделение. Маточный раствор чистового цикла направляют на участок получения карбоната и на операцию очистки от примесей.

2.5.1 Выпарная вакуум-кристаллизация (черновой цикл)

Выпарная вакуум - кристаллизация (черновой цикл) предназначена для получения черновых кристаллов никеля сернокислого из усреднённого раствора [7].

Из бака И 4.1 обезмеженный раствор перекачивают для усреднения раствора в бак И 4.2, далее закачивают в напорный бак Нб 4-1(4-2), и подают в выпарной вакуум-кристаллизатор ВВК4-1(4-2) (далее ВВК) до рабочего уровня, где он смешивается с циркулирующей суспензией.

Нагрев раствора проводят паром в греющей камере ГК 4-1(4-2) до заданной температуры. Под действием напора, создаваемого циркуляционным насосом 401 перегретый маточный раствор, поступающий из греющей камеры, вытекая из сопла струйного насоса с большой скоростью, подсасывает суспензию, циркулирующую в аппарате. Поступающий исходный раствор и образовавшаяся смесь поднимается по центральной циркуляционной трубе вверх и на выходе из нее вскипает, вследствие наличия разряжения в сепараторе ВВК. Вакуумная система, поддерживающая разрежение в ВВК, состоит из пароэжекторного блока ПЭБ 4-1 (4-2), вакуумного насоса 403 (404, 405) и поверхностного конденсатора Пк 4-1 (4-2).

При кипении раствор теряет тепло перегрева и охлаждается до равновесной температуры кипения раствора при данном остаточном давлении. В результате охлаждения, а также за счет испарения, при кипении, части растворителя в растворе создается пересыщение и происходит выделение зародышей кристаллической соли никеля сернокислого и рост кристаллов на зародышах, которые поступили ранее из центральной циркуляционной трубы в зону кипения.

Образовавшиеся кристаллы в виде суспензии частично выводят из ВВК, перекачивая на центрифугу Цф 6(8) насосом 419.

Настройка, вывод ВВК на технологический режим и контроль режимных параметров в процессе работы производят с помощью контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации. Настроечные и режимные параметры ведения процесса выпарной вакуум-кристаллизации приведены в таблицах 2.7, 2.8. Конденсат греющего пара подается на промывку смотровых окон ВВК и в нижнюю часть корпуса для растворения кристаллов [7].

Таблица 2.7 - Настроечные параметры ВВК

Наименование параметра	Ед. изм.	Параметры настройки и вывода ВВК на режим
		черновой цикл	чистовой цикл
Разряжение в корпусе	МПа	0,090 - 0,098	0,090 - 0,098
Расход воды на Пк	м³/ч	40 - 120	40 - 120
Температура охлаждающей воды на входе в Пк	⁰С	28, не более	28, не более
Температура охлаждающей воды на выходе из Пк	⁰С	36, не более	36, не более

Таблица 2.8 - Режимные параметры процесса выпарной вакуум-кристаллизации никеля сернокислого.

Наименование параметра	Ед. изм.	Норма режима
		черновой цикл	чистовой цикл
Объемный расход исходного раствора	м³/ч	0,5-1,5	1,0-1,5
Содержание серной кислоты в исходном растворе	г/дм³	110, не более	2-5
Плотность исходного раствора	кг/м³	1420, не более	1300-1380
Расход пара на ГК	т/ч	0,4 - 1,4	0,4-1,4
Температура в нижней части ВВК до греющей камеры	^оС	42-55	42-50
Разность температур (перегрев)	^оС	8-14	8-12
Соотношение Т Ж в продукционной суспензии	%	15-27	15-25
Плотность раствора в аппарате	кг/м³	1580, не более	1480, не более
Содержание серной кислоты в растворе (в ВВК)	г/дм³	350, не более	4-12

Факторы, влияющие на процесс выпарной вакуум-кристаллизации, рассмотрены ниже.

Повышение температуры пересыщенного раствора уменьшает скорость образования кристаллических зародышей и уменьшает гидратацию ионов, что приводит к увеличению их размера, а также облегчает объединение их в зародыши. С повышением температуры снижается поверхностное натяжение между раствором и образующимся зародышем и облегчается работа по его росту. Понижение температуры вызывает обратные процессы.

Растворимые примеси, присутствующие в растворе, оказывают различное влияние на скорость образования центров кристаллизации. Они соосаждаются или зарабатываются в кристаллическую решетку, одни из них значительно сокращают индукционный период кристаллизации и резко повышают скорость, другие действуют как поверхностно-активные вещества, адсорбируются на поверхности микрозародышей и повышают устойчивость пересыщенных растворов.

2.5.2 Процесс разделения суспензии никеля сернокислого (черновой цикл)

Процесс разделения суспензии никеля сернокислого предназначен для отделения кристаллов никеля сернокислого от маточного раствора.

Суспензию кристаллов никеля сернокислого перекачивают в центрифугу Цф 6(8) насосом 419, где суспензия раскручивается и центробежной силой отбрасывается, равномерно распределяясь, на сита первого каскада.

Промывку кристаллов производят подачей конденсата через установленные в центрифуге форсунки.

Маточный раствор проходит через сита в кожух и поступает в бак М5. После отстоя раствор направляют на операцию подготовки никелевых растворов

Толкатель центрифуги перемещает оставшиеся кристаллы по ситам, а на очищенные сита поступает новая порция суспензии. При движении толкателя кристаллы пересыпаются с первого каскада на второй и перемещаются вдоль ротора к бункеру выгрузки. При перемещении осадка вдоль ротора вначале происходит основной отжим маточного раствора, затем промывка и предварительная просушка кристаллов [7]. Просушенные кристаллы поступают в бункер выгрузки под центрифугой и шнеком подаются в агитаторы Аг 3, Аг 4 на растворение.

Факторами, влияющими на процесс разделения суспензии, являются: плотность маточного раствора, размер кристаллов и центробежная сила ротора центрифуги.

С увеличением плотности маточного раствора скорость фильтрации, а, следовательно, производительность снижаются и наоборот.

Мелкие кристаллы никеля сернокислого при формировании фильтрующего слоя на роторе плотно забивают отверстия сита и препятствуют отделению маточного раствора, что ведет к снижению скорости и ухудшению отмывки кристаллов от кислоты и шламов;

Увеличение центробежной силы, иными словами увеличение числа оборотов ротора центрифуги, влияет на фактор разделения (соотношение центробежной силы и силы тяжести) и увеличивает скорость фильтрации и производительность центрифуги.

2.5.3 Растворение кристаллов чернового никеля сернокислого

Растворение кристаллов производят для получения раствора никеля сернокислого в агитаторах Аг 3, Аг 4 раствором никеля сернокислого, после растворения никеля карбоната и промводой из бака Пв 7. Для перемешивания и интенсификации процесса в агитатор подают острый пар и сжатый воздух. Технологические параметры процесса приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9 - Режимные параметры процесса растворения кристаллов никеля сернокислого (чернового)

Наименование параметра	Ед. изм.	Норма
Плотность раствора	кг/м³	1360 - 1460
Содержание серной кислоты	г/дм³	7,0, не более

2.5.4 Процесс очистки раствора от примесей

Очистка раствора от примесей предназначена для получения исходного раствора для выпарной вакуум-кристаллизации чистового цикла. Растворы из агитатора Аг 3 (Аг 4) перекачивают насосом 433 в агитатор Аг 5(6,7,8), где производят очистку от меди, железа и цинка. В агитатор Аг 5(6,7,8) поступает 20 % об. маточного раствора (чистого цикла). Режимные параметры представлены в таблице 2.10. Реагентом для очистки служит сепарированный мел [7]. Раствор нагревают паром и перемешивают сжатым воздухом. Количество необходимого сепарированного мела определяют исходя из концентрации серной кислоты и конечного значения pH.

Скорость агитации возрастает с ростом температуры и расхода сжатого воздуха на агитацию.

Таблица 2.10 - Режимные параметры операции очистки никелевых растворов от меди, железа и цинка

Наименование	Ед. изм.	Норма режима
Температура агитации	⁰С	70 - 90
Расход воздуха	м³/ч	150 - 300
Плотность раствора начальная	кг/м ³	1360 - 1460
Плотность раствора конечная	кг/м ³	1300 - 1380

2.5.5 Фильтрация суспензии

Фильтрацию суспензии производят для отделения очищенного раствора от осадка на фильтр-прессе ФП 6(7). Для создания на фильтровальной ткани фильтрующего слоя из осадка первые 10-15 минут раствор возвращают в агитатор, чтобы избежать проскока мелкодисперсных частиц щелочных солей. Допустимое остаточное содержание примесей после очистки раствора приведено в таблице 2.11. Далее раствор с фильтр-пресса подают в бак И5.1(5.2), где подкисляют серной кислотой до заданного значения.

Таблица 2.11 - Допустимое остаточное содержание примесей после очистки раствора (железа, меди, цинка)

Наименование	Ед. изм.	Содержание
Медь	мг/дм³	20, не более
Железо	мг/дм³	10, не более
Цинк	мг/дм³	100, не более

По окончании операции фильтрации осадок на фильтр-прессе промывают конденсатом в бак ПВ 7, фильтр-пресс продувают сжатым воздухом и очищают от осадка [7]. Никелевый кек выгружают в мягкие контейнеры и отправляют на склад готовой продукции, как отходы никельсодержащие.

2.5.6 Выпарная вакуум-кристаллизация (чистовой цикл)

Выпарная вакуум-кристаллизация (чистовой цикл) предназначена для получения продукционных кристаллов никеля сернокислого из исходного раствора [7].

Из бака И 5.1(5.2) исходный раствор закачивают насосом 424 в напорный бак Нб4-3 (4-2) и подают в выпарной вакуум-кристаллизатор ВВК 4-3(4-2). Схема организации процесса выпарной вакуум-кристаллизации чистового цикла аналогична схеме чернового цикла.

Образовавшиеся кристаллы в виде продукционной суспензии частично выводят из ВВК, перекачивая на центрифугу Цф7 насосом 421.

2.5.7 Процесс разделения суспензии никеля сернокислого (чистовой цикл)

Суспензию кристаллов никеля сернокислого перекачивают в центрифугу Цф 7 насосом 424, где производят процесс разделения суспензии аналогично такому же процессу в черновом цикле. Кристаллы транспортируют на операцию сушки. Маточный раствор направляют в бак М6, откуда его направляют в процесс получения карбоната никеля или в Аг 5 (6, 7, 8) для корректировки удельного веса раствора перед очисткой [7].

2.5.8 Сушка никеля сернокислого

Сушку никеля сернокислого производят для удаления избыточной влаги из кристаллов никеля сернокислого в сушилке барабанной Сб 4, оснащенной калорифером для подогрева воздуха и вентилятором для его подачи.

Кристаллы никеля сернокислого шнеком подают на вход сушилки барабанной. Проходя по сушилке барабанной, кристаллы попадают в поток горячего воздуха. Влага испаряется и с потоком воздуха удаляется из полости сушилки барабанной в аспирационную систему пылеулавливания АС-4 (рисунок 2.3). Просушенные кристаллы никеля сернокислого ссыпают в приемный бункер [7].

Запыленный воздух после сушилки барабанной поступает на установку очистки воздуха, где вытяжным вентилятором протягивается через скруббер мокрого пылеулавливания. Очищенный от пыли никеля сернокислого воздух выбрасывается в атмосферу (рисунок 2.3).

Эксплуатация и обслуживание установки очистки газа производится в соответствии с инструкцией ИЭ 0400-11-01 [9].

Факторы, влияющие на процесс сушки, рассмотрены ниже.

Повышенная относительная влажность воздуха, подаваемого в сушилку барабанную, снижает эффективность его применения в качестве теплоносителя. Относительная влажность воздуха зависит от метеорологических условий.

Повышение расхода теплоносителя, повышает скорость процесса сушки.

Повышение температуры теплоносителя, повышает скорость процесса сушки.

Превышение температуры воздуха свыше 130 ⁰С приводит к пересушиванию готового продукта и увеличение выноса пыли никеля сернокислого в систему газоочистки.

Схема пылегазоулавливающей установки АС-4

1 - элеватор; 2 - шнек; 3 - калорифер; 4 - вентилятор нагнетающий; 5 - приёмный бункер; 6 - вентилятор вытяжной; 7 - скрубберный бак; 8 - насос циркуляционный; 9 - скруббер; Сб - сушильный барабан

Рисунок 2.3

2.5.9 Упаковка и пакетирование никеля сернокислого

Упаковку никеля сернокислого реактива марки «ч» производят на узле затаривания в мешки по 25 или 50 кг, затем пакетируют их на поддоне с применением саморастягивающейся полиэтиленовой пленки для придания прочности и внешнего вида готовому продукту [7].

2.6 Характеристика товарной продукции

Никелевое отделение купоросного цеха выпускает два вида товарной продукции:

никель (II) сернокислый 7-водный чистый (Ч.) NiSO₄*7H₂O;

никель (II) сернокислый 6-водный чистый (Ч.) NiSO₄*6H₂O.

Никель сернокислый представляет собой кристаллы изумрудно-зеленого цвета, растворимые в воде, выветривающиеся на воздухе.

Никель (II) сернокислый 7-водный реактив марки 'ч' выпускают в соответствии с настоящей технологической инструкцией по техническим условиям ГОСТ 4465-74 [10].

Содержание основного вещества и примесей должны соответствовать нормам, указанным в таблице 2.12.

Таблица 2.12 - Химический состав никеля (II) сернокислого 7-водного

Наименование показателя	Норма, %
Массовая доля 7-водного сернокислого никеля (II), NiSO₄*7H₂O, не менее	97
Массовая доля нерастворимых в воде веществ, не более	0,02
Массовая доля хлоридов (CL), не более	0,01
Массовая доля общего азота (N)	не нормируется
Массовая доля суммы калия, натрия, кальция и магния (К + Na + Са + Mg), не более	0,2
Массовая доля железа (Fe), не более	0,003
Массовая доля кобальта (Со), не более	0,10
Массовая доля цинка (Zn), не более	0,01
Массовая доля меди (Сu), не более	0,002
Массовая доля кадмия (Cd), не более	не нормируется
Массовая доля свинца (РЬ), не, более	0,001

Никель (II) сернокислый 6-водный чистый выпускают в соответствии с настоящей технологической инструкцией, по техническим условиям ТУ 2622-368-105-98.

Содержание основного вещества и примесей должны соответствовать нормам, указанным в таблице 2.13.

Таблица 2.13 - Химический состав никеля (II) сернокислого 6-водного чистого

Наименование показателя	Норма, %
Массовая доля 6-водного сернокислого никеля (II), не менее	97
Массовая доля нерастворимых в воде веществ, не более	0,02
Массовая доля хлоридов (CL), не более	0,01
Массовая доля суммы калия, натрия, кальция и магния (К + Na + Са + Mg), не более	0,2
Массовая доля железа (Fe), не более	0,003
Массовая доля кобальта (Со), не более	0,10
Массовая доля цинка (Zn), не более	0,01
Массовая доля меди (Сu), не более	0,002
Массовая доля свинца (РЬ), не более	0,001

Никель сернокислый применяется в машиностроении, приборостроении, в изготовлении медицинского оборудования и инструментария, в электротехнической отрасли, химической промышленности.

3 АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Участок по производству никеля сернокислого расположен в главном корпусе купоросного цеха ОАО «Уралэлектромедь». Производство никеля сернокислого состоит из трёх участков: участка подготовки никелевых растворов, никелевого отделения и получения карбоната никеля.

3.1 Характеристика основного оборудования производства никеля сернокислого

На участке подготовки никелевых растворов размещено оборудование двух технологических процессов:

- обезмеживания маточных растворов III стадии медного отделения;

- подготовки растворов никелевого отделения.

Характеристика основного оборудования производства никеля сернокислого представлена в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Основное оборудование производства никеля сернокислого

Обозначение	Наименование	Характеристика	Назначение
Обезмеживание растворов
	Ванна электролизная	Материал - железобетон, футеровка - винипласт	Обезмеживание растворов
Ц2, ЦЗ, Ц4, Ц5	Бак	Материал - сталь X18Н1ОТ, объем -13, 12, 16, 20м³	Циркуляция растворов II, III, IV,V серии ванн обезмеживания и перекачка в бак ИЗ
39, 94, 95, 96, 115, 116, 146, 147, 148	Насос	Марка Х20/18, Марка Х45/31
	Преобразователь тиристорный	Тип ВАК 6300/24	Электропитание ванн обезмеживания
Узел подготовки растворов
Фп 5	Фильтр-пресс	Площадь фильтрации - 24м², размер плит 630 х 630 мм, рабочее давление 8кгс/см²	Фильтрация маточных растворов медного отделения и растворов после вакуумной чистки ванн
	Ванна	Материал - железобетон, футеровка - винипласт по ГОСТ 9639-7	Отстой, охлаждение раствора
	Блок охлаждающий	материал - сталь Х18Н10Т	Охлаждение растворов
Фп 8	Фильтр-пресс	ЧМ 25/25-800 МБ камерный с гидроприводом	Фильтрация зашламленных растворов
Продолжение таблицы 3.1
Обозначение	Наименование	Характеристика	Назначение
Участок получения карбоната никеля
Кб 1, Кб 2, Кб 3	Бак-мешалка	Аппарат с перемешивающим устройством, объем 2,5, 3,2м³, материал Х18Н10Т, механическая мешалка - 170об/мин, подача пара в рубашку	Приготовление раствора соды. Осаждение карбоната никеля. Растворение карбоната никеля.
Фп 10	Фильтр-пресс	Тип ЧМ 50/40-800 МБ, площадь фильтрации 50 м², размер рам 800 х 800 мм	Фильтрация суспензии карбоната никеля
Производство никеля сернокислого марки «ч»
ВВК4-1(2,3)	Выпарной вакуум-кристаллизатор	Объем - 7,7 м³, материал - сплав ВТ-1	Выпаривание и кристаллизация никеля сернокислого
Аг3, Аг4, Аг5, Аг6, Аг7, Аг8	Агитатор (бак - мешалка)	Аппарат с перемешивающим устройством объем - 3, 6 м³, материал XI8Н10Т	Растворение черновых кристаллов и подача раствора на очистку от примесей. Очистка раствора от примесей меди, железа, цинка и др.
Цф6, ЦФ8	Центрифуга	Тип 1/2ФГП-631К-02, фильтрующая горизонтальная пульсирующая	Разделение суспензии и получение чернового никеля сернокислого
Цф 7	Центрифуга	Тип 1/2ФГП-401К, фильтрующая горизонтальная пульсирующая	Разделение суспензии и получение никеля сернокислого
Фп 6	Фильтр-пресс	Площадь фильтрации 24м², размер плит 630 х 630 мм	Разделение суспензии после операции очистки раствора от примесей
Фп 7		Площадь фильтрации 25м², размер плит 800 х 800 мм Рабочее давление 8 кгс /см²
Сб-4	Сушилка барабанная	Вращающаяся, непрерывного действия. Оснащение: приемный бункер объемом -4м³; вентиляторы типа Ц 14-46 № 3,2; калорифер типа КСК 4-10; шнек с приводом; элеватор ковшевой ЭЛМ-160	Удаление избыточной влаги из готового продукта
АС-4	Установка очистки газа АС-4	Вентилятор Ц 14-4 6, № 3, 2 Насос Х8/18 Скруббер ВТИ ЦС-8	Пылеулавливание

Планово-предупредительные и капитальные ремонты оборудования производят согласно утвержденному графику [7, 8].

а) Фильтр-пресс ЧМ.

Фильтр-пресс ЧМ представляет собой набор фильтровальных плит, размещенный между передней стойкой фильтр-пресса и его нажимной плитой [24]. Механизм зажима плит монтируется в задней стойке фильтр-пресса, а также оснащен гидроцилиндром для создания рабочего усилия сжатия плит, но в обоснованных случаях возможно использование электромеханического зажима плит. Данный фильтр-пресс с боковой подвеской, фильтровальные плиты имеют по бокам специальные кронштейны-ручки, которые выполняют сразу две функции: с их помощью плиты опираются на продольные стяжки, и они же служат рабочими органами для механизма перемещения плит.

Данный фильтр-пресс выбран в связи с тем, что имеет следующие преимущества:

- высокая производительность фильтр-пресса за счет фильтрования под давлением 16 атм.;

- оснащен эффективным механизмом выгрузки осадка, позволяющим сократить время этой операции более чем в три раза;

- максимально возможный срок службы фильтровальных салфеток, за счет устройства для регенерации фильтровальной ткани без демонтажа ее с фильтр-пресса при незначительном расходе воды;

- сравнительно с фильтрами других конструкций фильтр-прессы ЧМ характеризуются в 8...12 раз меньшим расходом электроэнергии;

- минимальный расход промывных жидкостей, за счет увеличения эффективности промывок при их равномерном прохождении через всю толщину осадка и отжима осадка мембранами;

- полипропиленовые фильтровальные плиты устойчивы во всех коррозионоактивных жидкостях;

- отжимные мембраны позволяют отпрессовать осадок и получить его с минимальной влажностью, что значительно снижает энергозатраты на сушку осадка;

- шторы защищают обслуживающий персонал и производственные помещения при аварийных и нештатных разгерметизациях фильтр-прессов;

- набор осадка на полную толщину камеры, устранение размывов осадка, за счет его поджатия мембранами;

- сравнительно небольшой вес и габариты;

б) Центрифуга

Центрифуги данного типа ? ФГП-401 К, горизонтальная, пульсирующая, фильтрующая, непрерывного действия, производительностью по осадку 10 т/ч, предназначена для непрерывного разделения суспензий, содержащих твердую фазу в виде крупно - и среднеизмельченных кристаллов [12,24].

Конструктивной особенностью центрифуг типа ФГП является консольное расположение ротора с пульсирующим толкателем.

Центрифуга представляет собой фильтрующую машину непрерывного действия с двухкаскадным ротором. Ротор состоит из двух дырчатых обечаек сварной конструкции с днищем, в которых укреплены щелевидные колосниковые сита. Внутри ротора укреплены приемный и защитный конуса. Внутрь ротора подведена питающая труба, закрепленная на кожухе. На приемном конусе установлено уравнительное кольцо, служащее для формирования слоя осадка, на защитном - съемное кольцо, служащее для перемещения осадка вдоль ротора.

Суспензия по питающей трубе поступает в пространство между питающим и защитным конусами, раскручивается и центробежной силой отбрасывается, равномерно распределяясь на ситах I каскада. Жидкая фаза суспензии проходит через сита в кожух, а твердая накапливается на ситах.

При движении толкателя с обечайкой и ситами I каскада в сторону станины осадок наталкивается на неподвижное съемное кольцо и останавливается, а очищенные сита уходят под кольцо. При движении толкателя от станицы осадок перемещается вместе с ситами, а на очищенные сита поступает новая порция суспензии.

За несколько ходов осадок продвигается по всей длине I каскада ротора и пересыпается на сита II каскада.

При движении толкателя от станины прижимное кольцо сит I каскада наталкивается на осадок на ситах II каскада и перемещает его вдоль ротора к выгрузочному бункеру.

При перемещении осадка вдоль ротора вначале происходит основной отжим жидкой фазы, затем просушка, в случае необходимости - промывка осадка и окончательная просушка осадка.

в) Сушилка

После отделения кристаллов никеля сернокислого от маточного раствора, кристаллы содержат свободную влагу, которую удаляют для придания готовому продукту свойств соответствующих требованиям стандарта [12,24]. Для этого предприятие применяет сушилку барабанную, вращающуюся, непрерывного действия. Диаметр сушилки составляет 1200 мм, длина 8 м. Она оснащена приемным бункером, вентилятором типа Ц 14-46, калорифером КСК 4-10, шнеком с приводом, ковшевым элеватором ЭЛМ-160.

Для сушки кристаллов применяют конвекционную сушку, в качестве теплоносителя используют горячий воздух, используя принцип прямотока. Нагнетающий вентилятор подает воздух для нагрева в паровой калорифер, затем в сушильный барабан.

Поддерживают и регулируют заданную температуру с помощью вентилей на подаче пара в калорифер. Внутри наклонного вращающегося барабана установлены продольные полки и при вращении барабана готовый продукт пересыпается с них, попадает в горячий воздушный поток, сушится и ссыпается в приемный бункер узла упаковки и пакетирования.

Воздух, запыленный мелкими частицами, из сушильного барабана с помощью вытяжного вентилятора протягивают через циклон, где оседает большая часть мелкодисперсных частиц, затем через установку очистки газа очищенный от пыли воздух выбрасывают в атмосферу (рисунок 2.3). Собранную в контейнер под циклоном пыль готового продукта периодически растворяют и направляют в технологический процесс. Данный аппарат выбран в связи с тем, что высушиваемый никель сернокислый является сыпучим. Благодаря наклону и вращению барабана материал непрерывно перемещается внутри него, минимально измельчается и имеет хороший контакт с рабочими газами. Данная сушилка может работать не только на смеси топочных газов и воздуха, но также и на нагретом воздухе.

3.2 Описание и расчет вакуум-выпарной установки

Выделение никеля сернокислого из маточных растворов медного отделения предусматривается в две стадии вакуум - выпарной кристаллизации. Это один из основных процессов производства никеля сернокислого на предприятии ОАО “Уралэлектромедь”.

Маточный раствор медного отделения содержит повышенное количество примесей: CuSO₄, FeSO₄, ZnSO₄, CaSO₄, Na₂SO₄ и др. Обезмеженный раствор из электролитных ванн направляют на двухстадийную упарку раствора, одновременно с упаркой происходит кристаллизация никеля сернокислого.

На ряде действующих медеэлектролитных заводов этот процесс осуществляется в вакуум-выпарных аппаратах с вынесенной греющей камерой, которые работают периодически, так как на теплопередающей поверхности происходит интенсивное образование нерастворимой и механически прочной накипи, состоящей преимущественно из сульфата.

