点解过程.pdf

因此总的电极过程可以表示为 “ “ 阴极过程 与电解液中其杂质含量符合关系式 （ “ “） 。由于水化作用， 各种二价金属杂质的扩散 系数几乎相同， 因此均处于同一直线上， 同时与主体金属的特性及浓度不发生关系， 说明为 了提高电镍的质量， 关键是降低电解液中有害杂质的含量。 图 “ “745电解液中 9 6为例进行计算。经二段净化， 当得到的电解液中含杂质 9 6的浓度 A7 B* “-C,， AD/ * B* “E- , F， 7 B* “E- 时， 则其极限电流密度 A （G） BH** BD/ * B* “ B* “ B 7 B* “ B*7 7 B* “ B* “ / B* “7, - 电解硫酸锌的阴极电流密度 ’**, -， 电流效率通常达到 H*I， 因此在阴极沉积物 中含铜将为 ［9］ B7/ B/ B* “7 B/ B** B*/ H */ ***77I 达到一级电锌含铜标准 （ J*/ **I） 。 “主体金属离子与杂质金属离子均处于电化学控制。 主体金属离子与杂质金属离子在阴极上的析出电位分别为 1K 6 9 ’ ’ 8,*25, “4 注 , 表中 ［］ /值是考虑了弯曲的影响而降低了的许用扭转应力； 转动中弯矩较小的取较大值， 弯矩较 大的取较小值； ’ 轴径大的取较小值， 轴径小的取较大值； 操作条件好的取较大值， 操作条件差的取较小值。 “ 第五篇 湿法冶金设备操作应用及维护 为减轻圆轴的质量， 有时采用无缝钢管来做空心的搅拌轴。空心圆轴的计算如下 4“1， 对于碳钢及合金钢 ’ .6 ’ ［ ］ （ *） 式中 用剪切应力计算的最小轴径， ； ［］ 正常操作下轴的许用剪应力， 0’-.5,A5 等） ， 推荐在正常操作条件下许用剪应 力 ［］ 为3’（ ） . ;’9. ;. （**） . ;.0*- *0 9,*-23 * 按式 “ “ 求临界转速 “ ） 9*0 . *0, “ , *, ,*- *（* ;*. ） 9*,,856 “ 求工作转速与临界转速之比 “ ） 冷却介质适用温度6 ; 水蒸气 ’. 型计算机， 每 ’， 计算一次各 单元的传热系数。 78 25 加热槽中， 从 1“3加热到 ““3， 再在 25 ; “ 第五篇 湿法冶金设备操作应用及维护 “ 预脱硅槽中常压脱硅 “ 停留罐溶出系统 对于难溶出的铝土矿， 可以在管式反应器后面附加一个反应罐的设想， 在 ,’ 年就提 出来了。针对中国一水硬铝石型铝土矿难溶出的特点， 我国采用了 “管道 ; 停留罐” 强化溶 出技术。 （一） 中国管道 ; 停留罐溶出技术 图 . ;’ ;1. 为管道 ; 停留罐设备流程图。矿浆流量 “ 1/* 法）赤泥 （洗净槽） “8。 应该注意的是， 按式 “ “9 计算槽帮高度来提高产能是有限度的， 在设计连续式沉降 槽的高度时， 必须保持 3 / 5， 56 。要使颗粒沉降， 则 34 。即清液上升速度所能取的 最大值。 另外， 槽体高度的增加， 除了应保证泥浆在槽内的停留时间， 以满足溢流的澄清度外， 还 “ 第三章 液固分离设备的操作应用及维护 应保证对底流的压缩， 以达到所要求的浓度。压缩区的高度可按柯尔森的公式计算 “ （“ “ ’）（ * ） 式中 压缩区的高度， ’； “ 单位时间进入槽内的固体质量， ,-. /； 底流压缩到满足出料要求的液固比所需时间， .； 沉降槽的面积， ’0； ， 原始矿浆中固体及液体密度， ,-’ *； ’ 压缩区内液固比的平均值。 在确定压缩区的高度时， 为保证泥浆能最大程度地浓度和允许有一定的泥浆贮存量， 按 上式求得的 值必须乘以增大系数， 该系数值一般取 /1 2。 