автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Совершенствование технологии аммиачно-карбонатного выщелачивания завода имени Рене Рамос Латоур в г. Никаро (Республика Куба)

РГо 0А

- в 'ПОП

На правах рукописи

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ; АММИАЧНО-КАРБОНАТНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗАВОДА имени РЕНЕ РАМОС ЛАТОУР в г. НИКАРО (РЕСПУБЛИКА КУБА)

Специальность 05.16.03 - Металлургия цветных и редких металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С анкт-П етер бург 1996

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете) имени Г.В.Плеханова

Научный руководитель -Официальные оппоненты:

Ведущая организация •

доктор технических наук, профессор И.Н.Белоглазов

доктор технических наук, профессор Н.Н.Смирнов

кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.В.Беликов

АООТ "Институт Гипро-никель"

Защита диссертации состоится " '' " июля 1996 г. в Х^Г"^" на заседании диссертационного Совета Д.063.15.09 в Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В.Плеханова по адресу: 199026, Санкт-Петербург, В.О., 21 линия, дом 2, ауд. 6309.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петебургского государственного горного института (технического университета)

Автореферат разослан " 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д. 063.15.09, к.тА

К. Орлов

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Завод Р. Р. Латоур в г. Никаро перерабатывает смесь лимонитовой и серпентиновой руды в отношении 3:1. Общее извлечение никеля и кобальта из руды по технологической схеме завода достигает соответственно 75-78% и 1520%.

Анализ показателей завода им. Рене Рамос Латоур в городе Никаро показал, что действующая технология имеет следующие недостатки: имеет место относительно низкий уровень комплексного использования минерального сырья; недостаточно высока степень восстановления оксидов никеля и кобальта при действующих условиях восстановления смеси лимонитовой и серпентинитовой руд; имеет место загрязнение окружающей среды пылью из сушильных и восстановительных цехов; имеет место относительно низкое извлечение никеля и кобальта при аммиач-но-карбонатном выщелачивании независимо от условий восстановления, которое определяется несовершенством конструкции работающих турбоаэраторов, недостаточно высокой степенью аэрации пульпы, низкой растворимостью двухвалентного кобальта в аммиачно-карбонатном растворе проектного состава, повышенным соосаждением кобальта с оксидами и гидрооксидами железа, осаждающимися на первой стадии выщелачивания. Следует также отметить, что аппаратура передела выщелачивания физически и морально устарела.

Из сказанного выше следует актуальный характер проведения исследований, направленных на дальнейшее совершенствование технологии и конструктивного оформления процесса аммично-карбоантного выщелачивания окисленных никелевых руд.

Выполненная диссертация работа является составной частью комплексных исследований проводимых Высшим

горно-металлургическим институтом (г.Моа, Куба), по теме усовершенствования технологии аммиачно-карбонатного выщелачивания окисленных никелевых руд Республики Куба, в которой также принимает участие завод Р. Р. Латоур в г. Никаро, завод имени Эрнесто Че Гевара и Центр исследований латеритовых руд в г. Moa, а также договора о взаимном сотрудничестве между Высшим горнометаллургическим институтом (г.Моа, Куба), "Объединением никель" (г.Моа, Куба) и Санкт-Петербургским государственным горным институтом (техническим университетом) (г. Санкт-Петербург, Россия).

Задачи исследования. Основными задачами исследования являлось дальнейшее совершенствование конструкции реакторов, применяемых для аммиачно-карбонатного выщелачивания окисленных никелевых руд, а также методов математического описания основных закономерностей этого процесса.

Для решения поставленных задач необходимо:

• создать и опробывать модель турбоаэратора с целью получения информации для совершенствования конструкции промышленного аппарата;

• исследовать влияние конструкций мешалок, режима перемешивания и конструкции аппарата на время перемешивания потока в объеме реактора;

• исследовать влияние конструкций мешалок, режимов перемешивания на закономерности распределения времени пребывания элементов потока в реакторе;

• разработать зависимости для описания закономерностей времени пребывания элементов потока в исследуемом реакторе со сложной структурой потока с учетом явления запаздывания частиц при прохождении каскада промышленных аппаратов

• разработать систему уравнений для расчета параметров работы реактора, применяемого для проведения процес-

сов растворения и выщелачивания при использовании симплексно-интервального метода; • провести оценку эффективности работы реакторов, применяемых для проведения процесса аммиачно-карбонатного выщелачивания.