СверНИИхиммашем были проведены исследования вакуум-кристаллизации производственного раствора в опытных циркуляционных кристаллизаторах разных конструкций. На основании полученных результатов была разработана и успешно внедрена в эксплуатацию в купоросном цехе ОАО “Уралэлектромедь” выпарная вакуум - кристаллизационная установка, а также были приняты следующие технические решения:

- процесс упаривания на “кристалл” проводится непрерывно в выпарном вакуум - кристаллизаторе двухконтурного типа;

- температура упарки раствора и кристаллизации никеля сернокислого поддерживается в интервале 40 - 55⁰С;

- греющая камера установлена в наружном циркуляционном контуре вакуум - кристаллизатора на нагнетательной линии циркуляционного насоса. Через греющую камеру осуществляется циркуляция осветленного маточного раствора, отбираемого из внутренней отстойной камеры кристаллизатора;

- размер кристаллов в циркулирующей суспензии регулируется изменением скорости истечения струй маточного раствора из сопла струйного насоса (до 20,5 м/с) и температуры перегрева осветленного маточного раствора в греющей камере (от 5 до 15⁰С);

- работа установки непрерывная;

- предусмотрена резервная нитка, обеспечивающую работу любой из выпарок при остановке ее (нитки) на ремонт или ревизию.

3.2.1 Описание вакуум-выпарной установки

Никель сернокислый является продуктом процесса кристаллизации сернокислого никеля из насыщенных сернокислых растворов.

Кристаллизатор (рисунок 3.1) содержит: корпус 1, представляющий цилиндрический сосуд переменного сечения с эллиптическим днищем; сепаратор 2 с эллиптической крышкой, предназначенный для отделения вторичного пара от капель кипящего раствора; центральную циркуляционную трубу 3; нижняя часть которой с соплом 9, установленным в днище аппарата, образует струйный насос; цилиндрическую вставку 4, разделяющую корпус на кристаллизационную и отстойную зоны; наружный циркуляционный контур, состоящий из труб 7 и центробежного насоса 11, греющую камеру 12, представляющую собой четырёхходовой горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник с теплопередающими трубками из титана BTI-0 размерами 38x2x3000 мм.

Кристаллизатор имеет штуцеры входа исходного раствора 8 и греющего пара 5, отвода вторичного пара, суспензии, конденсата 13, паровоздушной смеси 14, подачи промжидкости, а также штуцеры для отбора проб и приборов КИП и А.

Принцип работы вакуум-выпарного кристаллизатора следующий [13]:

Питающий раствор через штуцер 10 (рисунок 3.1), расположенный в нижней части корпуса, подаётся в аппарат и смешивается с циркулирующей суспензией. Циркуляция суспензии в корпусе осуществляется за счёт работы струйного насоса, сопло 9 которого выполнено сменным на случай замены в ходе пуско-наладочных работ, а также по мере износа в рабочем режиме установки.

Осветлённый маточный раствор отбирается из отстойной камеры 15 и по обратной циркуляционной трубе 7 поступает в центробежный насос 11, прокачивается через греющую камеру 12 и подаётся в сопло струйного насоса. Выходя из сопла с большой скоростью, подогретый маточный раствор подсасывает суспензию, смешиваясь с ней в центральной трубе 3. При выходе из трубы смесь вскипает, теряя при этом тепло перегрева и охлаждаясь до температуры кипения, вследствие наличия разряжения 0,090-0,098 МПа. В результате охлаждения, а также за счёт самоиспарения некоторой части растворителя, в растворе создаётся пересыщение и происходит выделение твёрдой фазы. При этом образуются новые центры кристаллизации - зародышевые кристаллы и укрупняются ранее образовавшиеся кристаллы.

Высокая степень смешения горячего питающего раствора с маточным, наличие в зоне кипения большой массы растущих кристаллов обеспечивают низкий уровень пересыщения и длительную работу кристаллизаторов без существенного образования инкрустаций на внутренних поверхностях корпуса, позволяет получать крупнокристаллический продукт.

Кристаллический продукт в виде суспензии непрерывно отводится из кристаллизатора самотёком по пульпоотводящей трубе 10 в бак-мешалку, служащую гидрозатвором.

Для визуального наблюдения за работой кристаллизатора имеются смотровые окна 20, расположенные в крышке сепаратора, и на боковой стенке корпуса в зоне кипения и осветления раствора. Смотровые окна периодически могут промываться конденсатом.

Для визуального контроля уровня конденсата в межтрубном пространстве греющей камеры предусмотрено водомерное стекло.

Вторичный пар, образующийся при кипении раствора, отводится из аппарата через штуцер 6. Для очистки вторичного пара от капель раствора. В верхней части кристаллизатора предусмотрен жалюзийный отбойник 15, который в случае необходимости может промываться конденсатом.

На процесс кристаллизации оказывают влияние следующие факторы:

а) Температура

Повышение температуры пересыщенного раствора увеличивает скорость образования кристаллических зародышей. С повышением температуры снижается поверхностное натяжение между раствором и образующимся микрозародышем и облегчается работа по образованию мелких кристаллов.

Для создания условий роста кристаллов необходимо регулировать процесс (снижать) образования микрозародышей. На практике это достигается путем поддержания разницы температур на входе и выходе из греющей камеры, для того, чтобы микрозародыши успевали раствориться, проходя по трубкам греющей камеры.

б) Растворимые примеси

Примеси, присутствующие в растворе, оказывают различное влияние на скорость образования центров кристаллизации, одни из них резко повышают скорость кристаллизации, другие действуют как поверхностно - активные вещества на поверхности микрозародышей и препятствуют кристаллизации пересыщенных растворов.

Вакуум - выпарная установка

Рисунок 3.1

3.2.2 Расчёт вакуум - выпарной установки

Для определения расчетных технологических параметров работы оборудования проведены материально - тепловые расчеты. В расчетах приняты номинальные значения параметров.

Уравнение материального баланса

?₀_i?₀_i = ?_si ?_ci + W (3.1)

где ?₀ , ?_s- объемный расход исходного раствора и суспензии, м³/ч;

?_0,?_c- плотностьисходного раствора и суспензии, кг/м³;

W - массовый расход вторичного пара, кг/ч;

i - индекс, обозначающий стадию кристаллизации.

Расход вторичного пара после преобразования уравнения

W_i = ?₀_i?₀_i - ?_si ?_ci (3.2)

Расход вторичного пара на каждую стадию равен

Первая стадия (черновой цикл)

W₁= 0,77 * 1417,4 - 0,72 * 1469,2 = 33,6 кг/ч;

Вторая стадия (чистовой цикл)

W₂ = 0,69 * 1354,6 - 0,63 * 1411,4 = 45,5 кг/ч;

Уравнение теплового баланса кристаллизатора

S_0i C_0i t_0i + ? S_кр_.i + ?_гр_.i = W_i ?_i + (S_0i - S_кр_{. i} - W_i)* C_м_i t_i + S_кр.i C_кр t_i + ?_грC_к_i t_к_i (3.3)

откуда расход греющего пара с учетом его неполноты конденсации равен

?_гр._i = 1,05 (3.4)

где S₀_i, S_кр_i - массовый расход исходного раствора и кристаллического никеля сернокислого, кг/ч.

S₀= ?₀?₀ (3.5)

? = - 10,60 кДж/кг - теплота кристаллизации никеля сернокислого 7 - водного;

C₀_i, C_м_i, C_кр, C_к_i- теплоемкость исходного раствора, маточного раствора, кристаллов никеля сернокислого, конденсата греющего пара, кДж/кгС⁰;

t₀_i - температура исходного раствора, ⁰С;

t_i = 45⁰С, температура кристаллизации;

t_к= t_гр - 2 = 105 - 2 = 103 ⁰С;

t_ni = t_i - ? - температура вторичного пара, ⁰С;

t_ni = 45 - 5 = 40⁰С;

? = 5 ⁰ С - температурная депрессия упаренного раствора;

? = 2574 кДж/кг - теплосодержание вторичного пара;

?_г = 2684,1 кДж/кг - теплосодержание греющего пара;

1,05 - коэффициент, учитывающий неполноту конденсации греющего пара.

По формуле (3.5) рассчитаем расход греющего пара на каждую стадию кристаллизации.

?_{гр. 1}= 1,05*[33,6*(2574 - 2,65*45) - 1098*(2,65*48 - 2,67*45)

- 165,4*(-10,60 -1,30*45)]/(2684,1 - 4,19*103) = 401,7 кг/ч;

?_{гр. 2}= 1,05*[45,5*(2574 - 2,99*45) - 941*(2,90*48 - 2,99*45)

- 177,5*(-10,60 -1,30*45)]/(2684,1 - 4,19*103) = 554,1 кг/ч;

3.2.2.1 Определение параметров греющей камеры

Тепловые нагрузки:

Q = D*(? - C*T) (3.6)

Q₁ = 401,7 * (2684,1 - 4,19*103) =0,90*10⁶ кДж/ч = 251,3 кВт

Q₂ = 554,1* (2684,1 - 4,19*103) = 1,25*10⁶ Дж/ч = 346,7 кВт.

Коэффициент теплопередачи греющей камеры, с учётом вязкости сернокислых растворов, равен 1кВт/(м²*⁰С).

Требуемая поверхность теплообмена:

F = Q/(K*?t) (3.7)

F₁ = 251,3/(1*13) = 19,3 м²,

F₂ = 346,7/(1*13) = 26,7 м².

Принимаем следующие параметры греющей камеры кристаллизатора:

поверхность теплообмена - F = 32 м²;

греющие трубки - O 38х2, L = 4000 мм, n = 72 шт.;

число ходов по трубному пространству: Z = 4.

3.2.2.2 Подбор циркуляционного насоса

Циркуляционный насос, установленный в наружном циркуляционном контуре, должен обеспечить требуемую подачу раствора для преодоления гидростатического давления, возникающего за счет разности плотностей суспензии внутри аппарата и маточного раствора в наружном контуре.

В днище кристаллизатора установлено сопло, которое вместе с центральной циркуляционной трубой образует струйный насос, обеспечивающий циркуляцию суспензии по внутреннему контуру.

Скорость движения раствора в греющих трубках равна 1,7 м/с. Исходя скорости и сечения одного хода трубчатки, определим необходимую производительность циркуляционного насоса:

Q = 3600 * f'_тр * w = 3600 * 1,45 * 10^-2 *1,7 = 90 м³/ч,

где f'_тр = 1,45*10^-2 м² - площадь сечения одного хода трубного пространства греющей камеры.

Для обеспечения циркуляции маточного раствора никеля сернокислого, содержащего свободную серную кислоту, по наружному контуру ВВК выбираем химический кислотостойкий насос марки АХ 125-100-400б. Рабочие колесо и проточная часть корпуса насоса выполнена из нержавеющей стали марок типа 06ХН28МДТ.

Характеристика насоса:

производительность - 62-133 м³/ч;

напор - 32 м.ст. жидкости;

число оборотов - 1450 об/мин;

требуемая мощность электродвигателя - N = 25 кВт.

3.2.2.3 Расчёт корпуса кристаллизатора и отстойной камеры

Скорость движения вторичного пара в сепараторе рекомендуется принимать не более 5м/с. Приминаем скорость движения пара в сепараторе ?₀ = 3,5 м/с.

Тогда диаметр сепаратора равен:

D =[4*W*?/(?* ?₀)]^1/2 = [4 * 45,5 * 1,043 / (3,14 * 3,5)] ^1/2 = 1,3 м.

Принятый диаметр сепаратора D = 1,8 м.

Для увеличения степени очистки вторичного пара в верхней части сепаратора дополнительно установлен жалюзийный каплеуловитель.

Расчёт отстойной камеры:

Диаметр корпуса кристаллизатора конструктивно принят равным диаметру сепаратора, т.е. d_к = 1800мм.

Площадь кольцевого сечения отстойной камеры F_о.к. определяется из условия обеспечения определенной линейной скорости восходящего потока раствора в сечении отстойной камеры. Линейная скорость в отстойной камере не должна превышать скорости отстаивания (осаждения) кристаллов заданного размера.

?_ок..р. = d²*(? - ?_c)*g / (18* ?_c) = 0,2² * (1949-1489)*9,81 / (18*10⁶*0,8*10^-3) = 0,0125 м/с

где d = 0,2*10^-3 м - заданный диаметр кристаллов;

? = 1949 кг/м³ - плотность кристаллов;

?_c = 1489 кг/м³ - плотность маточного раствора;

?_c= 0,8*10^-3 Па*с - динамический коэффициент вязкости маточного раствора.

Скорость движения восходящего потока в отстойной камере

? _о..к.= Q/(3600*0,785*(d_к² - d_п²)) = 90 / (3600 * 0,785 * (1,8²-0,7²)) = 0,0116 м/с

где d_п = 0,7 м - диаметр перегородки отстойной камеры.

То есть ?_о.к. < ?_ок..р

F_о.к. = 2,15 м²

Рабочий объём зоны кристаллизации

v_к = v_з- v_o_.к.= 11 - 2,5 = 8,5м³

v_з = 11 м³ - общий объём, заполненный раствором в рабочем режиме.

3.2.2.4 Расчёт диаметра циркуляционных труб

Диаметр циркуляционных труб рассчитываются из условия равенства скоростей раствора в них и в греющих трубках.

Это условие соблюдается, когда

F_цирк= f'_трили ? * d²_цирк / 4 = f'_тр

d²_цирк = 4* f'_тр /3,14

d_цирк = (4*0,785*0,032²*18/3,14)^1/2 = 0,133 м

3.4.2.5 Выбор конденсатора

Для конденсации вторичного пара после кристаллизаторов приняты кожухотрубчатые горизонтальные конденсаторы. Конденсация пара в межтрубном пространстве происходит за счёт отдачи тепла хладагенту - оборотной воде, проходящей по трубкам. Принят конденсатор вакуумный 800КВК-V-М10-Ш/25-4-6/ТУ 26-02-990-84

Характеристика конденсатора:

теплообменные трубки: диаметр*толщина стенки*длина-25*2*3000мм;

общее количество трубок - 358 штук;

количество ходов по трубному пучку - 6 штук;

площадь поперечного сечения - 0,022 м²;

диаметр корпуса - 800 мм;

поверхность теплообмена (по наружному диаметру теплообменных трубок) - 112,5 м²;

основной конструкционный материал - сталь 10Х18Н10Т;

теплопроводность стали 10Х18Н10Т - 15,5 Вт/(м*⁰С).

3.2.2.6 Расчёт струйного насоса

Определение коэффициента инжекции:

Определяющим геометрическим параметром струйного насоса является отношение площади поперечного сечения камеры смешения (центральной циркуляционной трубы) к площади поперечного сечения выходного отверстия сопла. Оптимальное значение отношения этих сечений для струйного насосов без диффузора определяем из уравнения:

(f_m/f_c)_опт = [2v_к / v_p *(1+u)² - (2?₂ - 1/?²₄)* v_н / v_p * nu²]/?₂ (3.8)

где v_н - удельный объём инжектируемой среды - суспензии на входе в сечение между соплом и нижним торцом циркуляционной трубы, м³/кг;

v_н = 1/?_с;

v_р- удельный объём рабочей среды, маточного раствора, подаваемого циркуляционным насосом в сопло, м³/кг;

v_р = 1/?_м;

v_н / v_p = ?_м/ ?_с = 0,786;

?₂ = 0,975 - коэффициент скорости в центральной циркуляционной трубе (камера смешения);

?₄ = 0,925 - коэффициент скорости во входном сечении камеры смешения (во входном нижнем поперечном сечении центральной трубы);

(f_m/f_c)_опт= 76,6;

u = 7,27 кг/кг- коэффициент инжекции;

w_с= 20,5м/с - скорость истечения маточного раствора из сопла;

w_ц = 2,21 м/с - скорость суспензии в центральной циркуляционной трубе.

Размеры струйного насоса:

l_c₁ = (0,37 + u)/(4,4*0,16)*d_c= (0,37+7,27)/(4,4*0,16)*40 = 435 мм

l_c₁ - расстояние от выходного сечения сопла до входного сечения камеры смешения

d_c₁ = 1,55* d_c*(1+u) = 1,55*40*(1+7,27) = 512 мм

d_c₁ - диаметр свободной струи на расстоянии от выходного сечения сопла

Длина цилиндрической части камеры смешения - 2100-3500 мм

Диаметр выходного сечения диффузора - 740 мм

Выводы к подразделу 3.2

При рассмотрении работы вакуум-выпарной установки было установлено:

- по химическому составу готовый продукт, отвечает требованиям соответствующего сорта;

- отложений накипи на поверхности теплообмена в греющей камере нет;

В результате расчетов можно сделать вывод о том, что рассматриваемый аппарат способен обеспечить требуемую мощность и может использоваться для получения никеля сернокислого.

3.3 Автоматизация оборудования

Автоматизация производства позволяет увеличить производительность оборудования, снизить расходные коэффициенты исходного сырья и материалов, а также обеспечить безопасность персонала на рабочих местах.

Система управления предназначена для контроля технологических параметров и для управления процессами. Система управления находится в герметичных шкафах. Она включает в себя:

а) управляющий контроллер;

б) аппаратура сбора информации: оптомодули ввода, оптомодули вывода;

в) аппаратура сбора данных. Модули сбора данных АДАМ-4017;

г) Интерфейсная аппаратура: модули конвертеры RS 232-RS485 АДАМ-4520, соединительные провода и кабели;

д) аппаратура контроля технологических параметров: систему датчиков измерения уровня, систему датчиков измерения расхода воздуха и растворов, систему датчиков измерения давления и температуры;

е) блоки питания;

ж) программу и программное обеспечение приема и обработки информации с датчиков и исполнительных устройств, управления исполнительными устройствами и технологическим процессом.

Управляющий сигнал для исполнительных механизмов формируется при помощи логических функций на основании сигналов с датчиков и сигналов управляющих воздействий от оператора или управляющего контроллера. Управляющий сигнал управляет модулем оптической развязки, который коммутирует подачу напряжения на исполнительный механизм.

Система отображения предназначена для отображения технологических параметров и для управления процессами. Система отображения включает в себя: персональный компьютер тип IBM, промышленный манипулятор, блок бесперебойного питания, программу отображения информации и управления.

Аварийная сигнализация (световая на щите, звуковая по месту) срабатывать при:

а) прекращение подачи: исходного раствора; охлаждающей воды в конденсаторы; воды на торцевые уплотнения насосов; вакуум-насосов, греющего пара на кристаллизатор, эжекторы;

б) остановка насосов: циркуляционного, перекачивающих, вакуум-насоса.

Осуществляться сигнализации верхнего и нижнего предельных уровней в емкостях. Световая сигнализация для всех насосов “работает - не работает”.

Режим работы контролируется путем измерения технологических параметров, перечень которых с указанием вида контроля и максимально возможных отклонений, приведен в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Основные технологические параметры производства никеля сернокислого

Наименование стадии процесса	Контролируе-мый параметр	Ед. изм.	Норма технологического режима	Точность измерений	Характеристика СИ, МВИ, МКХА
					первичные	вторичные
Обезмеживание растворов III стадии кристаллизации медного отделения	Температура раствора	°С	50-60	±2,0	Термопреобразователь диапазон измерений -50- +150	Контрол-лер
	Токовая нагрузка	кА	1,0-5,0	±0,15	Килоамперметр М 381 диапазон измерений 0 - 7,5
Выпарная вакуум кристаллизация	Плотность раствора в ВВК - черновой цикл - чистовой цикл	кг/ м³	1580, не более 1480, не более	± 15	Ареометр АОН-3 диапазон измерения - 1300-1800
	Температура раствора до ГК, после ГК: - черновой цикл - чистовой цикл	°С	42-55 48-63 50-60	±2,0	Термопреобразователь диапазон измерения -50 - +150	Прибор регистрирующий многоканальный диапазон измерения 0-100
	Расход пара на ГК	т/ч	0,4-1,4	±0,15	Преобразователь измерительныйразности давления перепад давления 16 кПа	Прибор регистрирующий диапазон измерения 0-2 т/ч
	Объемный расход исходного раствора	м³/ч	0,5-1,5	±0,3	Преобразователь расходаизмерительный электромагнитный	Прибо Регистрирующий диапазон измерения0-16
Очистка никелевых растворов от примесей	Температура агитации	°С	70-90	±2,0	Термопреобразователь диапазон измерения-50- +150	Прибор регистри-рующий многока-нальный диапазон измерения0-100
Наименование стадии процесса	Контролируе-мый параметр	Ед. изм.	Норма технологичес-кого режима	Точность измере-ний	Характеристика СИ, МВИ, МКХА
					первичные	вторичные
Очистка никелевых растворов от примесей	Расход сжатого воздуха	м³/ч	150-450	± 30	Преобразо-ватель измерительный разности давлений, перепад давления0,25 кПа	Регистрирующий прибор диапазон измерения0-800
Сушка никеля сернокислого	Температура воздуха	°С	60 - 130	±2,0	Термопреоб-разователь диапазон измерений -50- +150	Технограф диапазон измерений шкала 0-150

4 МАТЕРИАЛЬНЫЕ РАСЧЁТЫ ПРОИЗВОДСТВА НИКЕЛЯ СЕРНОКИСЛОГО 7 - ВОДНОГО

Никель сернокислый производится из маточного раствора III стадии вакуум-выпарной кристаллизации медного купороса.

Таблица 4.1 - Химический состав маточного раствора III стадии медного отделения

Наименование элементов	Содержание элементов, г/дм³	Наименование компонентов	Содержание компонентов, г/дм³
Ni	120,00	NiSO₄	315,25
Cu	50,00	CuSO₄	125,00
As	12,50	As₂(SO₄)₃	36,50
Sb	2,50	Sb₂(SO₄)₃	5,45
Fe	1,00	FeSO₄	2,71
Zn	3,45	ZnSO₄	8,55
Ca	0,81	CaSO₄	2,75
Mg	2,00	MgSO₄	10,00
Na	30,00	Na₂SO₄	92,61
K	2,00	K₂SO₄	4,46
N	5,00	(NH₄)₂SO₄	22,14
H₂SO₄	50,00	H₂SO₄	50,00

4.1 Стадия фильтрации маточного раствора III стадии медного отделения

На стадию фильтрации каждые сутки поступает 15 м³маточного раствора III стадии медного отделения, плотностью 1410 кг/м³. После фильтрации получаем влажный осадок и фильтрат, который направляют на стадию обезмеживания.

m _{раствора} = V*? = 15*1410 = 21150 кг/сут (4.1)

Массовая доля компонентов в растворе, рассчитывается по формуле:

w_i = С_i / ? * 100% (4.2)

где С_i - концентрация компонентов г/дм³, ? - плотность раствора, кг/м³.

Масса компонента в растворе - это произведение массовой доли вещества и массы раствора:

m_i _{компонента} = w_i * m _{раствора}/ 100% (4.3)

Химический и массовый состав исходного раствора, представлен в таблице 4.2.

Зашламлённость раствора до фильтрации составляет 2,7 г/дм³, остаточная зашламленность - 0,11 г/дм³. Найдём количества нерастворимого остатка в фильтрате:

m _{нерастворимый остаток}_{в растворе после фильтрации} = 40,50 * 0,11 / 2,7 = 1,65 кг/сут,

где 40,50 кг/сут - масса нерастворимого остатка в растворе до фильтрации.

m _{нерастворимого остатка}_{в осадке} = 40,50 - 1,65 = 38,85 кг/сут.

Раствор фильтруют на фильтр-прессе, где влажность осадка составляет, 15 - 25%.

m _{влажного осадка}= 38,85 / 0,8 = 48,56 кг/сут,

m _{раствора в осадке} = 48,56 *0,2 = 9,69 кг/сут.

Так как известны массовые доли компонентов в растворе, найдём массовый состав влажного осадка (таблица 4.2).

Таблица 4.2 - Химический и массовый состав исходного раствора и влажного осадка.

Наименование компонентов	С_i, г/дм³	w_i, %	m_i _{компонента}, кг/сут	m_i _{компонента} во влажном осадке, кг/сут
NiSO₄	315,25	22,36	4728,81	2,17
CuSO₄	125,00	8,87	1875,00	0,86
As₂(SO₄)₃	36,50	2,59	547,50	0,25
Sb₂(SO₄)₃	5,45	0,39	81,76	0,04
FeSO₄	2,71	0,19	40,71	0,02
ZnSO₄	8,55	0,61	128,18	0,06
CaSO₄	2,75	0,20	41,31	0,02
MgSO₄	10,00	0,71	150,00	0,07
Na₂SO₄	92,61	6,57	1389,13	0,64
K₂SO₄	4,46	0,32	66,92	0,03
(NH₄)₂SO₄	22,14	1,57	332,14	0,15
H₂SO₄	50,00	3,55	750,00	0,34
H₂O	754,02	51,91	10978,02	5,04
нерастворимый остаток	2,70	0,19	40,50	38,85

Количество сульфата меди в фильтрате составляет:

m _CuSO4 = 1875,00 - 0,86 = 1874,14 кг/сут, где

1875,00 кг/сут - масса сульфата меди в исходном растворе, 0,86 кг/сут во влажном осадке.

Аналогично рассчитывают массы других компонентов в фильтрате.

Таблица 4.3 - Материальный баланс фильтрации маточного раствора III стадии медного отделения

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Маточный раствор III стадии медного отделения, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄	21150,00	4728,81 1875,00 547,50 81,76 40,71 128,18	1. Фильтрат, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄	21101,46	4 726,64 1874,14 547,25 81,72 40,70 128,12 41,29 149,93 1388,49
CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остато		41,31 150,00 1389,13 66,92 332,14 750,00 10978,02 40,50	K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Влажный осадок, в том числе нерастворимый остаток жидкая фаза: NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O	48,56	66,89 331,99 749,66 10972,98 1,65 38,85 9,69 2,17 0,86 0,25 0,04 0,02 0,06 0,02 0,07 0,64 0,03 0,15 0,34 5,04
Всего	21150,00	21150,00	Всего	21150,00	21150,00

4.2 Стадия обезмеживания фильтрата

Процесс обезмеживания электроосаждением с малорастворимыми анодами проводят для удаления меди из маточного раствора III стадии медного отделения после фильтрации.

Процесс обезмеживания осуществляют в две стадии из-за опасности выделения газа арсина при обезмеживании раствора до содержания меди в растворе 6-8 г/дм³.

