【正文】 70代開發(fā)了鎢的萃取工藝并成功應(yīng)用于生產(chǎn)。除此之外，離子交換法處理純Na2WO4 溶液轉(zhuǎn)型制取 (NH4)2WO4 的工藝在國外也成功應(yīng)用；而采用離子交換法從鎢酸鹽溶液除鉬的技術(shù)已進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用；從各種含鎢的廢液和低濃度溶液 中用離子交換法富集提取鎢的工藝也有廣泛的報(bào)道，具有極好的工業(yè)應(yīng)用前景。 3 離子交換工序 鎢酸鈉溶液以一定流量進(jìn)入交換柱，到達(dá)穿漏點(diǎn)時(shí)用純水洗去柱中的殘留溶液。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品的化學(xué)成分要求如表 41 所示： 表 21 對(duì) APT 化學(xué)成分的要求（ GBl011688） 牌號(hào) WO3 不小于 % 雜質(zhì)化學(xué)成分含量不大于 % Sn As Ca Cu Fe S Mo P Si APT0 設(shè)計(jì)規(guī)模及日產(chǎn)量 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能是 20xx噸 APT。%= kg X2=Q2x 2=%= kg R2=Q2r 2=0 kg 工序 Ⅰ ： P1 =Q2 = x1 =%； r1 =0； η1 =% Q1 =P1 /η1 =X1=Q1x 1=%= R1 =Q1r 1=0kg Q=Q1= 根據(jù)以上計(jì)算，列出金屬平衡表如表 23所示 (以日產(chǎn)金屬含 WO3 量為基準(zhǔn) )。 一、進(jìn)料 粗鎢酸鈉溶液的密度為 kg/L （ 1）加入的水量為： 5825570/（ 2）從上工序得到的粗鎢酸鈉溶液的量為： （ 3）總的進(jìn)料量： += kg 二、出料 （ 1）交前液： %= 含 P： %= As： %= SiO2： %= Mo： %= （ 2）損失量： %= WO3 損失量為： %= kg 離子交換工序 工藝指標(biāo)： x4=%； r4=0； η4=% 一、進(jìn)料 （ 1）交前液 從上一工序得到的交前液的量為： kg，其中 kg （ 2）水 設(shè)生產(chǎn)一噸 APT 需要消耗淋洗用自來水 100 m3，則本工序需自來水量為： % 100=,即 515080 kg （ 3）純水 設(shè)生產(chǎn)一噸 APT 需要消耗淋洗用純水 20 m3，則本 工序需純水量為： % 20=,即 103020 kg 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 冶金計(jì)算 18 （ 4）解吸劑 用 5 mol/L 的 NH4ClNH4OH 溶液做解吸劑 ,生產(chǎn)一噸三氧化鎢需消耗 NH4ClNH4OH 噸。冶金工廠的輔助設(shè)備，大都是定型產(chǎn)品，應(yīng)盡量在定型產(chǎn)品中選用。 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 主體設(shè)備的選型與計(jì)算 24 表 33 2PNJA（ B）沙 漿泵的主要參數(shù) 型號(hào) 流量 功率（千瓦） 效率 米 2/時(shí) 升 /秒 揚(yáng)程（米） 轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn) /分） 軸功率 配套電機(jī) （ 96） 2PNJA（ B） 40 21 1470 114 37 浸出過濾工序設(shè)備的選擇與計(jì)算 高壓釜的選擇與計(jì)算 在產(chǎn)實(shí)踐中，被廣泛推廣使用的立式鋼制壓煮器 (鋼的牌號(hào)為 Cr3)，其容積為 m3，筒高約 2 m，內(nèi)徑 1 m。筒體內(nèi)徑 Di 可由下面的公式計(jì)算得到： 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 主體設(shè)備的選型與計(jì)算 25 34iiDHVD???? 則筒體內(nèi)徑： 3154??? ?iD= 反應(yīng)釜內(nèi)徑的估算值應(yīng)圓整到公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，故取為 1800 mm。 計(jì)算結(jié)果如表 34 所示。 離子交換柱的設(shè)計(jì)計(jì)算包括交換柱填料樹脂的高度、塔徑計(jì)算，柱體的厚度、高度計(jì)算以及液體分布裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算等。 四、離子交換柱筒體壁厚計(jì)算 由于交換柱的總高度小于 10m,其結(jié)構(gòu)按鋼制壓力容器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，其設(shè)計(jì)壓力按 Pc= 計(jì)算，設(shè)計(jì)溫度為 40℃ ，交換柱材料選用 16MnR 鋼。 