沉降槽处理量的增加， 还会引起槽内液流流动情况的变化， 特别是当进料筒直径过小或 高度不够时， 因进料而引起的激烈搅动会更加严重， 造成清液质量的降低。此外， 因上升液 流所引起的沟流现象的加剧， 也会使槽的面积效率进一步降低， 短路流也将加剧。这些现象 同样只有加高槽体高度才能克服。 沉降槽的的总高度由清液区、 加料区、 过渡区和压缩区几部分组成。清液区可按经验取 值。加料区由于搅动情况及槽子体积的不同以及体积效率不同， 通常应留一定的安全系数， 以保证清液质量。压缩区按式 * 的计算结果还应乘以 /1 2 的增高系数， 以保证压缩 良好。综合考虑上述因素之后， 就能合理确定槽体高度。 三、 间歇式沉降槽 图 * /3 示出间歇式沉降槽的典型结构， 这是一种没有连续排泥装置的处理设备。 原矿浆液间歇地流入槽内， 经过一定时间的静置澄清， 上清液由转臂式虹吸管吸出， 最后再 排出底部的浓泥。间歇沉降槽适用于浆液量不大、 且数量随时间变化较大、 间歇供料的情 况。实际生产中槽底部要求有一定的坡度， 其坡度应大于浓泥的安息角。 四、 连续沉降槽 （一） 单层沉降槽 图 * // 为单层沉降槽的构造示意图， 槽为圆桶形， 槽底为锥形。槽中心有一进料 筒， 浆料自中央加入 （亦可以从侧边加入） ， 进料筒的插入深度因槽之大小及槽体高度而异， 但要插入到悬浮液区。清液自槽的上部沿周边溢流排出； 浓缩后的底流靠耙机的转动 （31 30 431 ’56 /） 耙向槽底部的中央， 由排泥口通过隔膜泵排出。料浆连续加入， 溢流 及底流亦连续排出。 单层沉降槽直径可达 /33’， 每昼夜可沉降出 *3337 沉淀物。 （二） 多层沉降槽 多层沉降槽相当于把几个单层沉降槽重叠起来放置， 如图 * /0 所示， 这种多层沉 “ 第五篇8 湿法冶金设备操作应用及维护 图 “ “ 间歇沉降槽 “ 进料管 ’ “ 上清液出口 “ 浓泥排出口 “ 滑轮 “ 转臂式虹吸管 图 “ “ 道尔浓密机 （直径 ） “ 旋转机构 ’ “ 耙机 “ 立柱 “ 轴 “ 进料管 * “ 进料筒 降槽常为三到五层， 各层的进料与出料平行， 各层由下料筒分别进料， 下料筒插入泥浆中形 成泥封， 使下一层的清液不至于通过下料筒而进入上一层。清液则沿着第一层最上部边缘 设置的溢流口流出。各层之间悬浮液是相连的。可又要保持它们的相对的稳定， 这就要通 过液体之间的流体静力平衡来维持。 多层沉降槽较单层沉降槽的主要优点是减少了沉降槽的占地面， 节省了建造沉降槽所 需材料和费用。特别是用于处理热碱溶液的多层沉降槽， 因槽体用钢板制成， 且设置有保温 层及密封盖， 所以， 若把它装设在厂房内时， 其优点就更为明显了。从多层沉降槽的结构上 也可看出它比单层沉降槽优越， 其一， 多层沉降槽第一层的底板同时也是下一层的顶盖， 而 工作桥架、 立轴及传动装置在多层共用； 其二， 多层沉降槽的基础、 桥架及槽体圆锥部分的高 “ 第三章 液固分离设备的操作应用及维护 图 “ “ 多层沉降槽 “ 分料箱 “ 下渣筒 “ 溢流箱 ’ “ 溢流管 “ 底流排料口 “ 搅拌装置 度， 与同直径单层沉降槽的相应结构参数基本没有区别， 只是槽体圆柱部分总高度按层数成 比例增加； 厂房建筑结构也无变化， 仅厂房高度相应增加， 表 “ “ 是单层与多层沉降槽 基本指标的比较。 从表可以看出， 多层沉降槽本身的金属结构重量与安装它所用的厂房金属结构的重量 及厂房的面积与容积， 都比同样生产率的单层沉降槽要小得多， 另外， 从沉降槽的冷却面积 来看， 也很有意义， 例如以直径为 * 的沉降槽为例， 单层与五层的槽身外表面积与沉降面 积之比为 单层为 ； 五层为 ,。