После достижения заданного значения содержания меди на I стадии, раствор перекачивают на II стадию. Обезмеженный раствор II стадии смешивают с раствором, поступающего со стадии подготовки растворив, фильтруют и направляют на вакуум - выпарную кристаллизацию чернового цикла.

Таблица 4.4 - Режимные параметры обезмеживания растворов

Наименование	Ед.изм.	Норма
		I стадия	II стадия
Содержание меди в исходном растворе	г/дм³	55	10?12
Содержание меди в обезмеженном растворе	г/дм³	10?12	1,2 не более
Токовая нагрузка	кА	1,0?5,0	1,0?5,0

Сущность электроосаждения с малорастворимыми анодами заключается в том, что при пропускании тока через цепь, на границах раздела электрод-электролит протекают процессы восстановления ионов на катоде и окисления на аноде [5]. На катоде выделяется медь, и образуется серная кислота, на аноде выделяется кислород. Эти процессы выражаются суммарной реакцией:

CuSO₄ + H₂O = Cu + H₂SO₄ + 1/2 O₂ (4.1)

Молекулярная масса (г/моль) 160 18 64 98 16

Согласно закону Фарадея, найдём количество прореагировавшего сульфата меди в одной ванне [5], кг/сек

m _CuSO₄= М * I * Bт / (z * F) = 0,16*3000*0,9 / (2*96500) = 2,238 г/сек = 8,058 кг/ч,

где М = 0,16 кг/моль - молекулярная масса,

I = 3000 А - токовая нагрузка

Вт = 0,9 - выход по току,

z = 2 - количество электронов, участвующих в реакции,

F = 96500 - постоянная Фарадея, Кл/моль.

Известно, что концентрация сульфата меди в отфильтрованном растворе равна 125,00 г/дм³, при этом его масса составляет 1874,14 кг/сут. В обезмеженном растворе (раствор после очистки от меди) содержание меди не должно превышать 1,0 г/дм³, т.е. 2,50 г/дм³ CuSO₄. Тогда можно найти максимальное количество сульфата меди в обезмеженном растворе:

m _CuSO_{4 в обезм. растворе} = 1874,14 * 2,50 / 125,00 = 37,48 кг/сут.

Массы прореагировавших CuSO₄ и воды, равны:

m _CuSO_{4 прореагиров.} = 1874,14 - 37,48 = 1836,66 кг/сут,

m _H₂_O_{прореагиров.} = 1874,14 * 18/160 = 226,82 кг/сут

По реакции (4.1) найдём массы образовавшихся меди, серной кислоты и кислорода:

m _Cu_{образов.} = 1874,14 * 64/160 = 734,66 кг/сут,

m _H₂_SO_{4 образов.} = 1874,14 * 98/160 = 1124,95 кг/сут,

m _O_{2 образов.} = 1874,14 * 16/160 = 183,67 кг/сут,

Время, необходимое для образования 734,66 кг/сут меди в одной ванне, равно

t = 1836,66 /8,058 = 227,93 ч

Время протекания обезмеживания значительно меньше, так как процесс идёт в 20 ваннах (I стадия - 2 серии по 6 ванн, II стадия - 8 ванн).

t _{фактич.} = 227,93 /20 = 11,40 ч

Так как мышьяк и сурьма имеют близкий к меди потенциал, то они тоже будут осаждаться на катоде [5].

Таким образом, при электролизе с малорастворимыми анодами, электрический ток будет, разлагает, не только сульфат меди, но и сульфаты мышьяка (III) и сурьмы (III).

As₂(SO₄)₃ + 3H₂O = 2As + 3H₂SO₄ + 3/2 O₂ (4.2)

Молекулярная масса (г/моль) 438 54 150 294 48

Sb₂(SO₄)₃ + 3H₂O = 2Sb + 3H₂SO₄ + 3/2 O₂ (4.3)

Молекулярная масса (г/моль) 532 54 244 294 48

Аналогично найдём количество прореагировавшего сульфата мышьяка и сульфата сурьмы (III) в одной ванне, кг/сек

m _As2(SO4)3= М * I * Bт / (z * F) = 0,438*3000*0,03 / (6*96500) = 0,07 г/сек = 0,245 кг/ч,

где М = 0,438 кг/моль - молекулярная масса,

I = 3000 А - токовая нагрузка

Вт = 0,03 - выход по току,

z = 6 - количество электронов, участвующих в реакции,

F = 96500 - постоянная Фарадея, Кл/моль.

m _Sb2(SO4)3= М * I * Bт / (z * F) = 0,532*3000*0,01/ (6*96500) = 0,027 г/сек = 0,099 кг/ч,

где М = 0,532 кг/моль - молекулярная масса,

I = 3000 А - токовая нагрузка

Вт = 0,1 - выход по току,

z = 6 - количество электронов, участвующих в реакции,

F = 96500 - постоянная Фарадея, Кл/моль.

Так как известна продолжительность процесса обезмеживания и количество ванн, можно найти количество сульфата мышьяка (III), прореагировавшего по реакции (4.2) в 20 ваннах:

m _As2(SO4)3_{прореаг}. =0,245 * 11,40 * 20 = 55,86 кг/сут

По реакции (4.2) найдём массы мышьяка, серной кислоты, кислорода и воды:

m _As_{образов.} = 55,86 * 150/438 = 19,13 кг/сут,

m _H₂_SO_{4 образов.} = 55,86 * 294/438 = 37,50 кг/сут,

m _O_{2 образов.} = 55,86 * 48/438 = 6,12 кг/сут,

m _H₂_O_{прореагиров.} = 55,86 * 54/438 = 6,89 кг/сут

Аналогично раасчитаем количество сульфата сурьмы (III), прореагировавшего по реакции (4.3) в 20 ваннах:

m _Sb₂₍_SO_{4)3 прореаг}. =0,099 * 11,40 * 20 = 22,62 кг/сут

По реакции (4.3) найдём массы сурьмы, серной кислоты, кислорода и воды:

m _Sb_{образов.} = 22,62 * 244/532 = 10,37 кг/сут,

m _H₂_SO_{4 образов.} = 22,62 * 294/532 = 12,50 кг/сут,

m _O_{2 образов.} = 22,62 * 48/532 = 2,04 кг/сут,

m _H₂_O_{прореагиров.} = 22,62 * 54/532 = 2,30 кг/сут.

В ходе обезмеживания вода испаряется с поверхности зеркала электролита.

m _Н2O = 0,00127 * К * (р _э - р _H2О) / р,

где 0,00127 и К=0,56 - эмпирические коэффициенты для конвективного уноса паров воды с зеркала электролита

р_э = 81,594 мм.рт.ст. - парциальное давление паров воды при температуре электролита [14,17],

р _H2О = 20,909 мм.рт.ст. - парциальное давление паров воды при температуре внешней среды [14,17],

р = 760 мм.рт.ст.

m _Н2O = 0,00127*0,56*(81,594-20,909) / 760 = 5,68*10^-5 кг/с

m _{Н2O испарив.} = 5,68*10^-5 * 3600 * 11,40 *20 = 46,60 кг/сут

В состав отходящих газов со стадии обезмеживания растворов, помимо воды и кислорода, входят:

H₂SO₄ = 8,21 кг/сут;

CuSO₄ = 0,48 кг/сут;

NiSO₄ = 0,73 кг /сут;

H₃As = 0,26 кг/сут.

Арсин (мышьяковистый водород) образуется, по реакции (4.4):

2As + 3Cu + 3H₂SO₄ = 2H₃As + 3CuSO₄ (4.4)

Молекулярная масса (г/моль): 150 192 294 156 480

По реакции (4.4) определим количества мышьяка, меди, серной кислоты, сульфата меди:

m _As = 0,26 * 150/156 = 0,25 кг/сут,

m _Cu = 0,26 * 192/156 = 0,32 кг/сут,

m _H2SO4 = 0,26 * 294/156 = 0,49 кг/сут,

m _CuSO4= 0,26 * 480/156 = 0,80 кг/сут.

Обезмеженный раствор, содержит нерастворимый остаток, в количестве 0,64 г/дм³, что составляет 9,60 кг.

Состав нерастворимого остатка: нерастворимый остаток фильтрата = 1,65 кг/сут

Cu = (9,60 - 1,65)* 734,34 / 763,60 = 7,65 кг/сут,

As = 12,3 * 18,88 / 763,60 = 0,20 кг/сут,

Sb = 12,3 * 10,37 / 763,60 = 0,11 кг/сут,

где 734,34, 18,88, 10,37 - общие массы меди, мышьяка, сурьмы образовавшиеся в ходе обезмеживания раствора, за вычетом израсходованного количества меди и мышьяка по реакции (4.4), 763,60 - общая масса образовавшихся меди, мышьяка, сурьмы.

Исходя из выше сказанного, масса сухого медьсодержащего отхода будет равна:

m _{отход сухого}= (734,34 - 7,65) + (18,88 - 0,20) + (10,37 - 0,11) = 755,65 кг/сут

Медьсодержащие отходы содержат 15 % раствора.

m_{медьсодер. отходы}= 755,65/0,85 = 889,00 кг/сут

m _{раствора в медьсодер. отходе} = 889,00 * 0,15 = 133,35 кг/сут.

m _CuSO₄ = m _CuSO_{4 в фильтрате} - m _CuSO_{4 прореагиров}- m _CuSO_{4 в отход. газах} +m _CuSO_{4 образов.} = 1874,14 - 1836,66 - 0,48 + 0,80 = 37,81 кг/сут,

w _CuSO₄ = 37,81/20088,10*100 = 0,19 %,

m _CuSO_{4 в медьсод. отходе} = 0,19*133,35/100 = 0,25 кг/сут,

m _CuSO_{4 в обезм. растворе} = 37,81 - 0,25 = 37,55 кг/сут.

m _As2(SO4)3 = m _As2(SO4)3_в_{фильтрате} - m _As2(SO4)3_{прореагиров}= 547,25 - 55,86 = 491,38 кг/сут,

w _As2(SO4)3 = 491,38 /20088,10*100 =2,45 %,

m _As2(SO4)3 _в_{медьсод}_._отходе = 2,45*133,35/100 = 3,26 кг/сут,

m_As₂₍_SO₄₎₃ _{в обезм. растворе} = 491,38 - 3,26 = 488,12 кг/сут.

m _Sb₂₍_SO₄₎₃ = m _Sb₂₍_SO_{4)3 в фильтрате} - m _Sb₂₍_SO_{4)3 прореагиров}= 81,12 - 22,62 = 59,11 кг/сут,

w _Sb₂₍_SO₄₎₃ = 59,11 /20088,10*100 =0,29 %,

m _Sb₂₍_SO₄₎₃ _{в медьсод. отходе} = 0,29*133,35/100 = 0,39 кг/сут,

m_Sb₂₍_SO₄₎₃ _{в обезм. растворе} = 59,11 - 0,39 = 58,71 кг/сут.

m _Н2_SO₄ = m _Н2_SO_{4 в фильтрате} - m _Н2_SO_{4 прореагиров}- m _Н2_SO_{4 в отход. газах} +m _Н2_SO_{4 образов.} = 749,66 - 0,49 - 8,21 + (1124,95 + 37,50 + 12,50) = 1915,91 кг/сут,

w _Н2_SO₄ = 1915,91/20088,10*100 = 9,54 %,

m _Н2_SO_{4 в медьсод. отходе} = 9,54*133,35/100 = 12,72 кг/сут,

m _Н2_SO_{4 в обезм. растворе} = 1915,91 - 12,72 = 1903,19 кг/сут.

m _Н2_O = m _Н2_O_{в фильтрате} - m _Н2_O_{прореагиров}- m _Н2_O_{в отход. газах} =

= 10972,98 - (206,62 - 6,89 - 2,30) - 46,60 = 10710,58 кг/сут,

w _Н2_O = 10710,58/20088,10*100 = 53,32 %,

m _Н2_O_{в медьсод. отходе} = 53,32*133,35/100 = 71,10 кг/сут,

m _Н2_O_{в обезм. растворе} = 10710,58 - 71,10 = 10639,48 кг/сут.

Аналогично рассчитывают массы других компонентов

? m_O₂= 183,67 + 6,12 + 2,04 = 191,83 кг/сут

Таблица 4.5 - Материальный баланс I и II стадий обезмеживания раствора

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Фильтрат, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	21101,46	4726,64 1874,14 547,25 81,72 40,70 128,12 41,29 149,93 1388,49 66,89 331,99 749,66 10972,98 1,65	1. Раствор обезмеженный, в том числе жидкая фаза: NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O твёрдая фаза: Cu As Sb нерастворимый остаток 2. Медьсодержащие отходы, в том числе твёрдая фаза Cu As Sb жидкая фаза NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O	19964,35 889,00	19954,75 4694,54 37,55 488,12 58,71 40,43 127,27 41,02 148,94 1379,28 66,45 329,28 1903,19 10639,48 9,60 7,65 0,20 0,11 1,65 755,65 726,70 18,69 10,27 133,35 31,37 0,25 3,26 0,39 0,27 0,85 0,27 1,00 9,22 0,44 2,20 12,72 71,10
			3. Отходящие газы, в том числе H₂SO₄ CuSO₄ NiSO₄ Н₃As O₂ H₂O	248,10	8,21 0,48 0,73 0,26 191,83 46,60
Всего	21102,88	21102,88	Всего	21102,88	21102,88

4.3 Стадия смешения обезмеженного раствора и раствора никеля сернокислого со стадии подготовки растворов

Обезмеженный раствор со II стадии обезмеживания смешивают с раствором никеля сернокислого, поступающего из ванн подготовки растворов, для усреднения плотности и уменьшения кислотности. После смешения усреднённый раствор фильтруют, и фильтрат направляют на вакуум - выпарную кристаллизацию (черновой цикл), где режимными параметрами исходного раствора являются плотность - не более 1420 кг/м³ и содержание серной кислоты - не более 110 г/дм³.

Обезмеженный раствор, объём которого равен 14,02 м³, имеет плотность - 1423,81кг/м³, содержание серной кислоты - 135,75 г/дм³, а раствор никеля сернокислого со стадии подготовки растворов поступает объёмом 4,57 м³, с плотностью - 1396,72 кг/м³и кислотностью - 6,80 г/дм³.

Таблица 4.6 - Массы компонентов в растворах никеля сернокислого со стадии подготовки растворов, обезмеженного и усреднённого

Наименование компонентов	Массы компонентов, кг/сут
	Раствор никеля сернокислого	Обезмеженный раствор	Усреднённый раствор
NiSO₄	1670,40	4694,54	6364,94
CuSO₄	12,16	37,55	49,71
As₂(SO₄)₃	44,80	488,12	532,92
Sb₂(SO₄)₃	19,20	58,71	77,91
FeSO₄	12,80	40,43	53,23
ZnSO₄	62,72	127,27	189,99
CaSO₄	34,56	41,02	75,58
MgSO₄	64,54	148,94	213,58
Na₂SO₄	441,60	1379,28	1820,88
K₂SO₄	44,80	66,45	111,25
(NH₄)₂SO₄	230,40	329,28	560,19
H₂SO₄	102,40	1903,19	2005,59
H₂O	3659,46	10639,48	14298,93
нерастворимый остаток	0,06	9,60	9,66
Всего	6400,00	19964,35	26364,35

Содержание серной кислоты в усреднённом растворе расчитывают,

2005,59/ (4,57 +14,02) = 107,86 г/дм³

Плотность смеси жидкостей [14] найдём по формуле (4.4):

1/?_{усредн. раствора} = ? х_i/?_i (4.4)

Таблица 4.7 - Расчёт плотности усреднённого раствора

Наименование компонентов	Массовые доли компонентов в усреднённом растворе (х_i),%	Плотности компонентов (?_i), кг/м³	х_i/?_i
NiSO₄*7H₂O	0,00	1 949,00	0,00
NiSO₄	24,15	3 640,00	0,0663
CuSO₄	0,19	3 600,00	0,0005
As₂(SO₄)₃	2,02	3 200,00	0,0063
Sb₂(SO₄)₃	0,30	3 620,00	0,0008
FeSO₄	0,20	3 140,00	0,0006
ZnSO₄	0,72	1 970,00	0,0037
CaSO₄	0,29	2 960,00	0,0010
MgSO₄	0,81	2 660,00	0,0030
Na₂SO₄	6,91	2 700,00	0,0256
K₂SO₄	0,42	2 660,00	0,0016
(NH₄)₂SO₄	2,13	1 770,00	0,0120
H₂SO₄	7,61	1 835,00	0,0415
H₂O	54,26	1 000,00	0,5426

?_{усредн. раствора} = 1/ (? х_i/?_i) *100 = 1417,35 кг/м³

Усреднённый раствор находится в области режимных параметров вакуум - выпарной кристаллизации (чернового цикла), плотность не более 1420 кг/м³ и содержание серной кислоты - не более 110 г/дм³.

Таблица 4.8 - Материальный баланс смешения обезмеженного раствора и раствора никеля сернокислого со стадии подготовки растворов

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Раствор обезмеженный, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄	19964,35	4694,54 37,55 488,12 58,71 40,43 127,27 41,02 148,94 1379,28 66,45	1.Усреднённый раствор, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄	26364,35	6364,94 49,71 532,92 77,91 53,23 189,99 75,58 213,58 1820,88 111,25
(NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Раствор никеля сернокислого со стадии подготовки растворов 50%, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	6400,00	329,28 1903,19 10639,48 9,60 1670,40 12,16 44,80 19,20 12,80 62,72 34,56 64,64 441,60 44,80 230,40 102,40 3659,46 0,06	(NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток		560,19 2005,59 14298,93 9,66
Всего	26364,35	26364,35	Всего	26364,35	26364,35

4.4 Стадия фильтрации усреднённого раствора

На стадию фильтрации поступает 18,59 м³усреднённого раствора, с плотностью 1417,35 кг/м³. После фильтрации получаем влажный осадок (медьсодержащий кек) и фильтрат, который направляют на стадию вакуум - выпарной кристаллизации (чернового цикла).

Зашламлённость раствора до фильтрации составляет 0,51 г/дм³, остаточная зашламленность - 0,008 г/дм³ [16]. Найдём количества нерастворимого остатка в фильтрате:

m _{нерастворимый остаток}_{в растворе после фильтрации} = 9,66 * 0,008 / 0,51 = 0,08 кг/сут,

где 9,66 кг/сут - масса нерастворимого остатка в растворе до фильтрации.

m _{нерастворимого остатка}_{в осадке} = 9,66 - 0,08 = 9,59 кг/сут.

Раствор фильтруют на фильтр-прессе, где влажность осадка составляет, 15-25 %.

m _{влажного осадка}= 9,59 / 0,8 = 11,98 кг/сут,

m _{раствора в осадке} = 11,98 *0,2 = 2,39 кг/сут.

Так как известны массовые доли компонентов в растворе (таблица 4.7), найдём массовый состав влажного осадка (медьсодержащего кека) и фильтрата усреднённого раствора по формуле (4.3).

m_i _{компонента} = w_i * m _{раствора в осадка}/ 100% (4.3)

m_NiSO4= 24,15 * 2,39/ 100% = 0,58 кг/сут,

Количество сульфата никеля в фильтрате составляет:

m _NiSO4 = 6364,94 - 0,58 = 6364,36 кг/сут,

где 6364,94 кг/сут - масса сульфата никеля в усреднённом растворе.

Аналогично рассчитывают массы других компонентов.

Таблица 4.9 - Материальный баланс фильтрации усреднённого раствора

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Усреднённый раствор, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	26364,35	6323,30 47,52 570,98 79,27 54,75 191,44 69,67 209,99 1718,81 93,24 511,08 2032,77 14280,85 9,66	1. Фильтрат усреднённого раствора, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Медьсодержащий кек, в том числе нерастворимый остаток жидкая фаза: NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄	26352,37 11,98	6364,36 49,71 532,87 77,91 53,22 189,97 75,57 213,56 1820,71 111,24 560,14 2005,41 14297,63 0,08 9,59 2,39 0,58 0,00 0,05 0,01 0,01 0,02 0,01 0,02 0,17
			K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O		0,01 0,05 0,18 1,30
Всего	26364,35	26364,35	Всего	26364,35	26364,35

4.5 Стадия вакуум-выпарной кристаллизации (черновой цикл)

На вакуум-выпарную кристаллизацию поступает усреднённый раствор с плотностью 1417,35 кг/м³ и содержанием серной кислоты - 107,86 г/дм³.

Рассчитаем количество образовавшихся кристаллов, маточного раствора и испарившейсяй воды.

m_р-ра• С_р-ра= m_кр• С_кр + m_мат• С_мат. (4.5)

m_р-ра= m_кр + m_мат.+ m_пар. (4.6)

где m_р-ра - масса усреднённого раствора, кг/сут;

С_р-ра - концентрация NiSO₄ в усреднённом растворе;

m_кр - масса кристаллов, кг/сут;

С_кр - отношение молярных масс NiSO₄и NiSO₄• 7 H₂O;

С_мат. - концентрация NiSO₄в маточном растворе.

С _Ni_SO4= m _Ni_SO4 / m общая = 6364,36 / 26352,37 = 0,242

С_кр = М _Ni_SO4/М _Ni_{SO4 • 7 H2O} = 155/(155+7*18) = 0,55

Таблица 4.10 - Режимные параметры процесса выпарной вакуум кристаллизации никеля сернокислого

Наименование параметра	Ед. изм.	Норма режима
		черновой цикл	чистовой цикл
Объемный расход исходного раствора	м³/ч	0,5-1,5	1,0-1,5
Содержание серной кислоты в исходном растворе	г/дм³	110, не более	2-5
Плотность исходного раствора	кг/м³	1420, не более	1300-1380
Температура в нижней части ВВК до греющей камеры	^оС	42-55	42-50
Соотношение Т Ж в продукционной суспензии	%	15-27	15-25
Плотность раствора в аппарате	кг/м³	1580, не более	1480, не более
Содержание серной кислоты в растворе (в ВВК)	г/дм³	350, не более	4-12

Рассчитаем концентрацию NiSO₄ в маточном растворе, исходя из растворимости при 45⁰С, которая равна 24,22 г на 100 г растворителя [15].

С _Ni_SO4 = 24,22/(100+24,22) = 0,195,

261352,37 • 0,242 = m_кр • 0,55 + m_мат• 0,195,

Известно, что соотношение Т:Ж в продукционной суспензии равно 0,185 (таблица 4.10)

m_кр = 0,185*m_мат,

26182,37 • 0,242 = 0,185 • m_мат • 0,55 + m_мат• 0,195

m_мат = 21405,60 кг/сут,

m_кр = 0,185*21405,60 = 3970,74 кг/сут,

m_пар = 26352,37 - 21405,60 - 3970,74 = 976,03 кг/сут,

m _Ni_{SO4 в кристаллах} = 3970,74 • 0,55 = 2183,91 кг/сут,

m _{H2O в кристаллах}= 3970,74 *0,45 = 1786,83 кг/сут,

m _Ni_{SO4 в маточнике}= 21405,60 * 0,195 = 4174,09 кг/сут.

Плотность раствора в ВВК рассчитаем аналогично, как в подразделе 4.3 и составляет 1469,20 кг/м³

Объём раствора в аппарате равен:

V = (m_кр + m_мат) / ?_{раствора} = (21405,60 + 3970,74) / 1469,20 = 17,27 м³

Содержание серной кислоты в растворе рассчитаем: 2005,41 / 17,27 = 116,11 г/дм³

Суспензия (чернового цикла) находится в области режимных параметров вакуум - выпарной кристаллизации (черновой цикл), плотность не более 1580 кг/м³ и содержание серной кислоты - не более 350 г/дм³.

никель сернокислый переработка маточный раствор

Таблица 4.11 - Материальный баланс вакуум-выпарная кристаллизация (черновой цикл)

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Фильтрат усреднённого раствора, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	26352,37	6364,36 49,71 532,87 77,91 53,22 189,97 75,57 213,56 1820,71 111,24 560,14 2005,41 14297,63 0,08	1. Суспензия (черновой цикл), в том числе NiSO₄ * 7 H₂O NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Испарившаяся вода	25376,34 976,03	3970,74 4174,09 49,71 532,87 77,91 53,22 189,97 75,57 213,56 1820,71 111,24 560,14 2005,41 11541,13 0,08 976,03
Всего	26352,37	26352,37	Всего	26352,37	26352,37

4.6 Стадия разделения суспензии (чернового цикла)

Разделение суспензии происходит по средствам центрифугирования. В результате разделения получаем маточный раствор и кристаллы с влажностью 5%, раствор которых используют для получения продукционного никеля сернокислого. Маточный раствор направляют на стадию подготовки растворов.

m _{влажных кристаллов}= 3970,74/ 0,95 = 4149,72 кг/сут,

m _{маточного раствора во} _{влажных кристаллов}= 4149,72 - 3970,74 = 208,98 кг/сут.

Массовые доли компонентов раствора, найдём по формуле (4.7):

w_i = m_i _{компонента} / m _{раствора}*100% (4.7)

w_NiSO4= 4174,09 / (25376,34 - 3970,74) * 100% = 19,50 %.

Массовый состав влажных кристаллов и маточного раствора определим по формуле:

m_i _{компонента} = w_i * m _{раствора в к}_р_{исталлах}/ 100% (4.3)

m_NiSO4= 19,50 * 208,98/ 100% = 40,75 кг/сут,

Количество сульфата никеля в маточном растворе составляет:

m _NiSO4 = 4147,09 - 40,75 = 4133,34 кг/сут,

где 4147,09 кг/сут - масса сульфата никеля в суспензии (чернового цикла).

Аналогично рассчитывают массы других компонентов.