Методы исследования. Принятые в работе научные положения базируются на современных представлениях о закономерностях процессов, протекающих в гидрометаллургических аппаратах непрерывного действия. При выводе основных зависимостей применены положения теории математического и физического моделирования, а также системного анализа процессов. Правильность полученных выводов и уравнений проверена сопоставлением теоретических результатов с данными укрупненно-лабораторного эксперимента и показателями работы действующих промышленных реакторов выщелачивания. Для проведения анализа и расчета параметров работы оборудования использовались цифровые вычислительные машины.

Научная новизна работы.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований в работе были получены следующие результаты:

• предложены модели для определения величины предельного времени перемешивания элементов в объеме реактора и описания закономерностей процессов перемешивания и времени пребывания элементов потока в реакторе со сложной структурой потока в отстутствии и при наличии запаздывания при прохождении потоком каскада промышленных аппаратов, применяемых для проведения аммиачно-карбоантного выщелачивания окисленной никелевой руды;

• аналитическим путем получены симплексно-крите-риальные уравнения, описывающие закономерности проведения процесса выщелачивания осуществляемого в аппаратах непрерывного действия, позволяющие существенным

образом сократить и упростить процедуру расчетов параметров и констант, входящих в эти зависимости;

• предложены зависимости и произведена оценка эффективности работы реактора выщелачивания, а также даны рекомендации по совершенствованию конструктивных элементов турбоаэраторов.

Практическая значимость работы. На основании проведенных исследований были сделаны следующие практические рекомендации:

• предложено оптимальное конструктивное оформление узла перемешивания и диспергирования воздуха для реактора выщелачивания, которые рекомендованы для реализации на заводе Рене Рамос Латоур в г. Никаро;

• разработаны симплексно-критериальные зависимости позволяющие упростить и ускорить процедуру расчета параметров и констант, входящих в зависимости, описывающие закономерности процесса аммиачно-карбонат-ного выщелачивания.

Положения, выносимые на защиту.

• Совершенствование технологических параметров и аппаратурного оформления исследуемых процессов на основании использования закономерностей перемешивания и времени пребывания элементов потока в реакторах, применяемых для проведения аммиачно-карбонатного выщелачивания окисленных никелевых руд;

• Аналитическая модель расчета конструктивных и технологических параметров процесса аммиачно-карбонатного выщалачивания окисленных никелевых руд

Апробация и публикации. По теме диссертации опубликовано 26 печатных работ.

Результаты работы докладывались на 12 российских и международных конференциях: Юбилейной конференции, посвященной 60-летию становления отечественной

никелевой промышленности "Уфалей - родина российского никеля" Челябинск, 1993; Санкт-Петербургской международной конференции "Региональная информатика" РИ-93, 11-14 мая, 1993, Санкт-Петербург; Международной конференции "Новые направления в минеральных процессах" Университет Лауренции, Онтарио, Канада, 6-8 июня, 1994; Европейском международном конгрессе "Инженерная химия и биотехнология" АХЕМА-94, Франкфурт на Майне, Германия, 5-11 нюня, 1994; Международном форуме информатизации, Москва, 25-28 ноября, 1993; 1-ом Международном симпозиуме "Проблемы комплексного использования руд", СПГГИ ТУ, Санкт-Петербург, 14-20 мая, 1994 г.; Международном симпозиуме "Топливноэнергетические ресурсы России и других стран СНГ" СПГГИ ТУ, Санкт-Петербург 24-26 апреля 1995; 1-ой Международной конференции "Экология и развитие Северо-Запада", Санкт-Петербург, 4-6 октября, 1995; Международном форуме информатизации. Всемирный конгресс 1РТ8-95.; Межународ-ном семинаре "Горно-металургическая промышленность Республики Кубы (проблемы, технологии и инвестиции)", 27 марта- 2 апреля 1996 г.; Конференции "Полезные ископаемые России и их освоение.", СПГГИ ТУ, Санкт-Петербург, 24-25 апреля 1996; 2-ом Международном симпозиуме "Проблемы комплексного использования руд", СПГГИ ТУ, Санкт-Петербург, 19-24 мая, 1996 г.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, вводной части, пяти глав, заключения, списка литературы из 150 наименований. Диссертация изложена на 260 страницах машинописного текста, иллюстрирована 120 рисунками.

Основное содержание работы.

Совершенствование технологических параметров и аппаратурного оформления исследуемых процессов на основании использования закономерностей перемешивания и времени пребывания элементов потока в реакторах, применяемых для проведения аммиачно-карбонатного выщалачивання окисленных никелевых руд:

Основными направлениями развития никель-кобальтовой промышленности Республики Куба предусматривается ввод в строй новых производственных мощностей, дальнейшее совершенствование существующих технологий и модернизация оборудования. Для решения поставленной задачи необходимо решить ряд проблемя. связанных с переработкой окисленных никелевых руд, а также провести комплекс исследований, направленных на изучение кинетических, гидродинамических и конструктивных особенностей реализации одного из основных процессов переработки окисленных никелевых руд - процесса их выщелачивания.