八、分布板及水帽的設(shè)計(jì)與計(jì)算 為防止樹脂流失和使液體能夠均勻分布，在交換柱底部和上部需要放置分布板和排水水帽，常用的裝置是多孔板排水帽式分布裝置，它具有溶液分布均勻性好、水流阻力小等優(yōu)點(diǎn)。其篩板需要承受住內(nèi)樹脂和溶液的重量，厚度取 20 mm,傘狀水帽錐底直徑取 80 mm,下部螺釘直徑取 27 mm,螺釘中心水孔直徑取 10 mm。 （ 1）封頭厚度的計(jì)算 封頭厚度計(jì)算公式為： 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 主體設(shè)備的選型與計(jì)算 30 CPPDt id ??? ][2 ??? 式中： δd— 筒體厚度， mm P— 計(jì)算壓力， MPa Di— 圓筒內(nèi)徑， mm t][? — 材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力， MPa Φ— 焊縫系數(shù) C— 附加量 ， mm,(C=C1+C2,C1 為厚度負(fù)偏差， C2 為腐蝕余量 ) 交換柱的設(shè)計(jì)壓力 P 為 ，圓筒內(nèi)徑 Di 為 1200mm，材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 [σ]t 為 170MPa，焊縫系數(shù) Φ為 ，取鋼板的厚度負(fù)偏差和腐蝕余量均為 1mm,即C=1+1=2mm,則由以上公式計(jì)算封頭厚度為： CPPDt id ??? ][2 ??? = mmd ?????? ??? 為便于焊接，取封頭與筒體等厚，即 δn=12mm。 P201 7 樹脂對(duì) WO3 的全交換容量約為 360mg WO3/g 干樹脂，在交換柱內(nèi)動(dòng)態(tài)交換時(shí)，其操作交換容量與料液中 WO3 濃度， NaOH 濃度、 Cl濃度及線速度有關(guān)。查表選過濾面積為 25 m2的規(guī)格，其型號(hào)： BMS25/650UK 其主要的參數(shù)如表 35 所示： 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 主體設(shè)備的選型與計(jì)算 27 表 35 BMS25/65025 型板框壓濾機(jī)主要參數(shù) 型號(hào) 過濾 面積 m2 框外 尺寸 mm 板 厚 mm 板數(shù) (塊 ) 框數(shù) （塊） 濾室 容積 L 額定過 濾壓力 Mpa 外形尺寸 （ mm）長 寬 高 整機(jī)質(zhì)量 （ kg） BMS25/650UK 25 650 650 30 50 51 400 40881050 1025 1710 （ 2）確定 BMS25/650UK 型板框壓濾機(jī)臺(tái)數(shù)： 則需要 BMS25/650UK 型板框壓濾機(jī) 8 臺(tái)。 （ 3）確定筒體高度 H 當(dāng) DN=1800 mm，查表得：標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的容積 Vh= m3，從表查得 筒體每一米高的容積 V1= m3/m，則筒體高估算為： mV VVH h ????? 筒體高度圓整為 H1＝ 1700 mm 于是 H1/Di＝ 1700/1800＝ ≈ 1 （ 4）確定夾套直徑 查表得： Dj=Di+100=1800+100=1900mm。壓煮器是一種高壓設(shè)備，它的工作壓力可達(dá) MPa，是作為確 定壓煮器所需壁厚 (殼體 )、底厚、孔蓋尺寸以及加固雙頭螺栓直徑大小的先決條件。本設(shè)計(jì)的選用的主體設(shè)備是離子交換柱。 解吸劑的用量為： 103/ = kg （ 5）總的進(jìn)料量 +515080+103020+11660= kg 二、出料 （ 1）廢水 經(jīng) 吸 附 后 的 交 后 液 和 淋 洗 后 液 都 以 廢 水 的 形 式 排 放 掉 ， 則 ：%248/294%96/206%+71/294%+%= 由于雜質(zhì)的量很少和加入的水量相比微乎其微可忽略，則淋洗后液的量為： （ 515080+1030200） %= 則廢水量為： += （ 2）解吸液 經(jīng)過解吸后， WO42離子和 Mo 離子從樹脂上進(jìn)入溶液中。 P+Σ X=+= Q= 即，金屬平衡。 金屬平衡計(jì)算 將工藝流程中 ，白鎢礦的預(yù)處理和磨礦工序稱為預(yù)處理工序（工序 Ⅰ ），粗鎢酸鈉的蘇打高壓浸出和壓濾洗滌工序稱為浸出過濾工序（工序 Ⅱ ），從粗鎢酸鈉溶液稀釋到可以進(jìn)行離子交換的過程稱為稀釋工序（工序 Ⅲ ），離子交換過程稱為離子交換工序（工序 Ⅳ ），從含鉬的鎢酸銨溶液到鎢酸銨的凈溶液的除鉬過程成為除鉬工序（工序 Ⅴ ），鎢酸銨的凈溶液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、過濾洗滌得到濕 APT稱為蒸發(fā)結(jié)晶工序 (工序 Ⅵ )，從 APT 烘干到干 APT 的過程稱為烘干工序 (工序 Ⅶ )，經(jīng)簡化后得到的工藝流程示意圖如圖 41 所示。然后用淋洗劑以一定流量淋洗鎢，所得一段液返回交換，二段液送去蒸 發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)仲鎢酸銨，三段液補(bǔ)充 NH4Cl、 NH4OH 作為淋洗劑，淋洗結(jié)束后，用水洗去柱中殘留的溶液，并將樹脂用水反沖后供下一步循環(huán)使用。