Таблица 4.12 - Материальный баланс разделения суспензии (черновой цикл)

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Суспензия (черновой цикл), в том числе NiSO₄ * 7 H₂O NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	25376,34	3970,74 4174,09 49,71 532,87 77,91 53,22 189,97 75,57 213,56 1820,71 111,24 560,14 2005,41 11541,13 0,08	1. Маточный раствор, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	21196,61	4133,34 49,22 527,67 77,15 52,70 188,12 74,83 211,47 1802,93 110,15 554,67 1985,83 11428,45 0,08
			2. Влажные кристаллы, в том числе NiSO₄*7 H₂O жидкая фаза: NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O	4179,72	3970,74 208,98 40,75 0,49 5,20 0,76 0,52 1,85 0,74 2,08 17,78 1,09 5,47 19,58 112,68
Всего	25376,34	25376,34	Всего	25376,34	25376,34

4.7 Стадия подготовки растворов никелевого отделения

Подготовку растворов проводят для доизвлечения никеля из черновых маточных никелевых растворов, снижения их температуры.

Стадия подготовки растворов включает:

- охлаждение маточного раствора и кристаллизация NiSO₄*7 H₂O;

- растворение кристаллов NiSO₄*7 H₂O.

4.7.1 Стадия охлаждения маточного раствора и кристаллизации семиводного никеля сернокислого

Маточный раствор (чернового цикла) закачивают в ванну подготовки растворов, загружают охлаждающий блок, и проводят процесс охлаждения раствора. Одновременно со снижением температуры идет процесс кристаллизации никеля сернокислого на поверхностях охлаждающего блока, днища и стенок ванны.

После охлаждения раствора до заданной температуры, производят слив осветленной части раствора из ванны. Осветлённый раствор направляют для производства медного купороса. Режимные параметры процесса подготовки раствора представлены в таблице 2.6.

Рассчитаем количество образовавшихся кристаллов и раствора в ванне.

m_мат• С_мат= m_кр• С_кр + m_{р- ра в ванне}• С_{р- ра в ванне}, (4.5)

m_мат= m_кр + m_{р- ра в ванне}, (4.6)

где m_мат- масса маточного раствора (черновой цикл), кг/сут;

С_мат- концентрация NiSO₄ в маточном растворе (черновой цикл);

m_кр - масса кристаллов, кг/сут;

С_кр - отношение молярных масс NiSO₄и NiSO₄• 7 H₂O;

m_{р- ра в ванне} - масса раствора в ванне,

С_{р- ра в ванне} - концентрация NiSO₄в растворе, находящемся в ванне.

С _мат= m _Ni_SO4 / m общая = 4103,88 / 17689,15 = 0,195

С_кр = М _Ni_SO4/М _Ni_{SO4 • 7 H2O} = 155 / (155+7*18) = 0,55.

Рассчитаем концентрацию NiSO₄ в растворе, находящемся в ванне, исходя из растворимости при 15⁰С, которая равна 19,04 г на 100 г растворителя.

С _Ni_SO4 = 19,04/(100+21,95) = 0,16,

21196,61 • 0,195 = m_кр • 0,55 + m_мат• 0,16

21196,61 • 0,195 = (21196,61 - m_мат)• 0,55 + m_мат• 0,16

m_{р- ра в ванне} = 19401,32 кг/сут,

m_кр = 21196,61 - 19401,32 = 1795,39 кг/сут,

m _Ni_{SO4 в}_{кристаллах} = 1795,39 • 0,55 = 987,46 кг/сут,

m _{H2O в кристаллах}= 1795,39 * 0,45 = 807,93 кг/сут,

m _Ni_{SO4 в р-ре}= 19401,32 * 0,18 = 3143,01 кг/сут.

Известно, что объём осветлённого раствора, составляет 55% от общего объёма раствора в ванне [16].

Для того чтобы рассчитать объём осветленного раствора надо знать объём раствора в ванне и его плотность.

Плотность раствора в ванне рассчитается аналогично, как в подразделе 4.3 и составляет 1384,95 кг/м³,

V _{р-ра в ванне} = 19401,32 / 1384,95 = 14,01 м³,

V _{осветлённого раствора} = 0,55*14,01 = 7,70 м³.

В таблице 4.13 описаны концентрации компонентов осветлённого раствора, с помощью которых можно рассчитать массы его компонентов по формуле (4.8).

m_i _{компонент}= V_{осветлённого раствора} * C_i_{компонента} (4.8)

Известно, что 8,1% нерастворимого остатка переходит в осветлённый раствор [16].

0,081*0,08 = 0,01 кг/сут

Зная, массы компонентов в осветлённом растворе найдём массовый состав суспензии.

Количество сульфата никеля в жидкой фазе суспензии никеля сернокислого составляет:

m _NiSO4 = 3143,01 - 1033,33 = 2109,66 кг/сут,

где 3143,01 кг/сут - масса сульфата никеля в растворе, находящемся в ванне, 1033,33 кг/сут - в осветленном растворе.

Аналогично рассчитывают массы других компонентов в маточном растворе.

Таблица 4.13 - Химический и массовый состав осветлённого раствора

Наименование компонентов	C_i_{компонента}, г/дм³	Массовая доля компонентов, %	m_i _{компонент}в осветленном растворе, кг/сут
NiSO₄	134,12	10,04	1033,33
CuSO₄	3,19	0,24	24,61
As₂(SO₄)₃	58,40	4,37	449,96
Sb₂(SO₄)₃	6,54	0,49	50,40
FeSO₄	4,53	0,34	34,92
ZnSO₄	10,40	0,78	80,15
CaSO₄	0,58	0,04	4,49
MgSO₄	10,43	0,78	80,36
Na₂SO₄	152,10	6,93	713,52
K₂SO₄	5,72	0,00	0,40
(NH₄)₂SO₄	10,08	0,75	77,65
H₂SO₄	250,00	18,71	1926,18
H₂O		56,52	5817,95
нерастворимыйостаток		0,00	0,01
Всего		100,00	10293,94

Рассчитаем плотность осветлённого раствора, которая должна быть не более 1440 кг/м³, поделив массу осветлённого раствора на его объём, получим:

?_{освет. р-ра} = 10293,94 / 7,70 = 1336,06 кг/м³

Содержание серной кислоты в осветлённом растворе равно 250 г/дм³.

Таблица 4.14 - Материальный баланс охлаждения и кристаллизации маточного раствора (чернового цикла)

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Маточный раствор (черновой цикл), в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄	21196,61	4133,34 49,22 527,67 77,15 52,70 188,12 74,83	1. Суспензия никеля сернокислого, в том числе NiSO₄ * 7 H₂O NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄	10902,67	1795,39 2109,66 24,61 77,72 26,75 17,78 107,97
MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток		211,47 1802,93 110,15 554,67 1985,83 11428,45 0,08	CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Осветлённый раствор, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	10293,94	70,34 131,11 1089,41 109,75 477,01 59,65 4805,45 0,07 1033,33 24,61 449,96 50,40 34,92 80,15 4,49 80,36 713,52 0,40 77,65 1926,18 5817,95 0,01
Всего	21196,61	21196,61	Всего	21196,61	21196,61

4.7.2 Стадия растворения кристаллов никеля сернокислого семиводного

После охлаждения маточного раствора (чернового цикла), кристаллизации NiSO₄*7H₂O и слива осветлённого раствора выгружают охлаждающий блок и погружают в другую ванну для растворения кристаллического никеля сернокислого конденсатом. В ванне, где проходило охлаждение, проводят распульповку донной части. Полученные растворы сливают в бак, где проводят нагрев раствора до заданной температуры подачей пара на регистры.

Затем часть раствора со стадии подготовки никелевых растворов смешивают с обезмеженным раствором для усреднения плотности и кислотности и отправляют на фильтрацию. После этого фильтрат поступает на стадию вакуум - выпарной кристаллизации.

Кристаллы NiSO₄*7H₂O при растворении переходят в NiSO₄ и H₂O:

m _образ._NiSO₄ = m _NiSO_4*7_H₂_O * 0,55 = 1795,39 *0,55 = 990,34 кг/сут,

m _образ. _H₂_O = m _NiSO_4*7_H₂_O *0,45 = 1795,39 *0,45 = 805,05 кг/сут.

Растворение кристаллов NiSO₄*7H₂O проводят конденсатом (1,5 м³), количество которого зависит от содержания серной кислоты в растворе никеля сернокислого со стадии подготовки растворов - не более 40 г/дм³. Плотность конденсата составляет 1002 кг/м³. Химический и массовый состав конденсата приведен в таблице 4.22.

m_{конденсат} = 1503,00 кг/сут

Таблица 4.15 - Химический и массовый состав конденсата для растворения никеля сернокислого

Наименование компонентов	Концентрация компонентов в конденсате, г/дм³	Массовые доли компонентов в конденсате,%	Массы компонентов в конденсате, кг/сут
NiSO₄	1,314	0,1311	1,97
CuSO₄	0,150	0,0150	0,23
As₂(SO₄)₃	0,003	0,0003	0,00
H₂SO₄	0,500	0,0499	0,75
H₂O		99,8037	1500,05

m _NiSO₄ = m _NiSO_{4 в суспензии} + m _NiSO_{4 в конденсате} +m _NiSO_{4 образов.} = 2019,66 + 1,97+990,34 =

= 3101,98 кг/сут,

m _CuSO₄ = m _CuSO_{4 в суспензии} + m _CuSO_{4 в конденсате} = 24,61 + 0,23 = 24,84 кг/сут,

m _Н2_SO₄ = m _Н2_SO_{4 в суспензии} + m _Н2_SO_{4 в конденсате} = 59,65 + 0,75 = 60,40 кг/сут,

m _Н2_O = m _Н2_O_{в суспензии} + m _Н2_O_{в конденсате} + m _Н2_O_{образов.} = 4805,45 + 805,05 +1500,05 = 7110,55 кг/сут,

Массы остальных компонентов остались неизменными.

Содержание серной кислоты в растворе никеля сернокислого со стадии подготовки растворов - 19,93 г/дм³. Плотность раствора никеля сернокислого рассчитывается аналогично, как в подразделе 4.3 и составляет 1396,72 кг/м³.

Зная, массу раствора никеля сернокислого со стадии подготовки растворов и его плотность можно определить объём, который равен 8,88 м³. На стадию смешения с обезмеженным раствором поступает 4,57 м³раствора никеля сернокислого, что составляет 50%.

Таблица 4.16 - Материальный баланс растворения суспензии никеля сернокислого конденсатом

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Суспензия никеля сернокислого, в том числе NiSO₄ * 7 H₂O NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Конденсат, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ H₂SO₄ H₂O	10902,67 1503,00	1795,39 2109,66 24,61 77,72 26,75 17,78 107,97 70,34 131,11 1089,41 109,75 477,01 59,65 4805,45 0,07 1,97 0,23 0,00 0,75 1500,05	1. Раствор никеля сернокислого со стадии подготовки растворов, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	12405,68	3101,98 24,84 77,72 26,75 17,78 107,97 70,35 131,11 1089,41 109,75 477,01 60,40 7110,55 0,07
Всего	12405,68	12405,68	Всего	12405,68	12405,68

4.8 Стадия растворения никеля сернокислого (черновой цикл)

Растворение кристаллов производят для получения никеля сернокислого в агитаторах промводой, поступившей после промывки никельсодержащего осадка, и раствором никеля сернокислого, полученного после растворения карбоната никеля.

Для перемешивания и интенсификации процесса в агитаторах подают острый пар и сжатый воздух. Технологические параметры процесса приведены в таблице 2.9.

Раствор никеля сернокислого, полученного после растворения карбоната никеля поступает на стадию растворения черновых кристаллов. С помощью добавления промводы (плотность 1005 кг/м³) можно снижать плотность и содержание серной кислоты.

Кристаллы NiSO₄*7H₂O при растворении переходят в NiSO₄ и H₂O:

m _образ._NiSO₄ = m _NiSO_4*7_H₂_O * 0,55 = 3970,74*0,55 = 2190,27 кг/сут,

m _образ. _H₂_O = m _NiSO_4*7_H₂_O *0,45 = 3970,74*0,45 = 1780,47 кг/сут.

Таблица 4.17 - Химический и массовый состав промводы, после промывке осадка, для растворения никеля сернокислого (чернового)

Наименование компонентов	Концентрация компонентов в промводе, г/дм³	Массовые доли компонентов в промводе, %	Массы компонентов в промводе, кг/сут
NiSO₄	40,00	3,9801	159,20
CuSO₄	0,00	0,0003	0,01
ZnSO₄	0,01	0,0010	0,04
CaSO₄	0,46	0,0458	1,83
MgSO₄	0,28	0,0279	1,11
Na₂SO₄	5,90	0,5871	23,48
K₂SO₄	0,16	0,0159	0,64
(NH₄)₂SO₄	0,86	0,0856	3,42
H₂O		95,2564	3810,26
Всего		100,0000	4000,00

Таблица 4.18 - Массы компонентов в суспензии никеля сернокислого (чернового), растворе никеля сернокислого, полученного после растворения карбоната никеля, промводе и растворе после растворения никеля сернокислого (чернового цикла)

Наименование компонентов	Массы компонентов, кг/сут
	Раствор никеля сернокислого (черновой)	Промвода	Раствор никеля сернокислого после растворения карбоната никеля	Раствор после растворения никеля сернокислого (чернового)
NiSO₄*7H₂O	3970,74	-	-	-
NiSO₄	40,75	159,20	4467,22	6857,44
CuSO₄	0,45	0,01	0,88	1,37
As₂(SO₄)₃	5,20	-	0,02	5,22
Sb₂(SO₄)₃	0,76	-	-	0,76
FeSO₄	0,52	-	0,87	1,39
ZnSO₄	1,85	0,04	-	1,89
CaSO₄	0,74	1,83	0,02	2,59
MgSO₄	2,08	1,11	-	3,20
Na₂SO₄	17,78	23,48	1,62	42,88
K₂SO₄	1,09	0,64	-	1,72
(NH₄)₂SO₄	5,47	3,42	-	8,89
H₂SO₄	19,58	-	35,30	54,88
H₂O	112,68	3810,26	6417,80	12121,21
нерастворимый остаток	-	-	1,72	1,72
Всего	4179,72	4000,00	10925,46	19105,19

m _NiSO₄ = m _NiSO_{4 в суспензии} + m _NiSO_{4 в промводе}+m _NiSO_{4 образов.} + m _NiSO_{4 в р-ре} =

= 40,75 + 159,20 +2190,27 + 4467,22 = 6857,44 кг/сут,

m _Н2_O = m _Н2_O_{в суспензии} + m _Н2_O_{в промводе} + m _Н2_O_{образов.} + m _Н2_O_{в р-ре} =

= 112,68 + 3810,26 + 1780,47 + 6417,80 = 12121,21 кг/сут.

Аналогично рассчитывают массы других компонентов в растворе после растворения никеля сернокислого (чернового).

Плотность раствора после растворения никеля сернокислого (чернового) рассчитывается аналогично, как в подразделе 4.3 и составляет 1360,47 кг/м³. Объём суспензии равен 14,05 м³, содержание серной кислоты в растворе после растворения никеля сернокислого (чернового) составляет 3,90 г/дм³.

Раствор после растворения никеля сернокислого (чернового) находится в области режимных параметров процесса растворения кристаллов никеля сернокислого (чернового), плотность 1360 - 1460 кг/м³ и содержание серной кислоты - не более 7 г/дм³.

Таблица 4.19 - Материальный баланс растворения суспензии никеля сернокислого (черновой цикл)

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Влажные кристаллы, в том числе NiSO₄*7 H₂O жидкая фаза: NiSO4 CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O 2. Промвода, в том числе NiSO₄ CuSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄	4179,72 4000,00	3970,74 208,99 40,75 0,49 5,20 0,76 0,52 1,85 0,74 2,08 17,78 1,09 5,47 19,58 112,68 159,20 0,01 0,04 1,83 1,11	1. Раствор после растворения никеля сернокислого (чернового), в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нераствори-мый остаток	19105,19	6857,44 1,37 5,22 0,76 1,39 1,89 2,59 3,20 42,88 1,72 8,89 54,88 1212,21 1,72
Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂O 3. Раствор никеля сернокислого после растворения карбоната никеля NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ FeSO₄ CaSO₄ Na₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	10925,46	23,48 0,64 3,42 3810,26 4467,22 0,88 0,02 0,87 0,02 1,62 35,30 6417,80 1,72
Всего	19105,19	19105,19	Всего	19105,19	19105,19

4.9 Стадия очистки раствора после растворения никеля сернокислого (чернового) от примесей меди, железа и цинка

Очистка раствора от примесей предназначена для получения исходного раствора для выпарной вакуум-кристаллизации чистового цикла. Режимные параметры представлены в таблице 4.28.

Таблица 4.20 - Режимные параметры операции очистки никелевых растворов от меди, железа и цинка

Наименование	Ед. изм.	Норма режима
Температура агитации	⁰С	70 - 90
Расход воздуха	м³/ч	150 - 300
Плотность раствора начальная	кг/м³	1360 - 1460
Плотность раствора конечная	кг/м³	1300 - 1380

Реагентом для очистки служит сепарированный мел. Раствор нагревают паром и перемешивают сжатым воздухом. Количество необходимого сепарированного мела определяют исходя из концентрации серной кислоты и конечного значения pH ? 7. Добавляют мел в избытке на 20% от требуемого количества. На стадию очистки поступает 20% (2,58 м³) маточного раствора никеля сернокислого (чистого цикла).

Таблица 4.21 - Массы компонентов маточного раствора после растворения никеля сернокислого (чернового), раствора никеля сернокислого (чистого цикла), и раствора до добавления сепарированного мела

Наименование компонентов	Массы компонентов, кг/сут
	Раствор после растворения никеля сернокислого (чернового)	Маточный раствор никеля сернокислого (чистого цикла)	Раствор до добавления сепарированного мела
NiSO₄	6857,44	1107,77	7965,21
CuSO₄	1,37	-	1,37
As₂(SO₄)₃	5,22	1,28	6,50
Sb₂(SO₄)₃	0,76	0,19	0,95
FeSO₄	1,39	-	1,39
ZnSO₄	1,89	-	1,89
CaSO₄	2,59	17,64	20,23
MgSO₄	3,20	0,79	3,39
Na₂SO₄	42,88	10,54	53,42
K₂SO₄	1,72	0,42	2,15
(NH₄)₂SO₄	8,89	2,19	11,08
H₂SO₄	54,88	13,54	68,42
H₂O	12121,21	2259,39	14380,60
нерастворимый остаток	1,72	0,02	1,74
Всего	19105,19	3413,78	22518,35

В ходе очистки раствора сепарированным мелом серная кислота реагирует с карбонатом кальция по реакции (4.5)

H₂SO₄ + CaCO₃= CaSO₄ + H₂O + CO₂ (4.5)

Молекулярная масса (г/моль): 98 100 136 18 44

По реакции (4.5) найдём массы карбоната кальция, сульфата кальция, кислорода и выделившегося углекислого газа, зная, что серная кислота реагирует полностью:

m _CaCO_{3 прореаг.}=68,42 * 100/98 = 69,81 кг/сут,

m _CaSO_{4 образ.} = 68,42 * 136/98 = 94,95 кг/сут,

m _H₂_O_образ. = 68,42 * 18/98 = 12,57 кг/сут,

m _С_O_{2 образ.} = 68,42 * 44/98 = 30,72 кг/сут.

Известно, что карбоната кальция подаётся в избытке 20%, значит его действительное количество равно:

m _CaCO₃ _{необход.}= 69,81 *1,2 = 83,78 кг/сут.

После достижения pH ? 7 в растворе происходят следующие реакции:

2CuSO₄+ 2CaCO₃+ H₂O = CuCO₃*Cu(OH)₂ + 2CaSO₄ + CO₂ (4.6)

Молекулярная масса (г/моль): 2*160 2*100 18 222 2*136 44

4FeSO₄ + O₂ + 4CaCO₃+ 3H₂O = Fe₂(CO₃)₃*2Fe(OH)₃ + 4CaSO₄ + CO₂

Молекулярная масса: 4*152 32 4*100 3*18 512 4*136 44

5ZnSO₄+ 5CaCO₃+ 3H₂O = 3ZnCO₃*3Zn(OH)₂ + 5CaSO₄ + 3CO₂(4.8)

Молекулярная масса: 5*161 5*100 3*18 547 5*136 3*44

По реакции (4.6) определим количество прореагировавших карбоната кальция, воды и образовавшихся двойной соли, сульфата кальция и углекислого газа.

m _CaCO_{3 прореаг.}=1,37 * 100/160 = 0,86 кг/сут,

m _H₂_O_{прореаг.} = 1,37 * 18/(2*160) = 0,08 кг/сут,

m _CaSO_{4 образ.} = 1,37 * 136/160 = 1,17 кг/сут,

m _{двойная} _{соль образ.} = 1,37 * 222/(2*160) = 0,95 кг/сут,

m _С_O_{2 образ.} = 1,37 * 44/(2*160) = 0,19 кг/сут.

По реакции (4.7) определим количество прореагировавших карбоната кальция, воды, кислорода и образовавшихся двойной соли, сульфата кальция и углекислого газа.

m _CaCO_{3 прореаг.}=1,39 * 100/152 = 0,92 кг/сут,

m _H₂_O_{прореаг.} =1,39 * 3*18/(4*152) = 0,12 кг/сут,

m _O_{2 прореаг.} =1,39 * 32/(4*152) = 0,07 кг/сут,

m _CaSO_{4 образ.} =1,39 * 136/152 = 1,25 кг/сут,

m _{двойная} _{соль образ.} =1,39 * 512/(4*152) = 1,18 кг/сут,

m _С_O_{2 образ.} = 1,39 * 44/(4*152) = 0,10 кг/сут.

По реакции (4.8) определим количество прореагировавших карбоната кальция, воды и образовавшихся двойной соли, сульфата кальция и углекислого газа.

m _CaCO_{3 прореаг.}=1,89 * 100/161 = 1,18 кг/сут,

m _H₂_O_{прореаг.} = 1,89 * 3*18/(5*161) = 0,13 кг/сут,

m _CaSO_{4 образ.} = 1,89 * 136/161 = 1,60 кг/сут,

m _{двойная} _{соль образ.} = 1,89 * 547/(5*161) = 1,29 кг/сут,

m _С_O_{2 образ.} = 1,89 * 3*44/(5*161) = 0,31 кг/сут.

Общая масса прореагировавшего карбоната кальция равна:

m _CaCO_{3 прореаг.} = 69,81 + 0,86 + 0,92 + 1,18 = 72,77 кг/сут,

Масса не прореагировавшего карбоната кальция равна:

m _CaCO_{3 не}_{прореаг} = 83,73 - 72,77 = 11,01 кг/ сут.

Общая масса образовавшегося сульфата кальция равна:

m _CaSO_{4 образ.} = 94,95 + 1,17 + 1,60 + 1,25 = 98,97 кг/сут.

Общая масса сульфата кальция:

m _CaSO₄ = 98,97 + 20,23 = 119,20 кг/сут.

Известно, что после фильтрации очищенного раствора в никельсодержащем кеке находится 23-28% сульфата кальция от общей количества его до фильтрации

m _CaSO_{4 в твердой фазе} = 119,20 * 0,25 = 29,80 кг/сут,

m _CaSO_{4 в жидкой фазе} = 119,20 * 0,75 = 89,40 кг/сут.

Масса выделившегося углекислого газа:

m _С_O₂ = 30,72 + 0,19 + 0,31 + 0,10 = 31,32 кг/сут.

Сепарированный мел соответствует ТУ 5743-006-05346453-96 [19]

Химический состав сепарированного мела:

CaCO₃ - 97,8%;

Fe₂O₃ - 0,25%;

H₂O - 0,45%;

нерастворимый остаток - 1,5%.

Зная необходимую массу карбоната кальция идущего на очистку, можно рассчитать количество сепарированного мела:

m _{сепарированного мела} = 83,78/0,978 = 85,66 кг/сут.

m _Fe₂_O_{3 в меле}= 85,66 * 0,25/100 = 0,21 кг/сут,

m _H₂_O_{в меле} = 85,66 * 0,45/100 = 0,39 кг/сут,

m _{нераств. остаток в меле} = 85,66 * 1,5/100 = 1,28 кг/сут.

Воздух необходимый для перемешивания - 200 м³/ч = 4800 м³/сут,

? _{воздуха} = 1,29 кг/м³

Масса воздуха равна: 4800*1,29 = 6206,40 кг/сут.

m _азота = 6202,40 * 0,78 = 4778,93 кг/сут,

m _{кислорода} = 6206,40 * 0,23 = 1427,47 кг/сут.

Кислород участвует в реакции (4.7). Тогда количество кислорода уменьшится, и будет составлять:

m _{кислорода} = 1427,47 - 0,07 = 1427,40 кг/сут.

Общая масса воды в очищенном растворе:

m _Н2_O = m _Н2_O_{раствор}- m _Н2_O_{прореагиров}+ m _Н2_O_{образов.}+ m _Н2_O_мел =

= 14380,60 - (0,08 + 0,12 + 0,13) +12,57 + 0,39 = 14393,22 кг/сут

Плотность очищенного раствора составляет 1354,50 кг/м³.

Таблица 4.22 - Материальный баланс очистки раствора после растворения кристаллов никеля сернокислого (чернового цикла) от меди, железа и цинка

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Раствор после растворения никеля сернокислого (чернового), в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Раствор маточный 20% (чистовой цикл), в том числе NiSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 3. Сепарирован-ный мел, в том числе CaCO₃ Fe₂O₃ H₂O нерастворимый остаток	19105,18 3413,78 85,66	6857,44 1,37 5,22 0,76 1,39 1,89 2,59 3,20 42,88 1,72 8,89 54,88 12121,21 1,72 1107,77 1,28 0,19 17,64 0,79 10,54 0,42 2,19 13,54 2259,39 0,02 83,78 0,21 0,39 1,28	1. Очищенный раствор, в том числе жидкая фаза: NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ ZnSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O твёрдая фаза: CuCO₃Cu(OH)₂ Fe₂(CO₃)₃2Fe(OH)₃ ZnCO₃*3Zn(OH)₂ CaCO₃ Fe₂O₃ CaSO₄ нерастворимый остаток 2. Отходящие газы, в том числе N₂ O₂ СО₂	22573,39 6237,65	22525,92 7965,21 0,00 6,50 0,95 0,00 0,00 89,40 3,99 53,42 2,15 11,08 0,00 14393,22 47,47 0,95 1,18 1,29 11,01 0,21 29,80 3,03 4778,93 1427,40 31,32
4. Воздух, в том числе N₂ O₂	6206,40	4778,93 1427,47
Всего	28811,04	28811,04	Всего	28811,04	28811,04

4.10 Стадия фильтрации очищенного раствора

Фильтрацию суспензии производят для отделения очищенного раствора от осадка на фильтр-прессе.