Проведенный анализ существующих технологий, а также литературных данных по аммиачно-карбонатному выщелачиванию окисленных никелевых руд позволил сделать заключение по оценке влияния параметров восстановительного обжига на показатели процесса выщелачивания огарка, а также влияния различных факторов на закономерности протекания процесса аммиачно-карбонатного выщелачивания: температуры, крупноости руды, аэрации пульпы, особенностей процесса растворения железа в амми-ачно-карбонатных средах, закономерностей формирования окисидов и гидрооксидов железа, растворимости аммиачных комплексов цветных металлов, показателей процесса промывки и особенностей аппаратурного оформления процесса аммиачно-карбонатного выщелачивания. Показано, что одним из важнейших факторов, существенно

влияющих на эффективность процесса выщелачивания является степень аэрации пульпы.

В промышленном масштабе поддержание высокого извлечения цветных металлов может достигаться за счет подбора оптимальных значений таких параметров, как время пребывания материала в реакционных емкостях, выбора оптимальных аэрационных характеристик перемешивающих устройств и удельного расхода воздуха.

В работе исследовано влияние условий распределения воздуха на скорость процесса массообмена и коэффициента использования кислорода воздуха. При проведении эксперимента осуществлялся выбор гидродинамического режима с учетом основных положений теории подобия для соблюдения соответствия между условиями проведения процесса на модельной и промышленной установках. Для реализации данного перехода использовалось критериальное уравнение по которому рассчитывались значения критерия Шервуда, обеспечивающие условия подобия в процессе массообмена. Лабораторный реактор, моделировавший конструкцию промышленного аппарата, имел диаметр 314 мм и общий объем 31,3 дм3. Коэффициент геометрического подобия при переходе от промышленного аппарата к модельной установке был равен К1= 13,105.

В проведенном экспериментальном исследовании оценивалось воздействие различных конструктивных факторов, влияющих на скорость процесса выщелачивания. Для объективной оценки интенсивности перемешивания потока мешалкой и газообразным реагентом было использовано сульфитное число (ЬСя) которое числено равно количеству образовавшихся окисленных молей сульфита натрия в одном литре раствора (при давлении Ро=1атм) в течение 1 часа. Определение величины сульфитного числа при выполнении экспериментальных исследований осуществлялось при использовании стандартной методики. По результатам опытов проводилось сравнение полученного значения сульфидного числа (Кл) и коэффициента использования кисло-

рода воздуха (Кк), который зависит от удельного расхода воздуха (яв), подаваемого в реактор. Использование прозрачных стенок в аппарате позволяло контролировать размер пузырьков в зависимости от конструкции мешалки и режима перемешивания потока. В результате проведенного исследования было установлено, что применение распределителя воздуха с двумя насадками уменьшает размер пузырьков вдвое и, кроме того, достигается более однородное распределение пузырьков по всему объему реактора. Было установлено, что имеет место линейная зависимость между концентрацией сульфита натрия и временем реакции, что свидетельствует о том, что скорость реакции не зависит от концентрации сульфита натрия и общая скорость процесса лимитируется скоростью диффузионного этапа. Коэффициент использования кислорода воздуха уменьшается с повышением величины удельного расхода воздуха, что объясняется следующим образом: при небольших удельных расходах воздуха распределитель воздуха и система перемешивания способствуют достижению высокой степени дисперсности потока воздуха в объеме, увеличению времени пребывания кислорода воздуха в системе и повышению степени его использования. С повышением величины удельного расхода воздуха увеличивается объем пузырьков, но уменьшается время их пребывания в аппарате. Это происходит в связи с тем, что распределитель воздуха и система перемешивания не обеспечивают диспергирования всего потока воздуха, вследствие чего время пребывания кислорода воздуха в растворе уменьшается. Таким образом в определенных пределах использование двойного распределителя воздуха дает возможность получать более высокие значения сульфитного числа Кя и коэффициента использования кислорода воздуха.

Для определения величины времени перемешивания элементов потока жидкости в аппарате в зависимости от гидродинамических условий, бьша использована специальная экспериментальная установка, которая включала аппа-

рат с мешалкой (с изменяемой скоростью вращения) и кон-дуктометрический датчик, подключенный к кондуктометру. В аппарат импульсно вводился индикаторо в качестве которого использовались сульфаты цветных металлов, окрашивающие объем жидкости в реакторе, что облегчало визуальное наблюдение за особенностями перемешивания потока в аппарате. После импульсного ввода индикатора через определенные интервалы времени измерялась величина электропроводности раствора с помощью кондуктометрического датчика.