其中 ， 法工藝流程短、成本低、渣量少、高純度產(chǎn)品的合格率高 ， 實(shí)收率低、副流程長、腐蝕性大、工作環(huán)境差、環(huán)境污染嚴(yán)重、礦源適應(yīng)性差 ； 劑萃取工藝實(shí)收率高、對(duì)礦源適應(yīng)性較強(qiáng) ， 成本相對(duì)較高、產(chǎn)渣量大、工作環(huán)境較差、環(huán)境污染較嚴(yán)重 。萃取過程起到一個(gè)轉(zhuǎn)型的作用，替代經(jīng)典工藝中的沉淀人造白鎢、人造白鎢酸分解、鎢酸氨溶等工序，具有收率高，設(shè)備簡單，流程短的優(yōu)點(diǎn)，克服經(jīng)典工藝沉淀結(jié)晶過程固液分離多階段操作的缺點(diǎn)。因此僅對(duì)目前工業(yè)上采用的前三種仲鎢酸銨生產(chǎn)工藝進(jìn)行的簡單評(píng)述。 Ammonium paratungstate。近年來我國鎢冶煉技術(shù)有了很大的發(fā)展。由凈化粗鎢酸鈉溶液和粗鎢酸可生產(chǎn)出的純化合物仲鎢酸銨（ APT）或三氧化鎢（ WO3），這兩種純鎢化合物是目前工業(yè)上生產(chǎn)鎢粉最常用的原料。 溶劑萃取工藝 溶劑萃取法應(yīng)用于鎢冶金工藝始于 1959 年，最初在美國的碳化物公司得到工業(yè)應(yīng)用。三是利用鎢鉬性質(zhì)上的差異選擇適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)萃取劑進(jìn)行鎢鉬分離。在此趨勢(shì)下 ， 現(xiàn)了鎢濕法冶金清潔生產(chǎn)工藝和膜技術(shù)工藝。 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 冶金計(jì)算 11 第 二 章 冶金計(jì)算 原料及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 根 據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，本設(shè)計(jì)以一種白鎢礦為主的混合鎢精礦為原料。 工序 Ⅶ ： P7= x7=% ； r7=0； η7=% Q7=P7/η7=X7=Q7x 7=%= kg R7=Q7r 7=0 kg 工序 Ⅵ ： P6=Q7= x6=%； r6=%； η6=% Q6=P6/η6=X6=Q6x 6=%= R6=Q6r 6=%= 工序 Ⅴ ： P5=Q6= x5=%； r5=0； η5=% Q5=P5/η5=X5=Q5x 5=%= R5=Q5r 5=0kg 工序 Ⅳ ： P4= x4=%； r4=0； η4=% Q4=P4/η4=247。根據(jù)金重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 冶金計(jì)算 15 屬平衡計(jì)算將流程分的工序，對(duì)各個(gè)工序分別進(jìn)行物料平衡計(jì)算 [16]。 產(chǎn)品中含雜質(zhì)： P： /6250 100%=% As： 100%=% SiO2： 100%=% Mo： 100%=% 由上述各種雜質(zhì)在 APT 中的含量，并參照表 41，可知產(chǎn)品質(zhì)量符合國標(biāo)一級(jí)的要求，因此本設(shè)計(jì)的最終產(chǎn)品是合格的。 表 31Y4212 型螺旋給料機(jī)的主要參數(shù) 型號(hào) D(mm) S(mm) L(mm) 給料量 Q(m3/h) 設(shè)備重量 (kg) 裝料系數(shù) Y4212 φ120 100 6001000 212220 球磨機(jī) 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，選擇 MQG9001800型，配置一臺(tái)功率為 75 kw 的電動(dòng)機(jī)，參數(shù)如表 32 所示?？紤]到生產(chǎn)實(shí)踐，為利于管理，每天單臺(tái)反應(yīng)釜生產(chǎn) 3個(gè)周期。 （ 2）釜體的筒體壁厚計(jì)算 釜體壁厚的計(jì)算公式 如下： 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 主體設(shè)備的選型與計(jì)算 26 CPPDt i ??? ??? ][2 式中： P— 釜體的設(shè)計(jì)壓力， MPa Di— 筒體的內(nèi)徑， mm t][? — 材料的許用應(yīng)力， MPa φ — 焊縫系數(shù) C— 壁厚附加量， mm 則筒體的壁厚為： CPPDt i ??? ??? ][2 = 4 72 1 8 0 ????? ? 根據(jù)鋼板規(guī)格，取 δ＝ 24 mm。主要參數(shù)如表 56 所示。則濕樹脂的量為： 106/（ 55% ） = 二、交換柱外形尺寸的計(jì)算 所用離子交換柱選用工業(yè)生產(chǎn)中常用離子交換柱的外形尺寸，取交換柱柱體內(nèi)徑 Di取 1200mm,高徑比 H/Di 取 5。 法蘭墊片采用耐油橡膠石棉板，采用光面