По окончании операции фильтрации осадок на фильтр-прессе промывают конденсатом, фильтр-пресс продувают сжатым воздухом и очищают от осадка. Никелевый кек выгружают и отправляют на склад готовой продукции, как никельсодержащие отходы.

Плотность фильтрата очищенного раствора рассчитывается аналогично, как в подразделе 4.3 и составляет 1354,50 кг/м³. Объём фильтрата равен 16,63 м³.

Остаточная зашламленность фильтрата - 0,005 г/дм³.

Количество нерастворимого остатка равно 0,08 кг/сут.

m _{никельсодер. кека} = m _{твёрдая фаза} - m _{нераств. остатка в фильтрате} = 47,47 - 0,08 = 47,39 кг/сут.

Раствор фильтруют на фильтр-прессе, где влажность осадка составляет, 15-25%.

m _{влажного осадка}= 47,39 / 0,8 = 59,53 кг/сут,

m _{раствора в осадке} = 59,53 *0,2 = 11,84 кг/сут.

Массовые доли компонентов раствора, найдём по формуле (4.7):

w_i = m_i _{компонента} / m _{раствора}*100% (4.7)

w_NiSO4= 7965,21 / 22573,39 * 100% = 35,36 %.

Массовый состав раствора в осадке и фильтрата очищенного раствора определим по формуле:

m_i _{компонента} = w_i * m _{раствора в осадке} / 100% (4.3)

m_NiSO4= 35,36 * 11,84/ 100% = 4,19 кг/сут,

Количество сульфата никеля в очищенном растворе составляет:

m _NiSO4 = 7965,21 - 4,19 = 7961,03 кг/сут,

где 7965,21 кг/сут - масса сульфата никеля в очищенном растворе.

Аналогично рассчитывают массы других компонентов.

Таблица 4.23 - Материальный баланс фильтрации очищенного раствора

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Очищенный раствор, в том числе жидкая фаза: NiSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O твёрдая фаза: CuCO₃Cu(OH)₂ Fe₂(CO₃)₃2Fe(OH)₃ ZnCO₃*3Zn(OH)₂ CaCO₃ Fe₂O₃ CaSO₄ нерастворимый остаток	22573,39	22525,92 7965,21 6,50 0,95 89,40 3,99 53,42 2,15 11,08 0,00 14393,22 47,47 0,95 1,18 1,29 11,01 0,21 29,80 3,03	1. Фильтрат очищенного раствора, в том числе NiSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Никельсодержа-щий кек, в том числе твёрдая фаза: CuCO₃Cu(OH)₂ Fe₂(CO₃)₃2Fe(OH)₃ ZnCO₃*3Zn(OH)₂ CaCO₃ Fe₂O₃ CaSO₄ нерастворимый остаток жидкая фаза: NiSO₄ CaSO₄ Na₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂O	22514,16 59,23	7961,03 6,50 0,95 89,35 3,99 53,40 2,15 11,08 0,00 14385,65 0,08 47,39 0,95 1,18 1,29 11,01 0,21 29,80 2,94 11,84 4,19 0,05 0,03 0,01 7,57
Всего	22573,39	22573,39	Всего	22573,39	22573,39

4.11 Стадия подкисления серной кислотой фильтрата очищенного раствора

Подкисление фильтрата очищенного раствора ведут до содержания серной кислоты 2-5 г/дм³.

Серная кислота соответствует ГОСТу 2184-77 [20] и имеет химический состав

Н₂SO₄ - 98,0%;

FeSO₄ - 0,03%;

H₂O - 1,93%;

нерастворимый остаток - 0,04%.

При добавлении 70 кг серной кислоты содержание серной кислоты в растворе будет составлять 4,11 г/дм³. Объём подкисленного раствора составляет 16,67 м³, плотность 1354,90 кг/м³.

m _Н2_SO_{4 в подкисленном}_{растворе}= m _Н2_SO_{4 в кислоте} = 0,98*70 = 68,60 кг/сут,

m _FeSO_{4 в подкисленном}_{растворе}= m _FeSO_{4 в кислоте} = 0,03/100*70 = 0,02 кг/сут,

m _Н2_O_{в подкисленном}_{растворе}= m _Н2_O_{в кислоте} + m _Н2_O_{в фильтрате}= 1,93/100*70 + 14385,65 = 14387,00 кг/сут,

m _{нераст .остатка}_{в подкисленном}_{растворе}= m _{нераст. остатка}_{в кислоте} + m _{нераст. остатка в фильтрате}=

= 0,04/100*70 + 0,08 = 0,11 кг/сут.

Таблица 4.24 - Материальный баланс подкисления серной кислотой фильтрата очищенного раствора

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1.Фильтрат очищенного раствора, в том числе NiSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Серная кислота (98%), в том числе H₂SO₄ H₂O FeSO₄ нерастворимый остаток	22514,16 70,00	7961,03 6,50 0,95 89,35 3,99 53,40 2,15 11,08 0,00 14385,65 0,08 68,60 1,35 0,02 0,03	1. Подкисленный раствор, в том числе NiSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	22584,16	7961,03 6,50 0,95 0,02 89,35 3,99 53,40 2,15 11,08 68,60 14387,00 0,11
Всего	22584,16	22584,16	Всего	22584,16	22584,16

4.12 Стадия выпарной вакуум - кристаллизации (чистовой цикл)

На вакуум-выпарную кристаллизацию поступает подкисленный раствор с плотностью 1354,90 кг/м³ и содержанием серной кислоты - 4,11 г/дм³.

Рассчитаем количество образовавшихся кристаллов, маточного раствора и испарившейся воды.

m_р-ра• С_р-ра= m_кр• С_кр + m_мат• С_мат. (4.5)

m_р-ра= m_кр + m_мат.+ m_пар. (4.6)

где m_р-ра - масса подкисленного раствора, кг/сут;

С_р-ра - концентрация NiSO₄ в подкисленном растворе;

m_кр - масса кристаллов, кг/сут;

С_кр - отношение молярных масс NiSO₄и NiSO₄• 7 H₂O;

С_мат. - концентрация NiSO₄в маточном растворе.

Режимные параметры процесса выпарной вакуум-кристаллизации никеля сернокислого (чистого цикла) описаны в таблице 4.13.

Известно, что соотношение Т:Ж в продукционной суспензии равно 0,246

m_кр = 0,246*m_мат

С _Ni_SO4= m _Ni_SO4 / m общая = 7961,03/ 22584,16 = 0,353

С_кр = М _Ni_SO4/М _Ni_{SO4 • 7 H2O} = 155/(155+7*18) = 0,55.

Рассчитаем концентрацию NiSO₄ в маточном растворе, исходя из растворимости при 45⁰С, которая равна 47,36 г на 100 г растворителя [1,15].

С _Ni_SO4 = 47,36/(100+47,36) = 0,324,

22584,16 • 0,353 = m_кр • 0,55 + m_мат• 0,324,

m_кр = 0,246*m_мат,

22584,16 • 0,353 = 0,246 • m_мат • 0,55 + m_мат• 0,324,

m_мат = 17293,07 кг/сут,

m_кр = 0,246*17293,07 = 4259,28 кг/сут,

m_пар = 22584,16 - 17293,07 - 4259,28 = 1031,81 кг/сут,

m _Ni_{SO4 в}_{кристаллах} = 4259,28 • 0,55 = 2342,60 кг/сут,

m _{H2O в}_{кристаллах}= 4259,28 *0,45 = 1909,86 кг/сут,

m _Ni_{SO4 в маточнике}= 17293,07 * 0,324 = 5611,60 кг/сут.

Плотность раствора в аппарате рассчитывается аналогично, как в подразделе 4.3, и составляет 1411,36 кг/м³.

Объём раствора в аппарате равен:

V = (m_кр + m_мат) / ? = (17293,07 + 4259,28) / 1411,36 = 15,27 м³

Найдём содержание серной кислоты в растворе:

68,60 / 15,27 = 4,49 г/дм³

Суспензия (чистового цикла) находится в области режимных параметров вакуум - выпарной кристаллизации (чистового цикла), плотность не более 1480 кг/м³ и содержание серной кислоты - 4 - 12 г/дм³.

Таблица 4.25 - Материальный баланс вакуум-выпарной кристаллизации (чистовой цикл)

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Подкисленный раствор, в том числе NiSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	22584,16	7961,03 6,50 0,95 0,02 89,35 3,99 53,40 2,15 11,08 68,60 14387,00 0,11	1. Суспензия (чистовой цикл), в том числе NiSO₄ * 7 H₂O NiSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Испарившаяся вода	21913,09 1031,81	4259,28 5611,90 6,50 0,95 0,02 89,35 3,99 53,40 2,15 11,08 68,60 11445,33 0,11 1031,81
Всего	22584,16	22584,16	Всего	22584,16	22584,16

4.13 Стадия разделения суспензии (чистового цикла)

Разделение суспензии происходит по средствам центрифугирования. В результате разделения получаем маточный раствор и кристаллы с влажностью 5%, которые используют для получения продукционного никеля сернокислого. Маточный раствор направляют на стадию очистки (20%) раствора никеля сернокислого (чернового), а 80% на получение карбоната никеля.

m _{влажных кристаллов}= 4259,28 / 0,95 = 4483,45 кг/сут,

m _{маточного раствора во} _{влажных кристаллов}= 4483,45 - 4259,28 = 224,17 кг/сут.

Массовый состав кристаллов и маточного раствора определим, аналогично расчётам представленным в подразделе 4.6, с помощью формул (4.3), (4.7)

Таблица 4.26 - Материальный баланс разделения суспензии (чистовой цикл)

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Суспензия (чистовой цикл), в том числе NiSO₄ * 7 H₂O NiSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	21552,35	4259,28 5611,90 6,50 0,95 0,02 89,35 3,99 53,40 2,15 11,08 68,60 11445,33 0,11	1. Маточный раствор (чистовой цикл), в том числе NiSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO4 CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Влажные кристаллы, в том числе NiSO₄*7 H₂O жидкая фаза: NiSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O	17068,90 4483,45	5538,86 6,42 0,94 0,02 88,19 3,93 52,70 2,12 10,93 67,71 11296,97 0,11 4259,28 224,17 72,74 0,08 0,01 1,16 0,05 0,69 0,03 0,14 0,89 148,37
Всего	21552,35	21552,35	Всего	21552,35	21552,35

4.14 Стадия получения карбоната никеля

Производство карбоната никеля обеспечивает более чистое получение раствора никеля сернокислого, так как осаждение никеля раствором соды основано на образовании нерастворимого осадка при взаимодействии карбоната натрия (соды) с раствором сульфата никеля по реакции (4.9):

NiSO₄+ Na₂CO₃ = NiCO₃ + Na₂SO₄ (4.9)

Получение карбоната никеля включает:

- приготовление раствора соды;

- осаждение карбоната никеля;

- фильтрация и промывка осадка карбоната никеля;

- распульповка и растворение карбоната никеля серной кислотой.

4.14.1 Приготовление раствора соды

Для получения содового раствора используют конденсат никелевого отделения и кальцинированную соду ГОСТ 5100-85 [21], химический состав, которой представлен

Na₂CO₃- 99%;

NaCl - 0,4%;

Na₂SO₄ - 0,04%;

H₂O - 0,53%;

нерастворимый остаток - 0,03%.

Расход соды на 1 м³маточного раствора (чистового цикла) в среднем составляет 300-350 кг/сут, что соответствует 2,00 - 2,35 м³ содового раствора с концентрацией соды 150 г/дм³ [22].

Таблица 4.27 - Материальный баланс приготовления содового раствора

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Кальцинирован-ная сода, в том числе Na₂CO₃ NaCl Na₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Конденсат, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ H₂SO₄ H₂O	3500,00 21722,10	3465,00 14,00 1,40 18,55 1,05 28,48 3,25 0,06 10,84 21679,47	1. Содовый раствор, в том числе Na₂CO₃ NaCl Na₂SO₄ NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	25222,10	3465,00 14,00 1,40 28,48 3,25 0,06 10,84 21698,02 1,05
Всего	25222,10	25222,10	Всего	25222,10	25222,10

4.14.2 Стадия осаждения карбоната никеля

Сырьём для получения карбоната никеля является никель сернокислый, который содержится в 80% маточного раствора (чистого цикла). Осаждение никеля раствором соды основано на образовании нерастворимого осадка при взаимодействии карбоната натрия (соды) с раствором сульфата никеля по реакции (4.9):

NiSO₄+ Na₂CO₃ = NiCO₃ + Na₂SO₄ (4.9)

Молекулярная масса (г/моль): 155 106 119 142

По реакции (4.9) найдём массы карбоната натрия, сульфата натрия и карбоната никеля:

m _Na₂_CO_{3 прореаг.}=(4466,85 + 28,48) * 106/155 = 3049,76 кг/сут,

m _NiCO_{3 образ.} = (4431,08 + 28,48) * 119/155 = 3423,79 кг/сут,

m _Na₂_SO_{4 образ.} = (4431,08 + 28,48) * 142/155 = 4085,53 кг/сут,

где 4431,08 кг/сут - масса никеля сернокислого в маточном растворе, 28,48 кг/сут - в содовом растворе.

Помимо основной реакции (4.9), идёт реакция (4.10):

Н₂SO₄+ Na₂CO₃ = Na₂SO₄ + H₂O + CO₂ (4.10)

Молекулярная масса (г/моль): 98 106 142 18 44

По реакции (4.10) найдём массы карбоната натрия, сульфата натрия, воды и углекислого газа:

m _Na₂_CO_{3 прореаг.}=(54,17 + 10,84) * 106/98 = 70,31 кг/сут,

m _Na₂_SO_{4 образ.} = (54,17 + 10,84) * 142/98 = 94,20 кг/сут,

m _H₂_O_образ. = (54,17 + 10,84) * 18/98 = 11,94 кг/сут,

m _С_O_{2 образ.} = (54,17 + 10,84) * 44/98 = 29,19 кг/сут,

где 54,17 кг/сут - масса никеля сернокислого в маточном растворе, 10,84 кг/сут - в содовом растворе.

Стадия осаждения ведут до pH = 8, [22].

Найдём общую массу прореагировавшего карбоната натрия:

m _Na₂_CO_{3 прореаг.}=70,31 + 3049,76 = 3120,08 кг/сут,

Масса не прореагировавшего карбоната натрия:

m _Na₂_CO_{3 не прореаг} = 3465,00 - 3120,08 = 344,92 кг/сут,

Найдём общую массу образовавшегося сульфата натрия:

m _Na₂_SO_{4 образ.} = 4085,53 + 94,20 = 4179,73 кг/сут.

Масса сульфата натрия в суспензии карбоната никеля:

m _Na₂_SO₄ = 4179,73 + 1,40 + 42,16 = 4223,29 кг/сут,

где - 1,40 кг/сут - сульфат натрия в содовом растворе, 42,16 - сульфат натрия в маточном растворе (чистого цикла).

Найдём общую массу воды в суспензии карбоната никеля:

m _H₂_O = 9037,57 + 21698,02 + 11,94 = 30747,53 кг/сут.

Таблица 4.28 - Материальный баланс осаждения никеля карбоната

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Содовый раствор, в том числе Na₂CO₃ NaCl Na₂SO₄ NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Маточный раствор 80% (чистовой цикл), в том числе NiSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток	25222,10 13655,11	3465,00 14,00 1,40 28,48 3,25 0,06 10,84 21698,02 1,05 4431,08 5,13 0,75 0,02 70,55 3,15 42,16 1,69 8,75 54,17 9037,57 0,09	1. Суспензия карбоната никеля, в том числе жидкая фаза: CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂O Na₂CO₃ NaCl твёрдая фаза: NiCO₃ нерастворимый остаток 2. Углекислый газ	38848,02	35423,09 3,25 5,20 0,75 0,02 70,55 3,15 4223,29 1,69 8,75 30747,53 344,92 14,00 3424,93 3423,79 1,14 29,19
Всего	38877,21	38877,21	Всего	38877,21	38877,21

4.14.3 Стадия фильтрации суспензии и промывка осадка карбоната никеля

Суспензию после осаждения карбоната никеля фильтруют на фильтр-прессе. Фильтрат направляют в бак фильтрата. После фильтрации осадок прессуют, и вытесненный фильтрат также направляют в бак фильтрата. Влажность кристаллов составляет 7%.

m _{влажного осадка}= 3424,93 / 0,93 = 3682,72 кг/сут,

m _{фильтрата}_во _{влажном осадке} = 3682,72 - 3424,93 = 257,79 кг/сут.

Массовый состав влажного осадка и фильтрата определим, аналогично расчётам представленным в подразделе 4.6, с помощью формул (4.3), (4.7).

После вытеснения фильтрата проводят промывку осадка конденсатом на фильтр-прессе. Расход конденсата на 1 тонну влажного осадка составляет 4,8 м³ [22]. Осадок с фильтр-пресса направляют в бак-мешалку на растворение серной кислотой.

Плотность конденсата составляет 1002 кг/м³. Найдём необходимое количество конденсата для промывки:

3682,72 * 1002 * 4,8 /1000 = 17712,41 кг/сут,

Таблица 4.29 - Химический и массовый состав конденсата для промывки осадка никеля карбоната

Наименование компонентов	Концентрация компонентов в конденсате, г/дм³	Массовые доли компонентов в конденсате,%	Массы компонентов в конденсате, кг/сут
NiSO₄	1,314	0,1311	23,221
CuSO₄	0,150	0,0150	2,65
As₂(SO₄)₃	0,003	0,0003	0,05
H₂SO₄	0,500	0,0499	8,84
H₂O		99,8037	17677,65

Влажность кека после промывки будет составлять 20%.

m _{влажного осадка после промывки}= 3682,72 / 0,8 = 4281,16 кг/сут,

m _{раствора}_во _{влажном осадке после промывки}= 4281,16 - 3682,72 = 856,23 кг/сут.

Массовый состав влажного никель карбоната и конденсата после промывки определим, аналогично расчётам представленным в подразделе 4.6, с помощью формул (4.3), (4.7)

Таблица 4.30 - Материальный баланс фильтрации суспензии карбоната никеля и промывки осадка

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1	2	3	4	5	6
1. Суспензия карбоната никеля, в том числе жидкая фаза: CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO4 CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂O Na₂CO₃	38848,02	35423,09 3,25 5,20 0,75 0,02 70,55 3,15 4223,29 1,69 8,75 30747,52 344,85	1. Фильтрат, в том числе CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ FeSO₄ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂O Na₂CO₃ NaCl	35165,30	3,23 5,16 0,74 0,02 70,04 3,12 4192,56 1,68 8,68 30523,75 342,34 13,90
NaCl NaОН NaНCO₃ твёрдая фаза: NiCO₃ нерастворимый остаток 2. Конденсат, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ H₂SO₄ H₂O	17712,40	14,00 0,03 0,05 3424,93 3423,79 1,14 23,22 2,65 0,05 8,84 17677,65	2. Конденсат после промывки, в том числе CuSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O Na₂CO₃ NaCl NiSO₄ 3. Влажные кристаллы, в том числе твёрдая фаза: NiCO₃ нерастворимый остаток жидкая фаза: CuSO₄ CaSO₄ Na₂SO₄ H₂O Na₂CO₃ NiSO₄ H₂SO₄	17113,96 4281,16	2,55 0,09 0,01 0,49 0,02 29,27 0,01 0,06 8,42 17048,46 2,39 0,10 22,11 3424,93 3423,79 1,14 856,23 0,13 0,02 1,46 852,95 0,12 1,11 0,42
Всего	56560,42	56560,42	Всего	56560,42	56560,42

4.14.4 Стадия распульповки и растворения карбоната никеля серной кислотой

Для распульповки влажного осадка используют конденсат (5 м³).

Химический состав конденсата представлен в таблице 4.29.

Для растворения никеля карбоната используют серную кислоту, которая соответствует ГОСТу 2184-77 [20] и имеет химический состав:

Н₂SO₄ - 98,0%;

FeSO₄ - 0,03%;

H₂O - 1,93%;

нерастворимый остаток - 0,04%.

Операцию ведут до полного растворения карбоната никеля. Остаточная концентрация свободной серной кислоты должна быть 3-5 г/дм³.

NiCO₃ + Н₂SO₄ = NiSO₄+ H₂O + CO₂ (4.11)

Молекулярная масса (г/моль): 119 98 115 18 44

По реакции (4.12) найдём массы серной кислоты, сульфата никеля воды и углекислого газа:

m _Н2_SO_{4 прореаг.}=3423,79 * 98/119 = 2819,59 кг/сут,

m _NiSO_{4 образ.} = 3423,79 * 155/119 = 4459,56 кг/сут,

m _H₂_O_образ. = 3423,79 * 18/119 = 517,88 кг/сут,

m _С_O_{2 образ.} = 3423,79 * 44/119 = 1265,94 кг/сут,

где 3423,79 кг/сут - масса карбоната никеля во влажном осадке.

Помимо основной реакции (4.12), идёт реакция (4.13):

Н₂SO₄+ Na₂CO₃ = Na₂SO₄ + H₂O + CO₂ (4.12)

Молекулярная масса (г/моль): 98 106 142 18 44

По реакции (4.13) найдём массы карбоната натрия, сульфата натрия, воды и углекислого газа:

m _Н2_SO_{4прореаг.}=0,12 * 98/106 = 0,11 кг/сут,

m _Na₂_SO_{4 образ.} = 0,12 * 142/106 = 0,16 кг/сут,

m _H₂_O_образ. = 0,12 * 18/106 = 0,02 кг/сут,

m _С_O_{2 образ.} = 0,12 * 44/106 = 0,05 кг/сут,

где 0,12 кг/сут - масса карбоната натрия во влажном осадке.

При добавлении 2910,29 кг серной кислоты содержание серной кислоты в растворе будет составлять 4,60 г/дм³. Объём раствора составляет 7,67 м³, плотность 1425,19 кг/м³.

m _Н2_SO_{4 в}_{растворе после растворения}= m _Н2_SO_{4 в кислоте} + m _Н2_SO_{4 в осадке} + m _Н2_SO_{4 в конденсате}-

- m _Н2_SO_{4 прореагир.}= 0,98*2910,29 + 0,42 + 2,49 - (2819,59 + 0,11) = 35,30 кг/сут,

m _NiSO₄_в_{растворе после растворения}= m_NiSO_{4 в осадке}+m _NiSO_{4 в конденсате}-m _NiSO_{4 образов.} = 1,11 + 6,55 + 4459,56 = 4467,22 кг/сут,

m _N_а_SO₄_в_{растворе после растворения}= m_N_а_SO_{4 в осадке}- m _N_а_SO_{4 образов.}= 1,46 + 0,16 = 1,62 кг/сут,

m _Н2_O_в_{растворе после растворения}= m _Н2_O_{в кислоте} + m _Н2_O_{в осадке}+m _Н2_O_{в конденсате}-m _Н2_O_{образов.} = 1,93/100*2910,29 + 852,95 + 4990,19 + (517,88 + 0,02) = 6417,80 кг/сут,

m _{нераст .остатка}_{в растворе после растворения}= m _{нераст. остатка}_{в кислоте} + m _{нераст. остатка в фильтрате} = 0,04/100*2910,29 + 1,14 = 1,72 кг/сут.

Таблица 4.31 - Материальный баланс распульповки и растворения никеля карбоната

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Влажные кристаллы, в том числе твёрдая фаза: NiCO₃ нерастворимый остаток жидкая фаза: CuSO₄ CaSO₄ Na₂SO₄ H₂O Na₂CO₃ NiSO₄ H₂SO₄ 2. Серная кислота (98%), в том числе H₂SO₄ H₂O FeSO₄ нерастворимый остаток 3. Конденсат, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ H₂SO₄ H₂O	4281,16 2910,29 5000,00	3424,93 3423,79 1,14 856,23 0,13 0,02 1,46 852,95 0,12 1,11 0,42 2852,08 0,87 56,75 0,58 6,55 0,75 0,02 2,49 4990,19	1. Раствор после растворения никеля карбоната, в том числе NiSO₄ CuSO₄ As₂(SO₄)₃ FeSO₄ CaSO₄ Na₂SO₄ H₂SO₄ H₂O нерастворимый остаток 2. Углекислый газ	10984,22 1265,99	4467,22 0,88 0,02 0,87 0,02 1,62 32,30 6417,80 1,72 1265,99
Всего	12191,45	12191,45	Всего	12191,45	12191,45

Раствор после растворения карбоната никеля отправляют на стадию растворения чернового никеля сернокислого.

4.15 Сушка никеля сернокислого 7-водного

На стадию сушки поступают кристаллы со стадии разделения суспензии (чистого цикла). Сушку никеля сернокислого производят для удаления избыточной влаги из кристаллов никеля сернокислого в барабанной сушилке, оснащённой калорифером для подогрева воздуха и вентилятором для его подачи. Температура воздуха на входе не должна превышать 130^ОС, на выходе - 80^ОС.

Влажность исходного продукта 5%, готовый продукт выходит с влажностью 2,5 %.

m _NiSO_{4* 7}_H₂_O = 4259,28/0,975 = 4368,49 кг/сут,

m _{маточника в продукционных кристаллах} = 4368,49*0,025 = 108,32 кг/сут.

Количество влаги W, удаляемого из материала в процессе сушки, при изменении влажности материала от u_ндо u_к, равно

W = G_н (u_н - u_к)/(100 - u_к) (4.13)

где G_н - начальная масса материала.

W = 4483,45*(5-2,5)/(100-2,5) = 114,96 кг/сут,

m _H₂_O_{в кристаллах} = 148,37 - 114,96 = 33,41 кг/сут,

Масса воздуха, находится по формуле

(4.11): L = W / (x₂-x₀) (4.14)

где x₀и x₂ - начальное и конечное влагосодержание воздуха, определяется с помощью диаграммы Рамзина [14,24].