При проведении экспериментов в периодическом режиме исследовалось влияние конструкций 13 различных мешалок (1- турбинная закрытая мешалка с двенадцатью лопатками; 2 - турбинная тарельчатая мешалка; 3 - турбинная открытая мешалка с загнутыми лопатками; 4 - турбинная мешалка с прямыми лопатками; 5 -турбинная мешалка с загнутыми лопатками с усилением; 6 - турбинная мешалка с прямыми наклонными лопатками, установленными под углом в 45°; 7 - турбинная открытая мешалка с наклонными лопатками; 8 - турбинная закрытая мешалка с шестью лопатками; 9 - турбинная мешалка с короткими лопатками; 10 - пропеллерная мешалка с тремя прямоугольными лопатками; 10 -а - перемешивающее устройство с двумя двойными пропеллерными мешалками с тремя прямоугольными лопатками (собирается из двух мешалок типа 10); II - турбинная мешалка с прямыми лопатками, укрепленными на диске; 12 - турбинная мешалка с прямоугольными наклонными лопатками), для каждой из которых изменялось частота вращения в пределах от 150 до 300 об/мин.

Экспериментальные данные для случая отсутствия подачи воздуха в исследуемом реакторе и для случая подачи воздуха в реактор изображались в виде графиков зависимости относительной величины электропроводности раствора от времени опыта (C(t)). Полученные экспериментальные кривые были использованы для расчета величины

среднего времени перемешивания, для определения которого использовались вероятностные характеристики кривых -первый момент распределения (для расчета величины среднего времени перемешивания) и второй момент распределения (для расчета величины дисперсии).

Результаты расчетов, проведенные по экспериментальным данным, полученным для случаев отсутствия подачи и с подачей воздуха в реактор при разных скоростях вращения мешалок, позволили сделать заключение о том, что наиболее эффективным является применение мешалок 5, 7, 9 и 10-а (без подачи воздуха) и мешалок 3, 5, 8 и 9 (с подачей воздуха). Таким образом, подача воздуха в реактор существенным образом изменяет режим перемешивания жидкости в объеме аппарата и в значительной степени влияет на величину среднего времени перемешивания.

В результате проведенных исследований по определению характера изменения концентрации вещества в потоке экспериментально был установлен вид функции распределения времени пребывания частиц в исследуемом аппарате.

Значения среднего времени пребывания частиц в реакторе определялись экспериментально по виду сигнала, проходящего через аппарат. В качестве сигнала использовали различные индикаторы (например, растворы солей), которые импульсно или ступенчато вводились в аппарат с последующей регистрацией кривых отклика системы на выходе из реактора. По изменению концентрации индикатора в аппарате в течении времени строились кривые отклика системы, т.е. определялся вид функции распределения времени пребывания индикатора в системе, которая однозначно определяет распределение времени пребывания частиц индикатора в рабочем объеме аппарата.

Для определения величины среднего времени пребывания элементов потока жидкости в аппарате в зависи-

мости от гидродинамических условий, была использована специальная экспериментальная установка.

Результаты опытов для случая отсутствия подачи воздуха в исследуемом реакторе и для случая подачи воздуха в реактор были представлены в виде графиков зависимости дифференциальных C(t) и интегральных F(t) и f(t) функций распределения от времени пребывания элементов потока в исследуемом реакторе для 13 различных типов конструкций мешалок и режимов перемешивания. Полученные экспериментальные кривые обрабатывались по стандартной методике. По виду кривых функций распределения определялась структура модели потока в аппарате с использованием ЭВМ.

Сопоставление экспериментальной и аналитических кривых функций распределения осуществляется в результате представления экспериментальных данных в специальной системе координат. Для случая перемешивания без подачи воздуха на начальном участке кривые распределения хорошо описываются моделью аппарата идеального вытеснения F(t) = t, а затем большее влияние начинает оказывать зона с идеальным перемешиванием потока, на что указывает хорошее спрямление экспериментальных данных при их представлении в системе координат ln{X(t)} = f(t). С другой стороны при подаче воздуха в реактор имеет место увеличение интенсивности режима перемешивания потока и он начинает соответствовать режиму идеального перемешивания.

Для оценки режима диспергирования газа в жидкости осуществлялось фотографирование пузырьков газа через прозрачную стенку реактора. Из полученных фотографий следует, что наилучшие условия перемешивания достигаются в реакторе оборудованном мешалками типа 3, 5 и 10а (с подачей воздуха).