因此， 多层沉降槽就能适当地降低保温费用， 而更重要 的是减少了热量的损失。 表 “ “ 单层沉降槽与多层沉降槽基本指标的比较 指标单层五层 沉降槽面积- *,,,,, 厂房面积- *’’ 厂房容积- *’.,,,, 沉降槽总重量- /, “,, “, 冷却面积与沉降面积之比, （三） 洗涤沉降 沉降槽除了作液固相分离设备之外， 常用作沉渣洗涤设备， 通过洗涤可以回收底流中残 存的有价值的清液， 如拜尔法生产氧化铝的赤泥中常残存有大量的 012 及 342等溶质， 就用沉降槽作洗涤槽进行逆流洗涤。在洗涤中要求尽量少用洗水， 以免破坏生产系统的水 “ 第五篇 湿法冶金设备操作应用及维护 量平衡， 所以采用反向洗涤或逆流洗涤。其流程如图 “ “ 所示。 图 “ “ 三次连续逆流洗涤流程 欲洗涤的泥渣与第 号槽来的洗水混合之后， 用泵送入 号洗涤沉降槽， 在 号槽中洗 涤沉降后的底流与 号槽来的洗水混合之后， 用泵送入 号槽， 这样依次进行， 这种洗涤可 以有很多级； 视需要而定， 新鲜洗水， 不含或含极少量溶质， 自最后一级送入， 逐级向前泵送。 很显然， 这样的流程是比较合理的。因此， 工业上广泛采用此种逆流洗涤流程。 通过物料衡算和经济比较可确定洗涤级数。假定某洗涤系统有三台多层洗涤沉降槽， 用作逆流洗涤， 若最后一个槽排出的底流中所含溶质小于规定的数值， 就可确定为三次， 否 则还需要增加洗涤级数， 并再次计算。 如图 “ “’ 所示， 设洗涤水用量为 ’ （水） “ （干固体） ， 而其中所含溶质浓度 “*为已知， 通常 “**。又假定测得实际的洗涤沉降槽 、 、 号之底流液固比分别为 、 、 ， 而进入本系统欲加以洗涤的底流料液固比为 ,， 其单位为 （溶液） “ （干固体） ， 进 来的料浆含溶质 “,， （溶质） “ （溶液） ， 求 图 “ “’ 三次逆流洗涤示意图 （） 各洗涤槽溢流所含溶质浓度 “、 “和 “， 质量分数； （） 各洗涤槽溢流量 、 和 ， （溶液） “ （干固体） ； 计算中假定洗涤过程物料损失可忽略不计， 以 干固体为基准进行计算。 各槽溶质平衡为 号槽“- “ “- “ 号槽“- “ “- “ 号槽“- “*’ “- “ 各槽溶液平衡为 号槽- - 号槽- - “ 第三章 液固分离设备的操作应用及维护 号槽“ “ “ 由以上六个方程式能解出六个未知数。解出之后， 若 /规定值， 则符合要求； 如 大则需增加洗涤级数， 再作同样的计算， 直到符合要求为止。 若洗水与混渣混合不够充分， 则洗涤效率降低， 这样计算得的级数应除以洗涤效率 ， 通常可取 ’ ， 则 计算 如上面计算为三级， 计算， 则 ’ 8 级 即实际应取四级逆流洗涤。 增加洗涤级数可以回收更多溶质， 但设备费相应地增加， 故应全面权衡以确定级数。 （四） 沉降过滤槽 带过滤装置的沉降槽称为沉降过滤槽。此种槽 （图 * *） 中挂有多排过滤管， 滤管 直径 ,“--， 长 “ ,--， 管壁有小孔， 外套滤布， 滤布可拆换， 整个过滤装置浸 没在沉降槽中矿浆的液面下。过滤装置有 “ ,“ 排， 每排由 ,. 根过滤管组成， 过滤管与 水平支管相连， 水平支管与真空及压缩空气分配室相通， 能自动更换。当停止使用真空而转 换为压缩空气时， 滤渣即落到槽底， 由刮泥器将沉泥移向排泥口。 沉降过滤槽与一般沉降槽相比， 可加速沉降过程并获得液固比较低的浓泥， 与真空过滤 机相比， 生产能力较大， 能耗低， 但沉泥的液固比较高。 