L = 114,96 / (0,0157 - 0,0075) = 14019,56 кг/сут,

Воздух, выходящий из сушильного барабана, имеет в своём составе никель сернокислый, в виде пыли, около 0,83 % от конечного продукта (35,50 кг/сут).

Таблица 4.32 - Материальный баланс сушки никеля сернокислого 7 водного

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Влажные кристаллы, в том числе NiSO₄*7 H₂O жидкая фаза: NiSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O 2. Воздух	4483,45 14019,56	4259,58 224,17 72,74 0,08 0,01 1,16 0,05 0,69 0,03 0,14 0,89 148,37 14019,56	1. Кристаллы никеля сернокислого, в том числе NiSO₄*7 H₂O жидкая фаза: NiSO₄ As₂(SO₄)₃ Sb₂(SO₄)₃ CaSO₄ MgSO₄ Na₂SO₄ K₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂SO₄ H₂O 2. Отходящие газы, в том числе воздух испарившаяся вода никель сернокислый, в виде пыли	4333,00 14170,02	4223,79 108,32 72,74 0,08 0,01 1,16 0,05 0,69 0,03 0,14 0,89 33,41 14019,56 114,96 35,50
Всего	18503,01	18503,01	Всего	18503,01	18503,01

Выводы к материальным расчётам

В ходе данных расчётов получаем никель сернокислый, который представляет собой кристаллы изумрудно-зеленого цвета, растворимые в воде, выветривающиеся на воздухе.

Никель (II) сернокислый 7-водный реактив марки 'ч' выпускают в соответствии с ГОСТ 4465-74.

Содержание основного вещества и примесей должны соответствовать нормам, указанным в таблице 2.12.

w _NiSO_4*7_H₂_O = 4223,79 / 4333 * 100% = 97,5 %

w ₍_K₊_Ca₊_Na₊_Mg₎= (0,03*(2*39/174) + 1,16*(40/136) + 0,69*(2*23/142) +0,05*(24/120))/4333*100%= = 0,03%.

В данном случае массовая доля NiSO₄* 7H₂O, соответствует 97,5%, массовая доля суммы калия, натрия, кальция и магния - 0,03%. Качество продукта, полученного в ходе расчётов, соответствует ГОСТу 4465-74 - никель (II) сернокислый 7-водный реактив марки 'ч'.

Расчёт практических расходных коэффициентов

Масса маточного раствора III стадии медного отделения = 21150 кг/сут,

Масса промводы = 4000 кг/сут,

Масса сепарированный мел (99%) = 85,66 кг/сут

Масса серной кислоты на подкисление раствора (98%) = 70 кг/сут,

Масса воздуха на стадии очистки = 6206,40 кг /сут,

Масса воздуха на сушки никеля сернокислого = 14019,56 кг/сут,

Масса конденсата на стадии подготовки растворов = 1503,00 кг/сут,

Масса серной кислоты на растворение карбоната никеля (98%) = 2910,29 кг/сут,

Масса кальцинированной соды (99%) = 3500 кг/сут,

Масса конденсата на растворение соды = 21722,10 кг/сут,

Масса конденсата на промывку осадка карбоната никеля = 17712,40 кг/сут,

Масса конденсата на распульповку осадка карбоната никеля = 5000 кг/сут.

Кп (маточный раствор III стадии медного отделения) = 21150/4333 = 4,88,

Кп (промводы) = 4000/4333 = 0,92,

Кп (сепарированный мел) = 85,66/4333 = 0,02,

Кп (серная кислота на подкисление раствора) = 70/4333 = 0,02,

Кп (воздух на стадии очистки) = 6206,40/4333 = 1,43,

Кп (воздух на сушки никеля сернокислого) = 14019,56/4333 = 3,35,

Кп (конденсат на стадии подготовки растворов) = 1503/4333 = 0,35,

Кп (серная кислота на растворение карбоната никеля) = 2910,29/4333 = 0,67,

Кп (кальцинированная сода) = 3500/4333 = 0,81,

Кп (конденсат на растворение соды) = 21722,10/4333 = 5,01,

Кп (конденсат на промывку карбоната никеля) = 17712,40/4333 = 4,09,

Кп (конденсат на распульповку осадка карбоната никеля) = 5000/4333 = 1,15.

5 ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЁТЫ ПРОИЗВОДСТВА НИКЕЛЯ СЕРНОКИСЛОГО 7 - ВОДНОГО

Расчёт теплового баланса ведём по данным материального баланса.

Уравнение теплового баланса получения никеля сернокислого [12,14]:

Q _{прихода} = Q _{расхода} (5.1)

5.1 Тепловой баланс стадии вакуум-выпарной кристаллизации (черновой цикл)

Q^физ_прих = Q^физ_расх.+ Q_исп + Q_{кристаллизации} + Q_потерь (5.2)

а) Приход

На вакуум - выпарную кристаллизацию поступает фильтрат усреднённого раствора.Фильтрат нагревают до температуры 48^оС.

Q_прих =Q^физ_прих = m _{фильтрат}• С _{фильтрат}• t₁

Таблица 5.1 - Расчёт теплоёмкости фильтрата

Наименовние компонентов	Масса компонентов в фильтрате (m_i), кг/сут	Теплоёмкость (C_i), кДж/(кг*К)	m_i * C_i
NiSO₄ * 7 H₂O	0,00	1,30	0,00
NiSO₄	6364,36	0,63	4015,70
CuSO₄	49,71	0,62	30,74
As₂(SO₄)₃	532,87	0,34	179,98
Sb₂(SO₄)₃	77,91	0,24	18,89
FeSO₄	53,22	0,66	35,26
ZnSO₄	189,97	0,62	116,98
CaSO₄	75,57	0,73	55,38
MgSO₄	213,56	0,80	171,56
Na₂SO₄	1820,71	0,90	1641,72
K₂SO₄	111,24	0,76	84,00
(NH₄)₂SO₄	560,14	1,51	846,53
H₂SO₄	2005,41	1,42	2842,36
H₂O	14297,63	4,19	59930,91
Всего:	26352,29		69970,01

Теплоёмкость фильтрата равна

С _{фильтрат} = ? (m_i * C_i)/ m _{фильтрат} = 69970,01/26352,29 = 2,66 кДж/(кг*К)

Q^физ_прих = 26352,29 • 2,66 • (273 + 48) = 22,46 ГДж,

б) Расход

Температура суспензии после выпарной вакуум - кристаллизации (чернового цикла) равна 42^о С. Разряжение в корпусе - 0,92 кгс/см².

Q_расх = Q^физ_расх.+ Q_исп + Q_{кристаллизации} + Q_потерь (5.3)

где Q ^физ_расх. - физическое тепло, уносимое с суспензией;

Q _{кристаллизации} - теплота кристаллизации NiSO₄ * 7 H₂O;

Q _{испарения}- тепло, уносимое с парами воды.

Q^физ_расход = m _{суспензии}• С _{суспензии *} t₂

Теплоёмкость суспензии рассчитывают аналогично, как теплоёмкость фильтрата.

С _{суспензии} = 2,45 кДж/(кг*К),

Q^физ_расход = 25376,26* 2,45 * (273 + 42) = 19,60 ГДж.

Q _{кристаллизации}= m _{кристаллов} * r, (5.4)

где r = 2979,40 кДж/моль = 10,60 кДж/кг - теплота, поглощающаяся при кристаллизации NiSO₄ * 7 H₂O, [17].

Q _{кристаллизации} = 3970,74*10,60 = 0,04 ГДж.

Q_исп = m _пара * I (5.5)

где I = 2668 кДж/кг - удельная энтальпия пара, при р = 0,90 кгс/см²

Q_исп = 976,03 * 2668 = 2,60 ГДж

Q_потерь = 0,01 * Q^физ_прих = 0,01 * 22,46 = 0,22 ГДж.

Таблица 5.2 - Тепловой баланс вакуум - выпарной кристаллизации (черновой цикл)

Приход	Расход
Статья прихода	Q, ГДж	%	Статья расхода	Q, ГДж	%
1. Q_физ	22,46	100,0	1. Q_физ 2. Q _{кристаллизации} 3. Q _{испарения} 4. Q_потерь	19,60 0,04 2,60 0,22	87,27 0,18 11,57 0,98
Итого	22,46	100,0	Итого	22,46	100,0

5.2 Тепловой баланс стадии вакуум-выпарной кристаллизации (чистовой цикл)

Q^физ_прих = Q^физ_расх.+ Q_исп + Q_{кристаллизации} + Q_потерь (5.2)

а) Приход

На вакуум - выпарную кристаллизацию (чистового цикла) поступает подкисленный раствор. Раствор нагревают до температуры 48^оС.

Q_прих =Q^физ_прих = m _{раствор}• С _{раствор}• t₁

Теплоёмкость раствора расчитывают аналогично, темлоёмкости фильтрата.

С _{раствор} = 2,90 кДж/(кг*К)

Q^физ_прих = 22584,05 • 2,90 • (273 + 48) = 21,05 ГДж,

б) Расход

Температура суспензии после выпарной вакуум - кристаллизации (чистового цикла) равна 42^о С. Разряжение в корпусе - 0,93 кгс/см².

Q_расх = Q^физ_расх.+ Q_исп + Q_{кристаллизации} + Q_потерь (5.3)

где Q ^физ_расх. - физическое тепло, уносимое с суспензией;

Q _{кристаллизации} - теплота кристаллизации NiSO₄ * 7 H₂O;

Q _{испарения}- тепло, уносимое с парми воды.

Q^физ_расход = m _{суспензии}• С _{суспензии *} t₂

Теплоёмкость суспензии рассчитывают аналогично, теплоёмкости фильтрата.

С _{суспензии} = 2,66 кДж/(кг*К),

Q^физ_расход = 21552,24* 2,66 * (273 + 42) = 18,04 ГДж.

Q _{кристаллизации}= m _{кристаллов} * r, (5.4)

где r = 2979,40 кДж/моль = 10,60 кДж/кг - теплота, поглощающаяся при кристаллизации NiSO₄ * 7 H₂O, [17].

Q _{кристаллизации} = 4259,28*10,60 = 0,05 ГДж.

Q_исп = m _пара * I, (5.5)

где I = 2668 кДж/кг - удельная энтальпия пара, при р = 0,90кгс/см²

Q_исп = 1031,81 * 2668 = 2,75 ГДж

Q_потерь = 0,01 * Q^физ_прих = 0,01 * 21,11 = 0,21 ГДж.

Таблица 5.3 - Тепловой баланс вакуум - выпарной кристаллизации (чистовой цикл)

Приход	Расход
Статья прихода	Q, ГДж	%	Статья расхода	Q, ГДж	%
1. Q_физ	21,05	100,0	1. Q_физ 2. Q _{кристаллизации} 3. Q _{испарения} 4. Q_потерь	18,04 0,05 2,75 0,21	85,70 0,24 13,06 1,00
Итого	21,05	100,0	Итого	21,05	100,0

5.3 Тепловой баланс сушки кристаллов никеля сернокислого 7-водного

На стадию сушки поступает никель сернокислый 7-водный в количестве 4483,45 кг/сут и с температурой 40^оС. Продукт сушат воздухом нагретым в калорифере до 120^оС. После сушки температура воздуха составляет 80^оС, у никеля сернокислого - 70^оС.

Q_прих = Q^физ_расх + Q_исп + Q _{отход. газы} +Q_потери (5.6)

а) Приход

Q_прих = Q_крист.+ Q_возд, (5.7)

Q_{кристаллы} = m _{кристаллы}• С _{кристаллы}• t₁

Q _{кристаллы} = 4483,45 • 1,38 • (273+40) = 1,94 ГДж,

где 1,38 кДж/(кг*К) - теплоёмкость никеля сернокислого 7- водного, рассчитанная аналогично теплоёмкости фильтрата.

Q_{воздуха}= m_{воздуха} • С_{воздуха}• t_{воздуха} = 14019,56 • 1,01 • (273+120) = 5,56 ГДж,

где 1,01 кДж/(кг*К) - теплоемкость воздуха [14,17].

Q_прих = 1,94 + 5,56 = 7,51 ГДж.

б) Расход

Q_расх = Q^физ_расх.+ Q_исп + Q_{потери,} (5.8)

Q_расход = Q_крист.+ Q_возд, (5.9)

Q_{кристаллы} = m _{кристаллы}• С _{кристаллы}• t₂, [12,14]

Q_{кристаллы}= 4333 • 1,31 • (273+70) = 1,95 ГДж,

где 1,31 кДж/(кг*К) - теплоёмкость никеля сернокислого 7- водного, рассчитанного аналогично теплоёмкости фильтрата.

Q_{отход. газы} = m_возд • С_{воздуха}• t_возд = 14170,02*1,04*(273+80) = 5,19 ГДж,

где 1,04 кДж/(кг*К) - теплоёмкость отходящих газов, рассчитанная аналогично теплоёмкости фильтрата.

Q_{исп. воды}= m _H₂_O • I = 114,96 • 2636 = 0,30 ГДж,

где 2636 кДж/кг - удельная энтальпия пара при 75 ^оС.

Q_потери= 0,05 • Q_прих = 0,01• 7,51 = 0,07 ГДж

Q_расх = 1,95 + 5,18 + 0,30 + 0,07 = 7,51 ГДж.

Таблица 5.4 - Тепловой баланс сушки

Приход	Расход
Статья прихода	Q, ГДж	%	Статья расхода	Q, ГДж	%
1 Q_{физ. с крист} 2 Q_возд	1,94 5,57	25,83 74,17	1 Q_физ 2 Q_{исп. воды} 3 Q_{отход. газы} 4 Q_потери	1,95 0,30 5,19 0,07	25,96 4,00 69,11 0,93
Итого	7,51	100,00	Итого	7,51	100,00

В ходе процесса получения никеля сернокислого 7 - водного происходит потеря теплоты, в количестве 0,50 ГДж (?Q_потери + Q_{отход.газы}, со стадии сушки), в то же время приход тепла составляет 51,02 ГДж.

Q_потери = 0,98 % от Q^{прихода}

6 ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ

Проектом предусматривается внедрение технологии получения никеля карбоната в производстве никеля сернокислого, с целью увеличения выпуска продукции, за счёт переработки маточного раствора (чистого цикла), что позволяет снизить содержание примесей в готовом продукте.

6.1 Обоснование и расчет производственной мощности

Производственная мощность - это максимально возможный годовой выпуск продукции при полном использовании производительности оборудования и организованного труда [25].

В общем виде производственная мощность (ПМ) определяется по формуле

ПМ = n • П • Т_эф, (6.1)

где n - количество единиц однотипного (ведущего) оборудования, шт.;

П - производительность оборудования, кг/ч.;

Т_эф - эффективный фонд времени работы оборудования.

Эффективный годовой фонд работы оборудования определяется вычитанием из календарного фонда (Т_к) продолжительности простоя оборудования в ремонте (Т_р).

Т_эф = Т_к - Т_р (6.2)

6.1.1 Действующее производство

Фактический выпуск продукции до внедрения технологии получения никеля карбоната составляет: ФВ₁ = 962,5 т/год.

6.1.2 Проектное производство

После внедрения технологии получения никеля карбоната фактический выпуск продукции увеличится на 565 т/год и будет равен:

ФВ₂ = 1527,5 т/год

Покупка нового оборудования требует дополнительных капиталовложений (ДКВ) расчет которых представлен в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Расчет дополнительных капиталовложений

Статья расхода	Стоимость тыс. руб.
Покупка оборудования	4175,32
Затраты на транспортировку (5% от стоимости оборудования)	208,77
Затраты на монтаж (10% от стоимости оборудования)	417,53
Затраты на запчасти (2% от стоимости оборудования)	83,51
Затраты на демонтаж старого оборудования (5% от стоимости старого оборудования)	374,43
Итого	5259,56

6.2 Основные производственные фонды

Основные производственные фонды (ОПФ) могут быть определены, как сумма стоимости зданий и сооружений и стоимости оборудования [26].

6.2.1 Действующее производство

ОПФ = стоимость зданий и сооружений + стоимость оборудования (6.4)

ОПФ = 18914,0 + 13280,4= 32194,4 тыс.руб = 32,19 млн. руб.

Объем здания цеха можем определить по формуле

V_{здания цеха} = a • b • h (6.5)

где а - длина здания цеха, м;

b - ширина здания цеха, м;

h - высота здания цеха.

V_{здания цеха} = 74,7 • 30,0 • 20,0 = 44820,0 м³.

Объем здания цеха, приходящийся на производство никеля сернокислого, может быть также определен по формуле (6.6):

V_{производства НС}= (S_цеха - S_Cu_SO4)•h₁ = (2241,00-1745,64)*20 = 9507,20 м³.

Определим стоимость 1 м³ производственных площадей, по формуле:

S = стоимость зданий и сооружений / V_{здания цеха} (6.6)

S = 19510,79 / 44820,0 = 0,435 тыс. руб.

Определим стоимость зданий и сооружений, приходящуюся на производство никеля сернокислого, по формуле:

А = S • V_{производства НС} (6.7)

Тогда А = 0,435 • 9507,20 = 4135,63 тыс. руб.

Определим стоимость оборудования, приходящегося на производство никеля сернокислого:

Силовые машины и оборудование - 354,13 тыс. руб.,

Рабочие машины и оборудование - 5782,25 тыс. руб.,

Измерительные и регулирующие приборы - 1333,45 тыс. руб.,

Вычислительная техника - 6,64 тыс. руб.,

Прочие машины и оборудования - 2,06 тыс. руб.,

Инструмент - 10,03 тыс. руб.,

Стоимость оборудования производства никеля сернокислого равна 7488,56 тыс. руб.

Основные производственные фонды, приходящиеся на производство никеля сернокислого, определяются по формуле:

ОПФ₁ = А + стоимость оборудования производства НС (6.8)

ОПФ₁ = 4135,63 + 7488,56 = 11624,19 тыс. руб.

6.2.2 Проектное производство

Внедряемое новое оборудование будет расположено на свободном месте рядом со старым оборудованием, которое будет использоваться в данном проекте, поэтому стоимость зданий и сооружений после внедрения оборудования останется без изменений.

Основные производственные фонды, приходящиеся на производство никеля сернокислого после внедрения технологии по получению карбоната никеля, найдем по формуле:

ОПФ₂ = А + стоимость оборудования производства НС + ДКВ (новое оборудование) (6.9)

ОПФ₂ = 4135,63 + 7488,56 + 5259,56 = 16883,75 тыс. руб.

Стоимость оборудования производства никеля сернокислого после внедрения технологии по получению карбоната никеля может быть определена следующим образом

Стоимость оборудования = 7488,56 + 5259,56 = 12748,12 тыс. руб.

6.3 Труд и заработная плата

Численность руководителей, служащих и специалистов устанавливается по должностям. Годовой фонд заработной платы складывается из фондов основной заработной платы и дополнительной заработной платы.

6.3.1 Действующее производство

В фонд основной заработной платы включает: тарифный фонд, доплаты за работу в вечерние и ночные часы, праздники, премии, вредность и прочее, а также выплаты по районному коэффициенту. Тарифный фонд рассчитывается перемножением числа человеко-часов, подлежащих отработке на тарифную ставку соответствующего разряда. Доплаты за работу в ночные и вечерние часы - 20% к тарифному фонду.

Доплата за работу в праздничные дни: 3,0 %

Размер премий основных рабочих к тарифному фонду - 35%.

Выплаты по районному коэффициенту складываются из суммы основной заработной платы, умноженной на районный коэффициент (для Урала районный коэффициент 15 %).

Фонд дополнительной заработной платы состоит из оплаты отпусков и невыходов в связи с выполнением государственных обязанностей, он принимается 10% от фонда основной заработной платы с учетом районного коэффициента.

Численность всех работающих в цехе составляет 176 человек, их общий годовой фонд заработной платы равен 25228,22 тыс. руб. в год.

Общий годовой фонд заработной платы основных рабочих, задействованных на производстве никеля сернокислого, составляет 6312,70 тыс. руб./ год.

Найдем процентную долю заработной платы, приходящуюся на производство никеля сернокислого, по формуле (6.10):

Х = (з/п рабочих производства НС) / (з/п основных рабочих всего цеха) 100% (6.10)

Х = 6312,70 / 25228,22 • 100% = 25,02 %.

Общий годовой фонд заработной платы вспомогательных рабочих всего цеха составляет 4823,63 тыс. руб./ год, Тогда общий годовой фонд заработной платы вспомогательных рабочих производства никеля сернокислого, можем определить по формуле:

з/п (вспомогательных рабочих производства НС) = з/п (вспомог. рабочих в цехе) • Х (6.11)

З/п вспомог. рабочих производства НС = 4823,63 • 0,2502 = 1206,87 тыс.руб./год.

Общий годовой фонд заработной платы руководителей и специалистов всего цеха составляет 6616,07 тыс. руб./год, тогда общий годовой фонд заработной платы руководителей и специалистов производства НС можно найти по формуле (6.12):

Зарплата (руководителей и специалистов производства НС) = Зарплата (руководителей и специалистов всего цеха) • Х (6.12)

Зарплата (руководителей и специалистов производства НС) = 6616,07 0,2502 =1655,34 тыс. руб./год.

6.3.2 Проектируемое производство

За счёт внедрения технологии по получению карбоната никеля увеличивается численность основных рабочих в никелевом отделении на 4 человека, выпуск готовой продукции, производительность труда, вследствие чего, размер премий основных рабочих к тарифному фонду - 60%.

Таким образом, общий годовой фонд заработной платы составит 28031,11 тыс. руб. в год. Общий годовой фонд заработной платы основных рабочих, задействованных на производстве никеля сернокислого - 8000,90 тыс. руб./ год.

Найдем процентную долю заработной платы, приходящуюся на производство никеля сернокислого, по формуле (6.10):

Х = 8000,9 / 28031,11 • 100% = 28,5 %.

Общий годовой фонд заработной платы вспомогательных рабочих производства никеля сернокислого, определим по формуле (6.11):

З/п вспомогательных рабочих производства НС = 4823,63 • 0,285 = 1376,80 тыс.руб./год.

Общий годовой фонд заработной платы руководителей и специалистов всего цеха можно найти по формуле (6.12):

Зарплата (руководителей и специалистов производства НС) = 6616,07 • 0,285 = =1885,58тыс. руб./год.

6.4 Расчет себестоимости продукта

Основанием для расчета необходимого количества сырья, материалов, топлива, энергии являются производственная мощность и нормы расходов сырья, материалов, топлива и энергии на единицу продукции.

6.4.1 Действующее производство

Цены на сырье, материалы, топливо рассчитываются исходя из цен поставщиков, транспортных расходов на перевозку и доставку до склада. Цена электроэнергии рассчитывается по двуставочному тарифу. Расчет расходов на материалы и энергию сведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Расчет расходов на материалы и энергию

Наименование затрат	Ед. изм	Цена за ед., руб.	На 1 тонну	На весь выпуск
			кол-во	сумма, руб.	кол-во	сумма, тыс. руб.
1 Сырье и основные материалы
Маточный раствор из медного отделения	м³	8978,21	3,584	32177,902	3449,60	30971,23
Мел сепарированный	т	1561,60	0,24	374,78	231,00	360,73
Кислота серная	т	664,90	0,03	19,95	28,88	19,20
Кислота фтористоводородная	т	13770,5	0,01	137,71	9,63	132,54
Ткань «Бельтинг»	м³	115,69	1,5	173,54	1443,75	167,03
Сукно	т	101,93	1,6	163,09	1540,00	156,97
Ткань ТЛФ	м³	117,94	1	117,94	962,50	113,52
Ткань ПХВ	м³	67,44	1,1	74,18	1058,75	71,40
Тара				226,63		346,18
Итого:				33465,71		32338,80
2. Энергия на технологические цели
Электроэнергия	кВт*ч	0,57	1088,00	614,72	1047200,0	591,67
Пар	т	161,27	17,30	2789,97	16651,25	2685,35
Воздух сжатый	м³	0,07	3414,00	238,98	3285975,0	230,02
Вода техническая	м³	0,19	120,00	22,80	115500,00	21,95
Итого:				3666,47		3528,98
Всего:				37132,19		35867,77

Средняя норма амортизации на восстановление зданий и сооружений - 5%; средняя норма амортизации на восстановление оборудования - 15%.

Расчет амортизации, основных производственных фондов приведён в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Расчет амортизации ОПФ₁

Наименование элементов ОПФ₁	Основание для расчета	Сумма тыс. руб.
1 Амортизация зданий и сооружений	4135,63 • 0,05	206,78
2 Амортизация оборудования	7488,56 • 0,15	1123,28
Итого		1330,06

Смета расходов на содержание и эксплуатацию оборудования по номенклатуре и укрепленным нормативам приведена в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Расчет сметы РСЭО

Статьи расходов	Основание для расчета	Сумма тыс. руб.
Содержание и эксплуатация оборудования и транспортных средств	0,02 • 7488,56	149,77
Текущий и капитальный ремонт оборудования и транспортных средств	0,10 • 7488,56	748,86
Замена футеровки	0,02 • 7488,56	149,77
Зарплата вспомогательных рабочих с ЕСН.	0,95 • 1,26 • 1206,87	1444,62
Прочие расходы	20% от суммы 1 - 4	498,60
Итого		2991,62

Расчет сметы цеховых расходов по сокращенной номенклатуре приведен в таблице 6.5.

Таблица 6.5 - Расчёт сметы цеховых расходов

Статьи расходов	Основание для расчета	Сумма тыс. руб.
Зарплата цехового персонала с отчислениями на соц. нужды	1655,34 • 1,26	2085,73
Содержание зданий и сооружений	4135,63 • 0,0085	35,15
Текущий кап ремонт зданий и сооружений	4135,63 • 0,03	124,07
Расходы на охрану труда	(1655,34+1206,87+6312,87) • 0,2	1537,02
Зарплата вспомогательных рабочих с ЕСН	0,05 • 1,26 • 1206,87	76,03
Прочие расходы	30% от суммы 1 - 5	1157,40
Итого		5515,40

Общехозяйственные расходы рассчитываются, укрупнено - в размере 20% от стоимости переработки (цеховая себестоимость за вычетом материальных затрат). Коммерческие расходы рассчитывают, укрупнено в размере 3% от производственной себестоимости продукции. Расчет калькуляции себестоимости приведен в таблице 6.6.