Результаты расчетов показывают, что наиболее эффективным является применение мешалок 3, 10 и 12 (без подачи воздуха) и мешалок 3, 8 и 10-а (с подачей воздуха). Таким образом, и для непрерывного процесса подача возду-

ха в реактор существенным образом изменяет режим перемешивания жидкости в объеме аппарата и в значительной степени влияет на величину среднего времени перемешивания и показатели процесса выщелачивания.

Аналитическая модель расчета конструктивных и технологических параметров процесса аммначно-карбонатного выщалачивания окисленных никелевых руд

При описании особенностей протекания процессов растворения и выщелачивания широко используются статистические уравнения (например, уравнения химической кинетики, уравнения функций распределения времени пребывания частиц в аппарате, уравнения распределения частиц по крупности и т.д.). Значения констант и параметров, входящих в эти уравнения, определяются различными методами, причем наибольший практический интерес представляют методы, позволяющие определять значения параметров уравнений при использовании ограниченного числа экспериментальных точек (например, по двум или трем значениям Х|, отвечающим двум или трем значениям у^ , при условии, что у1 = £ (щ)). При применении интервально-симплексного метода для рассматриваемого интервала Ах = = х,+1- Х| определяется вид функциональной зависимости Ах, Бх, Ха ,Хз и др. от у I и у 1+1, где Ах - величина интервала, на котором производится расчет параметров уравнения; X* и)^ - соответственно, среднеарифметическое и среднегеометрическое значение XI и х»+1 ; Б* - симплекс подобия. В том случае, когда исследуемая функция у^ ) не может быть представлена в виде Х|={(у1), критериальное уравнение выводится при использовании следующих интервальных характеристик: Ау , Бу , У», У8 и др. Важно отметить, что величина Ду= У1+1- yi числено равна коэффициенту эффективности химико-металлургического процесса и по сути дела является движущей силой процесса, поэтому приведенные выше интервальные характеристики имеют универсаль-

ный характер и являются важными показателями гидрометаллургического процесса. С помощью этих показателей можно дать объективную оценку эффективности протекания гидрометаллургического процесса как на микро-, так и на макроуровне (в тех случаях, когда процесс описывается как дифференциальными, так и интегральными зависимостями).

Возможность использования описанного выше метода для преобразования уравнений, описывающих закономерности процессов растворения и выщелачивания иллюстрируется примерами, приведенными ниже.

Помимо величины среднего времени перемешивания, рассчитываемой по экспериментальным данным, для практических расчетов требуется определение значений предельного времени перемешивания, методика нахождения которого носит субъективный характер, так как степень перемешивания для случая полного перемешивания I =1 имеет место только при при то-> С целью устранения указанного недостатка, в работе рассмотрена модель и вывод уравнения, пригодного для расчета значений предельного времени перемешивания раствора в объеме аппарата (то.)

1(т )=1- ехр[-кт/(та.т)] = 1 - ехр[-к Т/(1-Т)], где Т=т/то.

В случае, когда предельное время пребывания частиц то-»°о разность то - х » то и зависимость преобразуется к известному в технической литературе виду

1(т ) — 1 - ехр[-кт/(хо. т)] « ехр[-к(т/то)] = ехр(-к'т)

Значения констант к и то могут быть определены графически путем представления экспериментальных данных в системе координат У= 1Лп[1 - 1(т )]•' = (то /к) (1/ х) --1/к = А(1/т)-В, где А=то/к иВ=1/к -константы.

Величина предельного времени пребывания частиц может быть рассчитано по уравнению, полученному при применении интервально-симплексного метод

то =[Ах1п8 с-1 Ах21п2 Б с"1 -4(1п8 с1 -Ах к) (Ах2 Б, /(--^Ь^Ч/ЗОпЗс'-Атк) Для описания закономерностей времени пребывания элементов потока в различных зонах аналитическим путем были выведены соответствующие зависимости (например, для модели идеального вытеснения функции распределения имеют вид: 1) дифференциальная функция С(х)=х0~1 при х<хо и С(х)=0 при х>хо 2) интегральная функция Б(\)=х1%<,=Х при х<хо и Н(1)=1 при х>хо, а для модели идеального пере-менивания в симплексной форме:

1п(1/8 с)= Ах / х

или

АС /С0=8с8/<81> -8с"<51> Кинетическое уравнение, описывающее закономерности кинетики гетерогенного процесса растворения твердых частиц

хо /Ах =(8, -8с ш) /(1+&1/0 )(8Х -1) где Ах -интервал времени; 8 гсимплекс временного подобия, или

С./АС =(8с» -^/(Бс-ОО^)» Уравнение для определения значения величины энергии активации

А Т=(Е/КХ8т -1)2/8т.1п8к.8тт где К г и К о - константы скорости реакции для температур Т! и Т о ; Е - энергия активации; И. - газовая постоянная; т - показатель степени

Для реакции первого порядка 1п(1/8 с)=к [.Ах

или

АС /Со=8с^0 -Зс1^-') где к | - константа скорости реакции первого порядка; х 1 -время; С о и С - соответственно, концентрации исходного компонента в моменты времени Х1=0 и

Для реакций т -го порядка кинетическое уравнение имеет вид

М=(т4).кт.Сот-1.Лх=(1-8сга-1)(Зг -1)/(8г.8ст1 -1) где т - порядок реакции ( т =1,2,3,...); к т - константа скорости реакции т -го порядка.

Для случая осуществления реакции первого порядка в каскаде аппаратов идеального перемешивания, величина средней степени превращения вещества определится по формуле

Хн=[1/(1+кь т)] К ={ Axx.1qScf.Sj / [ДхРЛп5сх+

+АХХ.1П8ср.8^

В общем случае, при осуществлении в каскаде аппаратов идеального перемешивания реакций имеющих порядок п>1 получаем

Хк=(С 1 /С 0)=Но м /П(3 ох.Э от-Э ) м

Предложенные выше уравнения в симплексной форме были использованы в для определения эффективности процесса и определения параметров т„ , С0 и др.

На основании информации, полученной при изучении закономерностей распределения времени пребывания элементов потока в исследуемом реакторе, были проведены расчеты по оценке эффективности использования рабочего объема аппарата, выбору оптимального времени пребывания в нем частиц и параметров его работы. Как было показано выше, для описания закономерностей распределения времени пребывания элементов потока в исследуемом аппарате может быть применена комбинированная модель, состоящая из двух зон идеального вытеснения и перемешивания.

В результате проведенного исследования были предложены уравнения, которые были применены для по-

строения диаграмм Ро -К- tr , отвечающих условиям оптимального использования рабочего объема ро зоны аппарата, описываемой моделью идеального вытеснения и идеального перемешивания, а также зоны аппарата описываемой комбинированной моделью и моделями, учитывающими задержку частиц и различную очередность чередования зон перемешивания и идеального вытеснения. Так например, анализ полученных уравнений показал, что реализации одной зоны идеального перемешивания неэффективно вследствие того, что для получения значения показателя ро =1,0 необходимо передерживать частицы в аппарате, выбирая малое значение относительного времени реакции Xr / х и большое значение относительного времени пребывания частиц tr / т.

В результате расчетов были определенны величины Тг / т_, tr / х и К, отвечающие случаю ро ->1,0. Функция F(x/ т) с точностью до 5% приближается к 1,0 при_х^ т= =3+4 и практически становится равной 1,0 при т r / х =5+6. Если принять, что время тг/ х должно находиться в пределах 3+4<Tt/ х <5+6, то из этого условия можно определить значения т г / т и К, отвечающие оптимальным условиям работы зоны идеального перемешивания. На практике необходимо выбирать величину времени т г / т в пределах от 0,015^ хг/ т < 0,18 и вести процесс с передержкой частиц при TR/t»tr/x и 0,0025<К<0,06, что позволит достигнуть высоких значений показателя Ро (0,79< ро <0,98). Рекомендуемые предельные границы для выбора величины времени t очень близко соответствуют предложенным в ряде работ значениям 0,02^ тг/t < 0,1, которые были получены эмпирически в результате обработки большого массива экспериментальных данных, однако позволяют расширить этот диапазон.

В работе также было произведено сравнение эффективности работы зон идеального вытеснения и идеального перемешивания при использовании относительного показа-

теля эффективности Рив/Р, а также дан анализ зависимости экономического критерия эффективности работы технологических аппаратов (определяемый степенью извлечения целевого компонента сырья) от величины коэффициента использования их рабочего объема.

Анализ найденных зависимостей для определения значений показателей эффективности показывает, что определяющее влияние на эти величины (при заданных оптимальных параметрах ведения химического процесса, таких как температура, давление, рН и другие) оказывает объем и производительность установки и, соответственно, закономерности, распределения времени пребывания элементов потока в аппаратах. Оптимальные значения параметров тГ) хд, N. V, <3, К и др. могут быть определены в результате применения рассмотренного в работе метода.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведены экспериментальные исследования по определению условий перемешивания для 13 типов мешалок. Рассчитаны значения сульфитного числа и среднего времени перемешивания.

2. Предложена аналитическая зависимость для оценки степени перемешивания, позволяющая объективно рассчитывать предельное время перемешивания раствора в объеме реактора. Проведенная экспериментальная проверка показала возможность применения уравнения в практике инженерных расчетов.