Таблица 6.6 - Расчёт калькуляции себестоимости продукции

Наименование статей расхода	Ед. изм	Цена, тыс. руб.	На 1 тонну	На весь выпуск
			кол-во	сумма, руб	кол-во	сумма, тыс. руб.
1 Сырье и материалы				33598,75		32338,80
2 Энергия на технологические цели				3666,47		3528,98
Итого				37265,22		35867,77
3 Основная заработная плата основных рабочих				6558,65		6312,70
4 Дополнительная заработная плата основных рабочих				655,86		631,27
5 ЕСН				1875,77		1805,43
Итого				9090,29		8749,40
Всего				46355,51		44617,18
6 Амортизация ОПФ₁				1710,05		1645,92
7 Расходы на содержание и эксплуатация оборудования				3589,94		3455,32
8 Цеховые расходы				5995,02		5770,21
Цеховая себестоимость				57650,52		55488,63
9 Общехозяйственные расходы				4810,35		4629,97
10 Прочие производственные расходы				936,91		901,78
Производственная себестоимость				63397,79		61020,37
11 Коммерческие расходы				1901,93		1830,61
Полная себестоимость				65299,72		62850,98

6.4.2 Проектируемое производство

Цены на сырье, материалы топливо рассчитывают исходя из цен поставщиков, транспортных расходов на перевозку и доставку до склада. Цена электроэнергии рассчитывается по двуставочному тарифу. Расчет расходов на материалы и энергию представлен в таблице 6.7.

Таблица 6.7 - Расчет расходов на материалы и энергию

Наименование затрат	Ед. изм	Цена за ед., руб.	На 1 тонну	На весь выпуск
			кол-во	сумма, руб.	кол-во	сумма, тыс. руб.
1 Сырье и основные материалы
Маточный раствор из медного отделения	м³	8978,21	3,584	32177,902	5474,56	49151,74
Мел сепарированный	т	1561,60	0,12	187,39	183,30	286,24
Кислота серная	т	664,90	0,48	319,15	733,20	487,50
Сода кальцинированная	т	6144,55	0,15	921,68	229,13	1407,87
Ткань «Бельтинг»	м³	115,69	0,8	92,55	1222,00	141,37
Сукно	т	101,93	0,7	71,35	1069,25	108,99
Ткань ТЛФ	м³	117,94	0,6	70,76	916,50	108,09
Ткань ПХВ	м³	67,44	0,7	47,21	1069,25	72,11
Тара				226,63		346,18
Итого:				34114,63		52110,10
2. Энергия на технологические цели
Электроэнергия	кВт*ч	0,57	1088,00	614,72	1661920,0	938,98
Пар	т	161,27	17,30	2789,97	26425,75	4261,68
Воздух сжатый	м³	0,07	3414,00	238,98	5214885,0	365,04
Вода техническая	м³	0,19	120,00	22,80	183300,00	34,83
Итого:				3666,47		5600,53
Всего:				37781,10		57710,64

Средняя норма амортизации на восстановление зданий и сооружений - 5%. Средняя норма амортизации на восстановление оборудования - 15%.

Расчет амортизации, основных производственных фондов представлен в таблице 6.8.

Таблица 6.8 - Расчет амортизации ОПФ₂

Наименование элементов ОПФ₂	Основание для расчета	Сумма тыс. руб.
1. Амортизация зданий и сооружений	4135,63 • 0,05	206,78
2. Амортизация оборудования	12748,12 • 0,15	1912,22
Итого:		2189,00

Смета расходов на содержание и эксплуатацию оборудования по номенклатуре и укрупненным нормативам приведена в таблице 6.9.

Таблица 6.9 - Расчет сметы РСЭО

Статьи расходов	Основание длярасчета	Сумма тыс. руб.
Содержание и эксплуатация оборудования и транспортных средств	0,02 • 12748,12	254,96
Текущий и капитальный ремонт оборудования и транспортных средств	0,10 • 12748,12	1274,81
Замена футеровки	0,02 • 12748,12	254,96
Зарплата вспомогательным рабочим с ЕСН	0,95 • 1,26 • 1376,80	1648,03
Прочие расходы	20% от суммы 1 - 4	686,55
Итого:		4119,16

Расчет сметы цеховых расходов по сокращенной номенклатуре приведен в таблице 6.10.

Таблица 6.10 - Расчёт сметы цеховых расходов

Статьи расходов	Основание для расчета	Сумма, тыс. руб.
Зарплата цехового персонала с отчислениями на соц. нужды	1885,58 • 1,26	2375,83
Содержание зданий и сооружений	4135,63 • 0,0085	35,15
Текущий кап ремонт зданий и сооружений	4135,63 • 0,03	124,07
Расходы на охрану труда	(8000,9+1376,80+1885,58) • 0,2	2252,66
Зарплата вспомогательным рабочим с отчислениями на соц. нужды	0,05 • 1,26 • 1376,80	86,74
Прочие расходы	30% от суммы 1-5	1462,33
Всего:		6336,78

Общехозяйственные расходы рассчитываются, укрупнено - в размере 20% от стоимости переработки (цеховая себестоимость за вычетом материальных затрат).

Коммерческие расходы рассчитывают укрупненно в размере 3% от производственной себестоимости продукции. Расчет калькуляции себестоимости приведен в таблице. 6.11.

Таблица 6.11 - Расчёт калькуляции себестоимости продукции

Наименование статей расхода	Ед. изм	Цена, тыс. руб.	На 1 тонну	На весь выпуск
			кол-во	сумма, руб	кол-во	сумма, тыс. руб.
1 Сырье и материалы				34114,63		52110,10
2 Энергия на технологические цели				3666,47		5600,53
Итого				37781,10		57710,64
3 Основная заработная плата основных рабочих				5237,91		8000,90
4 Дополнительная заработная плата основных рабочих				523,79		800,09
5 ЕСН				1498,04		2288,26
Итого				7259,74		11089,25
Всего				45040,84		68799,88
6 Амортизация ОПФ₂				1433,06		2189,00
7 Расходы на содержание и эксплуатация оборудования				2696,67		4119,16
8 Цеховые расходы				4148,46		6336,78
Цеховая себестоимость				53319,03		81444,82
9 Общехозяйственные расходы				3840,88		5866,94
10 Прочие производственные расходы				857,40		1309,68
Производственная себестоимость				58017,31		88621,44
11 Коммерческие расходы				1740,52		2658,64
Полная себестоимость				59757,83		91280,09

6.5 Финансовая оценка проекта

Рассчитаем условно годовую экономию [27], по формуле:

Э _{усл. год.}= (С₁ - С₂) • В₂ (6.13)

где С₁ и С₂ - себестоимость продукта до и после внедрения оборудования, соответственно;

В₂ - годовой выпуск продукта после внедрения технологии получения карбоната никеля.

Э_{усл. год.}= (65299,72 - 59757,83) • 1527,5 = 8465,24 тыс. руб.

Поскольку внедрение технологии получения никеля карбоната приведет к увеличению выпуска продукции, то предприятие при этом может получить дополнительную прибыль:

ДП = П₂ - П₁ (6.14)

где П₁ и П₂ - прибыль до и после внедрения оборудования, соответственно;

Прибыль (П₁ и П₂) может быть определена по следующим формулам:

П₁ = (Ц₁ - С₁) * В₁ (6.15)

П₂ = (Ц₂ - С₂) * В₂, (6.16)

где Ц₁ - цена за 1 тонну продукта до внедрения технологии, Ц₂- цена за 1 тонну продукта после внедрения технологии.

П₁ = (80600 - 65299,72) * 962,5 = 14726,52 тыс. руб.,

П₂ = (75245,00 - 59757,83) * 1527,5 = 23656,65 тыс. руб.,

ДП = 23656,65 - 14726,52 = 8930,13 тыс. руб.

На основании произведённых расчётов приведём основные технико-экономические показатели рассматриваемого проекта в таблице 6.12.

Таблица 6.12 - Основные технико-экономические показатели проекта

Показатели	Ед.изм.	До внедрения технологии	После внедрения технологии	Откло-нения, %
1 Объем выпускаемой продукции	т/год	962,5	1527,5	+58,7
2 Дополнительные капиталовложения	тыс. руб.	-	5259,56	-
3 ОПФ	тыс. руб.	11624,2	16883,7	+45,2
4 Численность рабочих	чел.	36	40	+11,1
5 Среднемесячная зарплата основных рабочих никелевого отделения	руб.	14612,7	16668,5	+14,1
6 Производительность труда	т/чел	26,7	38,2	+43,1
7 Себестоимость 1 т никеля сернокислого	руб.	65299,7	59757,83	-8,5
8 Цена за 1 тонну никеля сернокислого	руб.	80600	75245	-
9 Прибыль	тыс. руб.	14726,52	23656,65	+60,6
10 Условно годовая экономия	тыс. руб.	-	11332,45	-
11 Дополнительная прибыль	тыс. руб.	-	8930,13	-
12 Срок окупаемости	лет	-	около 3

Полученные результаты свидетельствуют о практической возможности и экономической целесообразности реализации рассматриваемого проекта.

7. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ. ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Производство никеля сернокислого связано с переработкой маточного раствора медного отделения, с дальнейшим извлечение из раствора меди по средствам электролиза (обезмеживание), с использованием свинцовых анодов. При обезмеживании из раствора извлекается не только медь, но и некоторое количество мышьяка. При концентрации меди в растворе меньше 6 г/дм³ происходит выделение газа арсина. Поэтому процесс обезмеживания осуществляют в две стадии, первая - до содержания меди в растворе 6-8 г/дм³, вторая - менее 1,2 г/дм³. Ванны второй стадии обезмеживания находится в отдельном помещении и накрываются полиэтиленовой пленкой. К каждой ванне присоединенны вентиляционные трубы, по которым отходящие газы поступают на газоочистку.

На стадии получения карбоната никеля испульзуется кальцинированная сода, которая при взаимодействии с водой оборазует едкий натр (натрий гидроксид).

Поэтому рассматриваемый проект относится к производствам с вредными условиями труда. Источниками опасности являются серная кислота, никель сернокислый, свинец, мышьяк, арсин (мышьяковистый водород), кальцинированная сода, едкий натр и сульфат меди, так как производство никеля сернокислого и сульфата меди ведётся в одном цехе.

Характеристика вредных веществ и меры по оказанию первой помощи описаны в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Характеристика вредных веществ и меры по оказанию первой помощи
Наимено-вание	Характеристика	Параметры пожаро-взрывобезопасности	Оказание первой помощи
Серная кислота	Бесцветная маслянистая жидкость, с водой смешивается в любых соотношениях, выделяя при этом большое количество тепла. Выделяет пары SО₃, которые, смешиваясь с водяными парами, образует белый кислотный туман. Концентрированная серная кислота сильный окислитель, относится ко II классу опасности. ПДК рабочей зоны по Н₂SO₄- 1 мг/м³ (туман).Вызывает тяжелые ожоги. Аэрозоль серной кислоты обладает токсическим действием.	пожаро-взрывобезопасносно	Вынести пострадавшего из зоны отравления на свежий воздух, сделать ингаляцию содовым раствором. При попадании на кожу освободить пострадавшего от загрязненной спецодежды, сделать промывание проточной водой, при ожоге наложить повязку с (2-3) % раствором соды. При попадании в глаза после обильного промывания чистой проточной водой, закапать 2 % раствор новокаина или 0,5 % раствор дикаина. Обратится в здравпункт.

Сульфат меди (медный купорос)	Кристаллы ярко-синего цвета, хорошо растворимые в воде, относится II классу опасности. ПДК в воздухе рабочей зоны (аэрозоль) - 0,5 мг/м³. Оказывает раздражающее действие на слизистые оболочки верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта. Попадание солей меди внутрь дозой (0,2-0,5) г, вызывает рвоту, (1-2) г - тяжелые, иногда смертельные отравления. Возможны функциональные расстройства нервной системы, нарушения функций печени и почек, поражения слизистых оболочек организма.	пожаро-взрывобезопасносно	При остром отравлении срочно вызвать скорую помощь, вынести пострадавшего из зоны отравления на свежий воздух. Дать пострадавшему теплой кипяченой воды, чтобы вызвать рвоту, затем дать молока или соленое питье. При попадании в глаза промыть широко раскрытый глаз чистой проточной водой не менее 15 мин. Промыть кожу вокруг глаза, не допуская попадания вещества в неповрежденный глаз. Обратится в здравпункт.
Сульфат никеля	Кристаллы изумрудно-зеленого цвета, хорошо растворимы в воде, относятся к 1 классу опасности. ПДК в воздухе рабочей зоны (аэрозоль) - 0,005 мг/м³. Оказывает влияние на кроветворение, углеводный обмен. Соли никеля вызывают поражения кожи человека с повышенной чувствительностью. Хроническое отравление: длительное поступление вызывает резкие дегенеративные изменения в печени, почках, сердечной мышце и гиперплазию селезенки.	пожаро-взрывобезопасносно	Тоже оказание первой медицинской помощи, как после контакта с медным купоросом
Мышьяк и его соедине-ния	Растворенные соединения мышьяка токсичны и относятся к 1 классу опасных веществ. Воздействует на нервную систему, стенки сосудов, поражает печень, сердце, кишечник, почки, вызывает трофические кожные заболевания и поражения ногтей. При больших дозах яд вызывает паралич с потерей сознания и судорогами, возможен смертельный исход.	пожаро-взрывобезопасносно	При попадании внутрь промыть желудок теплой водой, вызвать рвоту, немедленно госпитализировать. При поступлении через дыхательные пути дать приток свежего воздуха, дать нашатырного спирта, немедленно госпитализировать. При попадании на кожу тщательно смыть остатки вещества струей воды, обработать место поражения 2 %-ным раствором соды. Обратится в здравпункт.
Мышьяко-вистый водород (арсин)	Бесцветный, тяжелый, сильно ядовитый газ, при нагревании, разлагаясь, пахнет чесноком, относится к II классу опасности. Отравление развивается через 3-6 часов после вдыхания. Вызывает головокружение, боли, тошноту и рвоту.	пожаро-взрывобезопасносно	Покой, вдыхание кислорода. Обратится в здравпункт.
Свинец	Голубовато-серый металл, относится к I классу опасности. Оказывает общетоксическое, канцерогенное, мутагенное действие. Вызывает поражение центральной и периферической нервной системы, крови и сосудов.	пожаро-взрывобезопасносно	Обратится в здравпункт.
Едкий натр	Гранулы белого цвета или прозрачный раствор, относится к II классу опасности. Вызывает химический ожог. При длительном воздействии может вызвать язвы и экземы.	пожаро-взрывобезопасносно	При попадании на кожу сделать промывание проточной водой, при ожоге наложить повязку с 5 % раствором уксусной или лимонной кислоты При попадании в глаза, после обильного промывания проточной водой, закапать 2 % раствор новокаина. Обратится в здравпункт.
Сода кальцини-рованная (карбонат натрия)	Кристаллы белого цвета, хорошо растворимые в воде с образованием щелочных растворов. Пыль вызывает раздражение дыхательных путей, конъюктивит. Аэрозоль вызывает раздражение кожи, слизистой оболочки глаз и носа, при длительном воздействии дерматит.	пожаро-взрывобезопасносно	При попадании на кожу и в глаза сделать промывание проточной водой. Обратится в здравпункт.

7.1 Характеристика условий труда

Купоросный цех расположен в трех зданиях:

а) Главный корпус состоит из 3 частей:

- административно-бытовой 5-ти этажный корпус;

- двухпролетный 3-х этажный производственный корпус с подвалом;

- одноэтажный пристрой к производственному зданию с подвалом.

б) Здание участка грануляции меди - одноэтажное однопролетное, расположенное в 50 метрах от главного корпуса.

в) Здание участка получения никелевых солей находится в южной части промплощадки предприятия и состоит из 2-х частей:

- производственная часть расположена в одноэтажном однопролетном здании,

- служебно-бытовое помещение в 2-х этажной части здания.

В производственной части главного корпуса размещено производство медного купороса и производство никеля сернокислого и установлены вакуум-выпарные кристаллизаторы, аппараты-нейтрализаторы, центрифуги, баковая аппаратура, насосные установки.

В одноэтажном пристрое, где расположено оборудование для электролиза, установлены 4 серии электролизных ванн и баковая аппаратура с насосами.

В здании участка грануляции меди размещено металлургическое оборудование: отражательная печь, отапливаемая природным газом и зумпфы с водой.

7.2 Обеспечение безопасности работающих

По условиям труда купоросный цех относится к 1-ой группе вредных производств [31]. Характерными общими источниками опасности в цехе являются:

- технологические растворы, содержащие серную кислоту, высокую концентрацию солей меди и никеля, соли мышьяковой и мышьяковистой кислот;

- горячий конденсат;

- гидроаэрозоли меди, никеля в воздухе рабочей зоны;

- мелкодисперсная пыль медного купороса, никеля сернокислого, никелевых солей;

- высокая температура стенок оборудования и передающих систем;

- интенсивное перемещение грузов подъемно-транспортными устройствами;

- электрооборудование, работающее во влажной коррозионной среде.

Количественно оценить состояние травматизма в цехе можно по степени риска, которая является отношением числа несчастных случаев к общей численности работающих и составляет 0,0109.

7.2.1 Опасные и вредные производственные факторы

Опасными и вредными производственными факторами в купоросном цехе являются:

- повышенная загазованность воздуха рабочей зоны: присутствие воздухе рабочей зоны гидроаэрозолей сульфата никеля, сульфата меди, паров серной кислоты, летучих соединений мышьяка

- повышенная температура растворов и поверхностей аппаратов;

- вращающиеся механизмы насосных и вентиляционных установок, движущиеся грузы;

- опасный уровень высокого напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека.

7.2.2 Индивидуальные средства защиты

Индивидуальные средства защиты [32]: фильтрующие промышленные противогазы марок В (с фильтром), ВКФ, М и т.д., защитные очки, щитки или маски из оргстекла, спецодежда из кислотоупорных тканей, резиновые перчатки и сапоги.

а) Защитные очки закрытого типа применяются при работе с серной кислотой (подача кислоты в бак, уборка разливов), при контроле за сливом растворов в баки, при отборе проб из баков, при пользовании конденсатов для смыва полов, при очистки электролизных ванн;

б) Для защиты органов дыхания при транспортировке, очистки электролизных ванн, фасовке готового продукта применяются фильтрующие промышленные противогазы марок В (с фильтром), ВКФ, М;

в) От механического повреждения головы применяются защитные каски;

г) Для защиты рук от повреждения, соприкосновения с растворами используют резиновые перчатки;

д) Для защиты тела человека от производственных вредных воздействий и обеспечения нормальной терморегуляции организма применяют спецодежду. Она должна быть целой, чистой и соответствовать установленным нормам для данного производства.

Перечень средств защиты указан в таблице 7.2.

Таблица 7.2 - Обеспеченность средствами индивидуальной защиты

Наименование средств индивидуальной защиты

Документ, регламентирующий требования к средствам индивидуальной защиты

Фактические значения оценки

Костюмы лавсан/хлопок

кислотозащитные

Рукавицы кислотозащитные КР

Рукавицы комбинированные

Перчатки резиновые Экстра - 75

Перчатки “Хайлайт”

Сапоги резиновые кислотостойкие

Ботинки кожаные

Портянки суконные (носки)

Очки защитные с непрямой вентиляцией

Каска ЗМ 1465

Респиратор полупылевой ЗМ 9312

Респиратор полуаэрозолевый ЗМ 9926

ГОСТ 27653-88

ТУ 37-106508-86

ГОСТ 12.4.010-75 тип Б, В

ТУ 38-306-5-59-95

ГОСТ 12.4.010-75

ГОСТ 12.4.072-79

ГОСТ 12.4.137-84

ТУ 78-451-78

ГОСТ 12.4.013-97

ГОСТ 12.4.128-83

ГОСТ 12.4.041-89

Имеется

Рекомендуемые режимы труда и отдыха:

а) регламентируемые перерывы (количество, продолжительность) - 50 мин;

б) необходимость перемещения с одной операции на другую - нет.

7.3 Безопасность проекта

Для обеспечения нормальных условий труда в цехе предусмотрено:

- система двухступенчатого контроля за соблюдением правил техники безопасности всеми работающими в цехе;

- бесплатная выдача работающим спецодежды, спецобуви, защитных приспособлений в соответствии с требованиями ГОСТов;

- обучение всех работающих правилам техники безопасности, ежегодная проверка работающих на знание инструкций по охране труда, разработанных для каждой профессии;

- системы приточно-вытяжной вентиляции: 8 приточных, 19 вытяжных систем, 9 тепловых завес ворот, 5 крышных вентиляторов, 4 аспирационные системы по ГОСТ 12.4.021-75 [33];

- пылеулавливание от центрифуг, сушильных барабанов и узлов упаковки и пакетирования;

- ограждения от движущихся и вращающихся частей оборудования и площадок обслуживания аппаратов и баков;

- аварийная сигнализация и громкоговорящая связь рабочих мест;

- заземление электрооборудования;

- санитарно-бытовые помещения в соответствии с нормами производственых процессов;

- ежегодный медицинский профосмотр работающих во вредных условиях производства;

- система обучения всех работающих правилами охраны труда, правилам эксплуатации оборудования, последовательности действий при ликвидации аварий;

- ежегодная проверка знания инструкций по соответствующим профессиям в комиссии, определяемой начальником цеха;

- контроль состояния воздушной среды на рабочих местах, контроль эффективности работы приточно-вытяжной вентиляции, аспирационных систем в соответствии с ГОСТ 12.1.055-88 [34], который проводится экологической лабораторией предприятия;

- теплоизоляция оборудования и передающих систем.

Все работы в цехе организуются в соответствии с действующей технологической инструкцией, общегосударственными нормативными документами, такими как:

- правила техники безопасности при эксплуатации сосудов, работающих под давлением;

- правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок;

- правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов;

- правила эксплуатации оборудования, работающего на природном газе;

- санитарные правила по хранению, транспортировке и применению ядохимикатов, пестицидов в сельском хозяйстве.

7.3.1 Электробезопасность

Купоросный цех относится к классу особо опасных помещений [35,36].

Электроэнергию цех получает от понижающих трансформаторных подстанций, преобразующих напряжение 6 кВ в 0,4 кВ для питания силового оборудования и освещения.

Так как купоросный цех является помещением с химически активной средой, то в соответствии с этими условиями электрооборудование выполнено из коррозионностойких материалов, металлические части защищены лакокрасочным и гальваническим покрытием. Провода и кабели исполнены с поливинилхлоридной изоляцией, а провода с резиновой изоляцией и кабели с резиновой и бумажной изоляцией - в свинцовой оболочке.

Конструкция вводных устройств электрооборудования обеспечивает защиту токоведущих частей, изоляции и мест соединений от воздействия химически активных сред.

Электробезопасность в соответствии с ГОСТ 12.1.019-79 [35] обеспечивается: конструкцией электроустановок; техническими способами и средствами защиты; организационными и техническими мероприятиями.

Конструкция электроустановок соответствует условиям их эксплуатации и обеспечивает защиту персонала от соприкосновения с токоведущими и движущимися частями (ограждение токоведущих частей).

Для обеспечения электробезопасности техническим способом применяется защитное заземление, которое устраняет опасность поражения током в случае прикосновения к токоведущим металлическим частям электроустановок, оказавшихся под напряжением; зануление - в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановок, оказавшихся под напряжением вследствие замыкания на корпус.

Также предусмотрены блокировочные устройства, исключающие возможность случайного прикосновения к находящимся под напряжением частям, расположенным в специальных закрытых помещениях.

В производстве предусмотрена световая и звуковая сигнализация в соответствии с ГОСТ 12.2.007.0-75.

7.3.2 Освещенность

В цехе существует естественное боковое освещение, но оно недостаточно, а так как производство непрерывное, то для общего освещения [37] смонтированы лампы накаливания 500 Вт, для местного - 36 V.

Расчет освещенности проведем по коэффициенту использования светового потока для ламп накаливания (для здания отделения грануляции)

F = EzkS / (nu) (7.1)

где F - световой поток одной лампы, лм;

Е - нормированная освещенность, лк;

S - площадь помещения, м²;

z - поправочный коэффициент светильника;

k - коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности при эксплуатации;

n - число светильников;

u - коэффициент использования.

Е = 50 лк [СНиП 23-05-95 для 8 разряда работ], [39].

F = 50^.1,3 ^.1,3^.120 / 4 ^. 0,55 = 4610 лм.

Выбираем газонаполненную лампу мощностью 300 Вт.

7.3.3 Вентиляция

Для обеспечения чистоты воздуха, соответствующего санитарным нормам, предусмотрена общеобменная механическая приточно-вытяжная вентиляция. Для этого применяются вентиляторы [40]. На случай чрезвычайных ситуаций предусмотрена система аварийной вентиляции.

7.3.4 Пожарная безопасность

По пожарной опасности купоросный цех относится к категории “Д” (4)

Средствами пожаротушения являются смонтированная система пожарного водопровода с кранами на отм. +0,0 м; +7,0 м; +12,0 м; +17,0 м 5-ти этажной части главного корпуса, а также огнетушители и резиновые рукава, подключенные к технологическим трубопроводам воды и конденсата.

В здании участка грануляции меди и в здании участка получения никелевых солей пожаровзрывоопасным фактором является природный газ. Средствами пожаротушения служат инструмент и инвентарь, смонтированный на пожарном ящике, а также на участках имеются резиновые рукава, подключенные к технологическим трубопроводам воды и конденсата.

Технологическое оборудование при нормальных режимах работы должно быть пожаробезопасным.

Чистые и использованные обтирочные материалы должны храниться раздельно в металлических мешках с плотно закрывающимися крышками. По окончании работ ящики с использованными обтирочными материалами должны очищаться.