3. Определен вид экспериментальных функций распределения времени пребывания элементов потока в реакторе с мешалкой и рассчитаны значения среднего времени пребывания частиц в аппарате.

4. Предложена математическая модель для описания закономерностей времени пребывания элементов потока в реакторах. Исследованы особенности динамики прямоточ-

ного процесса в случае одинаковых технологических режимов растворения в каскаде аппаратов выщелачивания

5. На основании проведенных экспериментальных и теоретических исследований рекомендован оптимальный тип мешалки для реакторов, применяемых для реализации процессов выщелачивания.

6. Рассмотрена возможность применения симплекс-но-интервального метода для вывода уравнений в симплексной форме, описывающих закономерности процессов растворения и выщелачивания.

7. Проведена оценка эффективности работы реакторов с мешалкой, применяемых для проведения непрерывных процессов растворения и выщелачивания.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Rodriguez Domínguez J.I. , Marino Armin, Chang Antonio. Cinética de la oxidacion de Fe,Ni, у Co en la lixiviación carbonato-amoniacal de los minerales reducidos de Ni. Revista. Minería y Geología. Volumen 6 N3, ISMM Moa, Cuba, 1988, c.37-46.

2. Rodriguez Domínguez J.I., Marino Armin, Chang Antonio. Influencia del regimen de aereacion sobre las extracciones de Co en la 1 etapa de la lixiviación carbonatoamoniacal de los minerales reducidosde níquel. Revista. Mineria y Geología. Volumen 1 N1, ISMM Moa, Cuba, 1989, c.51-63.

3. Родригес Домингес Х.И., Белоглазов И.Н., Ky-рочкина М.И. К вопросу расчета оптимального времени пребывания потока в аппарате идеального перемешивания. Журнал Прикладной Химии, N10, 1993.

4. Родригес Домингес Х.И., Белоглазов И.Н. Метод оценки эффективности использования рабочего объема гидрометаллургических аппаратов. В сб. Юбилейный выпуск трудов, посвященный 60-летию становления отече-

ственной никелевой промышленности "Уфалей - родина российского никеля" Челябинск, 1993, с.285-290.

5. Родригес Домингес Х.И., Белоглазов И.Н., Бе-логлазов Н.К. Оценка эффективности использования рабочего объема химико-металлургических аппаратов при создании информационного банка данных. В сб. трудов Санкт-Петербургской международной конференции "Региональная информатика" РИ-93, 11-14 мая, 1993, Санкт-Петербург, с.7.

6. Родригес Домингес Х.И., Белоглазов И.Н., Чанг Кардона А.Р. Совершенствование процесса аммиачно-карбонатного выщелачивания окисленных никелевых руд. В сб.трудов Международной конференции "Новые направления в минеральных процессах" Университет Лауренции, Онтарио, Канада, 6-8 июня, 1994, с.7.

7. Родригес Домингес, Х.И., Чанг Кардона А.Р., Белоглазов И.Н. Изучение закономерностей аммиачнокар-бонатного выщелачивания в восстановленных огарках при переработке окисленных никелевых руд. Цветные металлы N2, 1994, с.22-24.

8. Родригес Домингес Х.И., Белоглазов И.Н., Ку-рочкина М.И. Перемешивание в химических и биохимических реакторах. Журнал прикладной химии, N12, 1993, с.2833-2835.

9. Родригес Домингес Х.И., Белоглазов И.Н. Эффективность использования рабочего объема гидрометаллургических аппаратов непрерывного действия. В сб.научных трудов Европейского международного конгресса "Инженерной химии и биотехнологии" АХЕМА-94, Франкфурт на Майне, Германия, 5-11 июня, 1994, с.34.

10. Родригес Домингес Х.И., Чанг Кардона А.Р., Белоглазов И.Н. Совершенствование процесса аммиачно-карбонатного выщелачивания окисленных никелевых руд. В сб. научных трудов Европейского международного конгресса "Инженерной химии и биотехнологии" АХЕМА-94, Франкфурт на Майне, Германия, 5-11 июня, 1994, с.ЗЗ.

И. Родригес Домингес Х.И., Белоглазов И.Н. Об оценке эффективности использования рабочего объема металлургических аппаратов. Цветные металлы, N2, 1994, с.20-22.

12. Родригес Домингес Х.И., Белоглазов И.Н. Оценка эффективности использования рабочего объема химико-металлургических аппаратов для образования информационного банка данных. В сб. трудов Международного форума информатизации, Москва, 25-28 ноября, 1993 с.