Ко всем сооружениям и зданию цеха должен быть обеспечен свободный доступ. Противопожарные разрывы между зданиями и сооружениями не должны использоваться под складирование материалов, оборудования и т.п.

Проходы, выходы, коридоры, тамбуры, лестницы должны постоянно содержаться в исправности и ничем не загромождаться.

Для цеховой кладовой, специально предназначенной для хранения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, установлены нормы хранения для этих жидкостей.

Во всех помещениях (независимо от их назначения, степени стойкости и т.д.), которые по окончании работ запираются и не контролируются, все хозяйство должно быть полностью обесточено.

Все вновь поступившие в цех рабочие должны быть проинструктированы о мерах пожарной безопасности. Инструктаж должен повторяться ежегодно с последующей записью об этом в личной книжке по технике безопасности.

Каждый служащий или рабочий, обнаруживший пожар или загорание, обязан:

- немедленно сообщить об этом в пожарную часть по телефону;

- сообщить руководству цеха по телефону;

- приступить к тушению очага пожара имеющимися в цехе средствами пожаротушения.

7.3.5 Микроклимат на рабочем месте

Общие сведения о рабочем месте аппаратчика - гидрометаллурга

Категория персонала 4 рабочие;

Форма организации труда бригадная;

Форма организации производства серийная;

Состояние условий труда на рабочем месте рассмотрено в таблице 7.3.

Таблица 7.3 - Фактическое состояние условий труда на рабочем месте

Наименование производственного фактора, ед. измерения.

ПДК, ПДУ допус-тимый уровень

Фактический уровень пр. факт.

Величина откл.

Класс условий труда

10.

11.

12.

Никель сернокислый, мг/м³

Серная кислота, мг/м³

Шум (эквивалентный уровень звука), дБА

Вибрация общая, дБ

Температура воздуха, ⁰С

(теплый период)

Температура воздуха, ⁰С

(холодный период)

Скорость движения воздуха, м/с (холодный период)

Скорость движения воздуха, м/с (теплый период)

Влажность воздуха, %

(холодный период)

Влажность воздуха, %

(теплый период)

Естественное освещение, КЕО, %

Освещенность рабочей поверхности, Е, лк

0,05

1,0

100

16-27

15 - 22

<0,4

<0,5

15 - 75

15-75

>0,6

0,058

0,5

108,55

21,6

20,8

0,09

0,15

1,5

0,8

8,55

3,1

3,2

Оценка условий труда на рабочем месте:

- по степени вредности и опасности - 3,2

- по степени травмобезопасности - 1

Конструкция рабочего места аппаратчика - гидрометаллурга и взаимное расположение всех его элементов (установка, органы управления) соответствуют антропометрическим, физиологическим и психологическим требованиям, а также характеру работы.

Конструкция рабочего места обеспечивает выполнение трудовых операций в пределах зоны деятельности моторного поля. Зоны досягаемости моторного поля в вертикальных и горизонтальных плоскостях для средних размеров тела человека приведены в соответствии с рисунком 7.1

а) в вертикальной плоскости

400 0 400 мм

б) в горизонтальной плоскости

Рисунок 7.1 Зоны досягаемости моторного поля

7.4 Природопользование и охрана окружающей среды

Природопользование и охрана окружающей среды предусматривает соответствие санитарным и гигиеническим нормам условий труда, а также ПДК и ПДУ вредных выбросов [46]. Так, например, состав воды условно-чистого сброса представлен в таблице 7.4.

Таблица 7.4 - Состав воды условно-чистого сброса купоросного цеха

№	Наименование вещества	Допустимая концентрация в мг/л
1	Взвешенные вещества	10,35
2	Минеральный состав	404,1
3	Мышьяк	0,013
4	Теллур	0,0026
5	Селен	0,01
6	Медь	0,4
7	Никель	0,1
8	Цинк	0,018
9	Железо	0,297
10	Хлориды	46,2
11	Сульфаты	60,5
12	Нефтепродукты	0,14
13	Сурьма	0,0053

Таблица 7.5 - Результаты запыленности и загазованности воздуха рабочей зоны (обезмеживание)

			Загрузка	Обезмеживание
Наименование вещества	Класс опасности	ПДК, мг/м³	конценр., мг/м³	выброс, т/год	конценр., мг/м³	выброс, т/год
1. Пыль	1	4,0	13,55	22,7059	2,125	9,4608
2. Свинец	1	0,01	0,015	4,2574	0,075	0,1261
3. Никель	2	0,05	0,018	0,0044	0,018	0,0038
4. Медь	2	1,0	0,135	6,3072	0,0885	0,2838
5. Цинк	3	0,5	0,011	0,3469	0,02	0,1041
6. CO	4	20,0	1,25	0,0039	-	-
7. SO₂	3	10,0	-	-	-	-
8. NO_x	2	5,0	0,0038	0,1135	-	-
9. HCl	2	5,0	-	-	-	-
10. HF	2	0,5	-	-	-	-

По результатам таблицы 7.5 определим категорию опасности купоросного цеха

КОП = (М_i/ ПДК_i)^a (7.2)

где М_i - количество выбрасываемого в атмосферу i-го вредного вещества, т/год;

ПДК_i - предельно допустимая концентрация i-го вредного вещества для селитебной зоны, мг/м³;

a_i - относительный коэффициент опасности, принимается в зависимости от класса опасности вещества;

Результат расчета позволит выбрать из таблицы 7.6, класс опасности, соответствующий данному цеху.

Таблица 7.6 - Класс опасности вещества.

Класс опасности вещества	1	2	3	4
a_i	1,7	1,3	1,0	0,9

КОП = (22,706/4,0)^1,3 + (4,257/0,01)^1,7 + (0,0044/0,05)^1,3 + (6,307/1,0)^1,3 +

+ (0,347/0,5)^1,0 + (0,0039/0,5)^1,0 + (0,1135/5,0)^1,3 = 2,9 ^. 10⁴;

Таким образом, купоросный цех относим к 3 категории опасности предприятия.

7.4.1 Отходы производства

Производство никеля сернокислого организовано в соответствие с общегосударственными нормативными документами системы экологического менеджмента по ГОСТ Р ИСО 14001-98, требования системы к производству и выпускаемому продукту продекларированы в экологической политике предприятия.

На участке подготовки растворов для производства никеля сернокислого образуются медьсодержащие отходы, которые перерабатывают в медеплавильном цехе (МПЦ) и в филиале ОАО «Производство полиметаллов» (ППМ). Из электролизных ванн и баков извлекают шлам, после фильтрации зашламленного раствора на фильтр-прессе получают кек. В процессе обезмеживания получают катоды мышьяковистые и медь мышьяковистую. Отходы медьсодержащие должны соответствовать требованиям СТП 00194429-049-2002 [47].

В производстве никеля сернокислого образуются отходы никельсодержащие в виде солей никельсодержащих некондиционных. Требования к солям никельсодержащим некондиционным приведены в ТУ 1783-143-00194429-2005 [48].

Характеристика отходов производства никеля сернокислого рассмотрена в таблице 7.8.

Таблица 7.8 - Отходы производства никеля сернокислого

Наименование отходов по переделам	Характеристика	Способ транспор-тировки	Место склади-рованни	Где используется
	Коли-чество т/сут.	Содержание в %, не более
		Сu	Ni	As	Н₂О	Sb	Pb
Отходы медьсодержащие
Шлам и кек участка подготовки растворов	0,16-0,5	12	7	8	45	9	0,7	Авто-транспортом	-	ППМ
Катоды мышьяко-вистые	1,33	98	4	8	-	0,5	0,1	Ж/д транспортом	-	МПЦ ППМ
Медь мышьяко-вистая	0,16	70	6	10	30	2	4	Авто-транспортом	-	ППМ
Отходы никельсодержащие
Соли никельсо-держащие некондици-онные	2,5	0,7	20	0,6	60	-	-	Авто-транспортом	-	Реализация

Содержание элементов определяется, но не нормируется.

Контроль соответствия медьсодержащих отходов требованиям СТП 00194429-049-2002 [47] производит управление контроля предприятия.

7.4.2 Промышленные сточные воды

В производстве никеля сернокислого в качестве теплоносителя используется пар. Проходя через теплообменники, змеевики и регистры пар нагревает технологические растворы в аппаратах, баках и конденсируется.

Вторичный (соковый) пар из аппаратов ВВК конденсируют в поверхностных конденсаторах Пк, пароэжекторных блоках ПЭБ и сливают в конденсатный бак К7.

Конденсат от греющих камер также сливают в конденсатные баки. Конденсат из баков используют для растворения кристаллов никеля сернокислого, промывки кристаллов в центрифугах, пропарки оборудования и полов, для охлаждения сальниковых уплотнений насосов Неиспользованный конденсат собирают в конденсатный бак и откачивают на нужды ЦЭМ и на очистку в ГМО ХМЦ.

Неиспользованный конденсат должен соответствовать требованиям СТП 00194429-031-2003 [49]. Нормируемое содержание примесей приведено в таблице 7.9.

Таблица 7.9 - Раствор промышленный - конденсат КЦ (никелевое отделение)

Наименование	Количество м³/сут	Нормируемое содержание вредных примесей, мг/дм³, не более	Место сброса
		Сu	Ni	As	H₂SO₄
Раствор промышленный -конденсат КЦ	До 300	60	500	1,0	500	ГМО ХМЦ

Для контроля содержания примесей в промрастворах отбирают среднесуточную пробу. Контроль за соблюдением требований промышленной безопасности в отношении промышленных стоков (промрастворов) осуществляет экологическая лаборатория в соответствие с СТП 00194422-006-2002 «Управление охраной труда, производственный контроль соблюдения требований промышленной безопасности и санитарных правил ОАО «Уралэлектромедь».

7.4.3 Выбросы в атмосферу

В местах возможных пыле- и газовыделений от технологического оборудования (над электролизными ваннами, над фильтр-прессами, из сушильных барабанов, от узла затаривания готового продукта и пр.) установлены системы вытяжной вентиляции: естественные вытяжные шахты и воздуховоды, принудительные вытяжные системы.

Отсасываемые газы удаляют из рабочей зоны в атмосферу через крышу здания купоросного цеха.

Запыленный воздух из сушильного барабана и узла затаривания отсасывается вентилятором на установку пылеулавливания. Очищенный воздух выбрасывается в атмосферу, а раствор из циркуляционного бака скруббера по мере накопления никеля сернокислого направляют в технологический процесс.

Состав выбросов (данные управления охраны окружающей среды из «Проекта нормативов ПДВ для ОАО «Уралэлектромедь»») представлен в таблице 7.10.

Таблица 7.10 - Выбросы вредных веществ в атмосферу

Наименование источника выброса	Количество отходящих газов, нм³/ч	Количество вредных примесей, г/сек	Место отбора пробы
		H₂SO₄	CuSO₄	NiSO₄	H₃As	Pb
Узел подготовки и электролизные ванны (I стадия обезмеживания)В26	15000	0,025	0,0025	0,005	0,0015	0,001	На крыше
II стадия обезмеживания В18, 18а	36000	0,07	0,003	0,0035	0,0015	0,002	На крыше
Баковая аппаратура на отм -3,60 м В13	9500	0,007	0,0025	0,002	0,0004	0,0002	На крыше
Агитаторы Аг 5 (6,7,8), фильтр-пресс 5 (6)	2800	0,0025	-	0,0013	-	-	На крыше
Технологическое оборудование отм.±0,00	8000	0,046	0,009	0,004	-	-	На крыше
Технологическое оборудование отм. +7,00	8000	0,15	0,015	0,005	-	-	На крыше
Технологическое оборудование АгЗ, Аг4, Цф 6(7, 8), И 5-1(2)	15000	0,0002	-	0,0004	-	-	На крыше
Сушильный барабан Сб4	2634	-	-	-	0,002	-	Газоход скруббера

Контроль за соблюдением требований промышленной безопасности в отношении воздуха рабочих мест и атмосферного воздуха осуществляет управление охраны окружающей среды в соответствие с СТП 00194422-006-2002 «Управление охраной труда, производственный контроль соблюдения требований промышленной безопасности и санитарных правил ОАО «Уралэлектромедь» [31].

Завод всячески старается использовать по максимуму отходы, образующиеся в ходе процесса, получая при этом новый продукт и, не наносить вред окружающей среде.

7.5 Чрезвычайные ситуации

При всех чрезвычайных ситуациях необходимо немедленно докладывать мастеру и действовать в соответствии с планом ликвидации аварии.

К аварийной ситуации следует относить снижение давления пара ниже 1,5 кгс/см²и при резком повышение давления пара более 2,5 кгс/см² .

В случае попадания горячего кислотного раствора промыть пораженное место водой в течение 10 - 15 минут и 5%-ным раствором бикарбоната натрия, наложить марлевую повязку, пропитанную смесью раствора растительного масла с известковой водой. При попадании раствора в рот или глаза прополоскать рот и промыть глаза 3%-ным раствором бикарбоната натрия. После оказания первой помощи обратиться в здравпункт.

При поражении электрическим током необходимо освободить пострадавшего от действия тока, вызвать врача и до его прихода, если у пострадавшего отсутствует дыхание, сразу же приступить к искусственному дыханию, при отсутствии у пострадавшего пульса проводить одновременно массаж сердца и искусственное дыхание.

При отравлении организовать пострадавшему подачу кислорода при заметном ослаблении дыхания произвести искусственное дыхание. При пищевом отравлении дать большое количество теплой воды, вызвать рвоту, дать пострадавшему большое количество молока.

При порезах, ушибах, травмах с одновременным воздействием кислоты или щелочи промыть рану большим количеством воды и убедиться в том, что в ране нет посторонних предметов, смазать края раны раствором перманганата калия и перевязать. При сильном кровотечении наложить тугую повязку или жгут выше раны.

При авариях с получением травм немедленно вызвать скорую медицинскую помощь.

Теперь, в результате замены на стадии гранулирования меди серы на кремний, купоросный цех стал относиться к 3 категории опасности предприятий, то есть гораздо менее опасной, чем прежде. Это изменение технологии позволило при минимальных экономических затратах получить ощутимый экологический эффект. Для сохранения благополучной ситуации купоросному цеху необходимо регулировать выбросы при неблагоприятных метеорологических условиях и контролировать соблюдение нормативов ПДВ на источниках выбросов.

Выводы к разделу 7

Купоросный цех основан на переработке отработанного электролита цеха электролиза меди и медных гранул, медеплавильного цеха, то есть источниками исходного сырья являются отходы, данных цехов. Сырьем для получения никеля сернокислого является маточный раствор медного отделения, который является негодным в производстве медного купороса. Внедрение технологии получения карбоната никеля в производство никеля сернокислого, предлагаемого в дипломном проекте, позволят повторно использовать отходы никелевого отделения, что в свою очередь приводит к созданию малоотходного производства и увеличению выхода готового продукта.

Создание малоотходных и безотходных производств благоприятно сказывается на окружающую среду, так как количество отходов резко сокращается или отсутствует.

На ОАО “Уралэлектромедь” на протяжении нескольких десятков лет ведётся целенаправленная работа по снижению вредного воздействия на окружающую среду [50].

Главными направлениями природоохранной деятельности ОАО являются:

- организация производства в соответствии с требованиями Российского природоохранного законодательства;

- оптимизация технологических процессов с целью сокращения потребления природных ресурсов;

- создание экологически чистых технологий и оборудования;

- строительство новых и модернизация существующих водо- и пылегазоочистных установок.

Непосредственно вопросами экологии занимается Управление охраны окружающей среды, созданное в августе 2003 года на базе слияния экологических служб ОАО “Уралэлектромедь”.

Основными задачами Управлениями охраны окружающей среды являются:

- организация, методическое руководство и координация деятельности подразделений ОАО по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов;

- разработка текущих и долгосрочных экологических программ;

- организация экоаналитического контроля за уровнем загрязнения окружающей среды и санитарно-гигиеническими условиями труда в соответствии с современными требованиями;

- повышение уровня экологической репутации предприятия.

Благодаря последовательно проводимой экологической политике ОАО “Уралэлектромедь” удалось существенно снизить вредное воздействие производства на окружающую среду.

Строительство двух систем оборотного водоснабжения, отделения водоподготовки и очистки промстоков, полная реконструкция одного из наиболее водоёмких цехов - купоросного, позволили ОАО “Уралэлектромедь” в 1996 году перейти на бессточную систему водопользования, сократить водоотведение в 9,4 раза и свести до минимума загрязнение реки Пышмы [50].

ОАО “Уралэлектромедь” - это предприятие, которое постоянно развивается, ориентируясь на условия мирового рынка. Данное предприятие уделяет большое внимание безопасности и экологичности технологического процесса получения никеля сернокислого, соблюдает правила техники безопасности, проявляет заботу о своих служащих, создавая благоприятные условия на рабочем месте и в зоне отдыха, оказывает оздоровительные мероприятия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог работы над дипломным проектом, необходимо отметить, что производство никеля сернокислого сопровождается постоянно действующей системой развития и совершенствования технологического процесса. В связи с этим, проводятся мероприятия, программы, опытные работы и внедрение нового оборудования и технологии, а именно, разработка и внедрение технологии получения карбоната никеля; ресурсосберегающие технологии; повышение качества и конкурентоспособности на российском и мировом уровне выпускаемой продукции.

Внедрение технологии получения карбоната никеля в производство никеля сернокислого позволяет увеличить выпуск готового продукта, снизить содержание примесей в нём.

В ходе рассмотрения экономического вопроса производства и сбыта никеля сернокислого, можно сказать, что деятельность купоросного цеха является прибыльной: себестоимость 1 тонны сернокислого никеля снизилась на 8330,16 руб., вследствие этого завод получил бы прибыль в размере 26523,84 тыс. руб. Немаловажен и тот факт, что технологический процесс является замкнутым, это в свою очередь положительно отражается на экологии - позволяет не использовать чистую воду из вне, уменьшить количество отходов, сокращает стоимость готовой продукции и не ухудшает качества самого никеля сернокислого на выходе из технологического процесса.

В дипломном проекте рассмотрены различные способы получения никеля сернокислого, приведено описание действующей технологии производства, рассчитаны материальный и тепловой балансы, дана технико-экономическая оценка проекта, а также рассмотрены вопросы безопасности и экологичности процесса получения медного купороса.

Список используемых источников

1 Позин М.Е. Технология минеральных солей. ч. I. Л.: Химия, 1970. 793 с.

2 Никитина Л.Н, Шубин Н.П. ”Уралэлектромедь”: Страницы истории. Екатеринбург: Среднеуральское кн. изд-во, 1997. 304 c.

3 Центральный научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований цветной металлургии. Сборник работ опытного цеха Уфалейского никелевого завода. М.: 1965.

4 Центральный научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований цветной металлургии. Гидрометаллургия меди и никеля (зарубежный опыт). М.: 1976

5 В. И. Смирнов, А. А. Цейдлер, И. Ф. Худяков, А. И. Тихонов. Металлургия меди, никеля и кобальта. Ч I. Металлургия меди. М., «Металлургия», 1964. 463 с.

6 ТИ 00194429-0400-06-2003 Периодичность и методы контроля химического состава маточного раствора медного отделения

7 ТИ 00194429-0400-15-2006 Технологическая инструеция производства никеля сернокислого

8 ТИ 00194429-0400-08-2005 Технологическая инструкция производства карбоната никеля

9 ИЭ 0400-11-01 Инструкция по эксплуатации и обслуживанию установки очистки газа

10 ГОСТ 4465-74 Никель сернокислый 7-водный «ч»

11 ТУ 2622-368-105-98 Никель сернокислый 6-водный «ч»

12 Борисов Г.С, Брыков В.П, Дытнерский Ю.И. и др. Под ред. Дытнерского Ю.И., 2-е изд., перераб. и дополн. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. М.: Химия, 1991. 496 с

13 ПЗ 76-89.000 Установки выпарные вакуум-кристаллизационные для получения медного и никелевого купороса Центр НТТМ «Наука». 1989.

14 Павлов К.Ф., Романков П.Г. и др. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1987. 576 с.

15 Вассерман И.М. Производство минеральных солей 2-е изд. перераб. и доп. Государственное научно-техническое издательство имической литературы. Л.: 1962

16 Служебная записка 9100-4/41 от 14.03.2005 Баланс распределения меди, никеля и примесей на основных операциях в купоросном цехе ОАО «Уралэлектромедь».

17 Справочник химика. том 1, 3 под ред. Б. П. Никольского. Госхимиздат.: 1992

18 Химическая энциклопедия в 5-ти томах под ред. И.Л. Кнунянц, Научное издательство «Большая российская энциклопедия». М.: 1992

19 ТУ 5743-006-05346453-93 Мел сепарированный

20 ГОСТ 2184-77 Кислота серная техническая

21 ГОСТ 5100-85 Сода кальцинированная техническая

22 Акт 6400-4/208 от 22.11.2002г. О проведении промышленных испытаний технологии получения и выщелачивания карбоната никеля в купоросном цехе ОАО «Уралэлектромедь».

23. Общая химия: Учеб. для технических направ. и спец. вузов / Н.В. Коровин. - 3-е изд., испр. - М.: Высш. шк , 2002. - 558 с.

24 А.Г.Касаткин. Основные процесы и аппараты химической технологии. М.: Альянс, 2005, 751 с.

25 Сергеев И.В. Экономика предприятия. Учебное пособие. М.: Финансы и статистика, 1997. 304 с.

26 Экономика и организация промышленного производства. Учебное пособие / Под ред. Демичева А.И. М.: Мысль, 1984. 351 с.

27 Экономический анализ хозяйственной деятельности предприятия. Учебное пособие / Дружинин А.И., Рыжкова В.В и др. Под ред. Дунаева О.Н, Екатеринбург: УГТУ, 1998. 87 с.

28 Ничипоренко О.С., Помосов А.В., Набойченко С.С. Порошки меди и ее сплав. М., Металлургия, 1988. 134 с.

29 Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Изд. 7-е, пер. и доп. В трёх томах, том III. Неорганические элементоорганические соединения. Под ред. Н.В. Лазарева и И.Д. Гадаскиной. Л., «Химия», 1977.

30 Вредные химические вещества. Справочник. Изд. 3-е пер. и доп. В трёх томах, том II. Неорганические соединения. Под ред. В.А. Филатова и др. Л., «Химия», 1989.

31 СТП 00194422-006-2002. Управление охраной труда, производственный контроль соблюдения требований промышленной безопасности и санитарных правил ОАО ”Уралэлектромедь”.

32 ГОСТ 12.4.011-89. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация. М.: Изд-во стандартов, 1989.

33 ГОСТ 12.2.007.0-75. Система стандартов безопасности труда. Изделия электрические. Общие требования безопасности.

34 ГОСТ 12.1.055-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

35 ГОСТ 12.1.019-79. Электробезопасность. Общие требования.

36 ГОСТ 12.2.007.9-93. Безопасность электрического оборудования. Ч.1. Общие требования. М.: Изд-во стандартов, 1989.

37 СаНПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещенному освещению общественных и жилых зданий.

38 МУ 2.2.4.706-98. Оценка освещенности рабочих мест. Методические указания.

39 СНиП 23.05-95. Санитарные нормы и правила РФ. Естественное и искусственное освещение.

40 СаНПиН 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

41 НПБ 105-03. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. МЧС России, 2003.

42 ГОСТ 12.1.004-85. Пожарная безопасность. Общие требования. М.: Изд-во стандартов, 1985.

43 СаНПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования и микроклимату производственных помещений.

44 СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых и общественных зданий и территории жилой застройки.

45 СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий.

46 ГН 2.2.5.1313-03. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

47 СТП 00194429-049-2002. Характеристика отходов производства Характеристика отходов производства медного купороса.

48 ТУ 1783-143-00194429-2005. Требования к солям никельсодержащим некондиционным.

49 СТП 00194429-031-2002. Раствор промышленный - конденсат купоросного цеха. Стандарт предприятия. ОАО “Уралэлектромедь”. Разработан техническим отделом инженерно-производственного отдела

50 www.uralelektromed.ru

51 Общероссийский классификатор продукции ОК 005-93 том 1. -М.: Госстандарт России, 1995

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица - Спецификация оборудования аппаратурно-технологической схемы производства никеля сернокислого

Позиция	Наименование оборудования	Количество, ед.
Ц2,ЦЗ,Ц4,Ц5	Бак циркуляционный	4
Фп 5, Фп 6, Фп 7, Фп 8, Фп 10	Фильтр-пресс	4
И 6	Бак сбора исходных растворов для I стадии	1
Р 5	Бак для сбора осветленного раствора	1
Ф 1	Бак для сбора обезмеженных растворов	1
1 стадия	II серия	Ванна электролизная обезмеживания растворов	6
	III серия		6
	IV серия		7
2 стадия	V серия		8
Ванны	Ванна подготовки растворов	6
И 3, И 4.1, И 4.2, И 5.1, И 5.2	Бак исходных растворов	5
Нб4-1,Нб4-2, Н64-3, Кб 4, Кб 5 (кислотный)	Бак напорный	5
ВВК4-1,ВВК4-2,ВВК4-3	Выпарной вакуум-кристаллизатор	3
Аг3, Аг4	Агитатор для растворения чернового никелевого купороса	2
Аг5,Аг6,Аг7,Аг8	Агитатор для очистки никелевых растворов	4
Пв 7	Бак промводы после промывки кека (отходов никельсодержащих)	1
М 5, М 6	Бак растворов маточных	2
О 6,О 7	Бак - отстойник	2
Цф 6,Цф 7,Цф 8	Центрифуга	3
Сб 4	Сушильный барабан	1
Р 6	Бак - накопитель	1
Пв 6	Бак промводы	1
Ск	Бак приемный серной кислоты	1
Вч	Бак вакуумной чистки	1
Кб 1, Кб 2, Кб 3, Кб 6, Кб 7, Кб 8, К 11	Баки и реакторы, используемые на участке получения карбоната никеля	7
426,427,433,436,440,443,451,474,475	Насос	46
10,14,32,39,49,50,90,93,94,95,96,115
116,146,147,148,151,158,160,161
162,169,447,448,400,401,402,403,404
405,418,419,421,422,423,424,425