13. Родригес Домингес Х.И., Белоглазов И.Н., Жмарин Е.Е. Способ расчета гидрометаллургических процессов превращений. В сб. трудов 1-го Международного симпозиума "Проблемы комплексного использования руд", Санкт-Петербургский государственный горный институт (Технический университет), Санкт-Петербург, 10-20 мая, 1994 г., с.ЗО

14. Родригес Домингес Х.И., Чанг Кардона А.Р. Изучение процесса аммиачно-карбонатного выщелачивания окисленных никелевых руд. В сб. трудов 1-го Международного симпозиума "Проблемы комплексного использования руд", Санкт-Петербургский государственный горный институт (Технический университет), Санкт-Петербург, 10-20 мая, 1994 г., с.112.

15. Родригес Домингес Х.И., Белоглазов И.Н. Метод оценки эффективности использования рабочего объема гидрометаллургических реакторов. В сб. трудов 1-го Международного симпозиума "Проблемы комплексного использования руд", Санкт-Петербургский государственный горный институт (Технический университет), Санкт-Петербург, 10-20 мая, 1994 г., с.28

16. Родригес Домингес Х.И., Белоглазов И.Н., Со-ниа Гереро, Хосефине Родригес, Чабан А.Н., Мора JI.P., Жмарин Е.Е. Изучение факторов, влияющих на показатели процесса аммиачно-карбонатного выщелачивания смешанных руд в промышленных условиях. Цветные металлы, N 8, 1995, с. 26.

17. Родригес Домингес Х.И., Чанг Кардона А.Р., Бобковский А.Г., Белоглазов И.Н. Изучение особенностей строения и фазового состава продуктов гидролиза железа из аммиачно-карбонатных растворов. Цветные металлы, N 9, 1995, с. 30.

18. Родригес Домингес Х.И., Худяков В.М., Хайдов В.В., Пономарев A.A., Белоглазов И.Н., Мора Сервантес JI.P. Энергосберегающие и экологически чистые технологии переработки минерального сырья в цветной металлургии. В сб. трудов Международного симпозиума "Топливноэнергетические ресурсы России и других стран СНГ" 24-26 апреля 1995, Санкт-Петербург, Россия.

19. Родригес Домингес Х.И., ГамбоаХ.Р. Общая металлургия (учебное пособие для курса). Высший горнометаллургический институт, Моа, Куба, 12.

20. Родригес Домингес Х.И., Белоглазов И.Н., Мора JI.C. Повышение эффективности использования рабочего объема установок, применяемых для очистки сточных вод. В сб. трудов 1-ой Международной конференции "Экология и развитие Северо-Запада", Санкт-Петербург, 4-6 октября, 1995, сгр. 11.

21. Родригес Домингес Х.И., Белоглазов И.Н., Мора JI.C. Проблемы формирования информационного банка данных использования химико-металлургического оборудования. В сб. трудов Международного форума информатизации. Всемирный конгресс IPTS-95.

22. Родригес Домингес Х.И. Изучение возможности повышения извлечения кобальта при аммиачно-карбонатном выщелачивании окисленных руд. В сб. научных трудов "Полезные ископаемые России и их освоение.", 24-25 апреля 1996, Санкт-Петербург, с. 70.

23 Родригес Домингес Х.И., Мора Сервантес JL, Белоглазов И.Н., Бондарчук А.М., Жмарин Е.Е., Воробьев А.Г., Хабаши Ф. Проблемы и перспективы развития мине-

рально-сырьевой промышленности Республики Куба, Цветные металлы, 1996, № 2, с. 16-21.

24. Белоглазов И.Н., Родригес Домингес Х.И., JI.C.Mopa, Клементенок Г.Г. Симплексный метод расчета констант уравнений кинетики химических реакций. В сб.трудов 2-го Международного симпозиума "Проблемы комплексного использования руд", Санкт-Петербургский государственный горный институт (Технический университет), Санкт-Петербург, 19-24 мая, 1996 г., с. 190.

25. Белоглазов И.Н., Жмарин Е.Е., Родригес Домингес Х.И., Мора JI.C. Применение симплексно-интервального метода для расчета непрерывного процесса растворения. В сб.трудов 2-го Международного симпозиума "Проблемы комплексного использования руд", Санкт-Петербургский государственный горный институт (Технический университет), Санкт-Петербург, 19-24 мая, 1996 г., с. 190.

26. Кардона А.Ч., Родригес Домингес Х.И., Гамбоа Х.Р., Белоглазов И.Н. Влияние режима аэрации на извлечение кобальта на первой стадии аммиачно-карбонатного выщелачивания. В сб. трудов 2-го Международного симпозиума "Проблемы комплексного использования руд", Санкт-Петербургский государственный горный институт (Технический университет), Санкт-Петербург, 19-24 мая, 1996 г., с. 191.