五、 离心沉降设备 如上所述重力沉降设备占地面积大， 材料消耗多， 沉降终速小， 效率不高， 仅适用于处理 大量的稀悬浮液。为了提高固液分离能力， 工业上广泛采用离心分离设备， 水力旋流器或称 为旋液分离器是其中一种。 水力旋流器的结构与旋风分离器大致相同， 其基本原理也相似。如图 * *. 所示， 水力旋流器由圆筒部分 ， 锥体部分 “ 所构成， 在 的上部有入口管 沿切线方向将矿浆导 入， 在圆筒中部有溢流出口管 ， 锥体之尾部有排渣口 ， 料浆进入之后在圆筒部分高速旋 转， 沿筒壁一面作圆周运动， 一面向下运动， 固体颗粒的密度较液体大， 在旋转时受更大的离 心力作用。设质量为 的颗粒在半径为 的圆周上以角速度 “ 转动， 此颗粒受到的离心力 为 ’/ “ ““ 所受重力为 ’0 离心力与重力之比为 “ “ ， 称为分离因数， 此数是衡量离心力大小的尺度， 这个数值在机 械驱动的离心机中可达到数千以上， 在水力旋流器中虽不像离心机分离因数那么大， 但其效 率仍比重力分离高很多。 “ 第五篇1 湿法冶金设备操作应用及维护 图 “ “ 沉降过滤槽 “ 槽体 “ 分配头及传动装置 “ 搅拌器 ’ “ 过滤管 “ 悬浮液进料口 “ 滤液出口 “ 浓泥出口 颗粒沿器壁向下运动到达排渣口， 成为底流而排出， 清液由上部中心溢流口出去。在中 心部分有一个空气柱形成， 此处为负压状态。 水力旋流器可作固液相分离用， 亦可作为分级设备。水力旋流器中流体运动规律比较 复杂， 目前尚不能用简单的数学式表达 图 “ “ （*） 、（） 、（,） 分别表示水力旋流器中流体的切线速度 ， 径向速度 -， 及 轴向速度 *， 与半径 “ 的关系。 从图 “ “ （） 可见 切线速度 随着距中心线的距离减小而增大， 在接近气柱中 心时很快下降。除接近气柱那一部分液体外， 旋流器中液体的切线速度 与旋转半径 “ 之 关系可用下式表示 “. 式中 值在 /0 1/0 2 之间， 平均可取 /0 ’。 “ 第三章 液固分离设备的操作应用及维护 图 “ “ 水力旋流器简图 “ 圆柱 ’ “ 锥体 “ 排渣口 “ 出口管 “ 入口管 图 “ “ 水力旋流器中 、 *、 与 “ 关系 “ 旋流器壁 ’ “ 溢流管 “ 气柱 图 “ “ （,） 为径向速度分量， 距轴心愈远， “愈增大。而径向加速度 * “ “’- ， 即 旋转半径 “ 愈小， *愈大， 径向加速度为悬物分离的重要因素， 故圆锥形部分起着重要的分 离作用。因此， 也说明水力旋流器应向小直径发展。 “ 第五篇 湿法冶金设备操作应用及维护 图 “ “ （） 表示轴向速度分量， 在靠近筒壁附近轴向速度方向向下， 而在靠近中心 附近， 方向是向上的， 故在中间有一处轴向速度为零。由此分界， 外部为下降流， 内部为上升 流。粗细颗粒分别进入底流及溢流， 故旋流器可用于分级。 水力旋流器中固体颗粒沿壁面的快速运动会造成严重的磨损， 故应采用耐磨材料制造。 水力旋流器的设备直径愈小， 分离颗粒的极限直径愈小， 效率也愈高。 减小锥角， 增加圆筒部分高度均有助于改进分离， 锥角一般为 “’。 旋流器的生产能力大， 通常设备直径为 ’ * ， 其处理量每分钟可达数百升， 如表 “ “, 所示。 表 “ “,- 水力旋流器直径和参数 “ 对产能 （./0 “） 的影响 直径 1 “ ’ ’’ ’ 2’’ 2’ ’ 2“’3 43, 2’4,’52 ’’5’2’’5’“ ’’’3’24’’’““ 表中 为进料口直径， 为旋流器直径。最小的设备直径 4， 分离的颗粒粒径可小 到 *’。 第三节-过滤分离设备的操作应用及维护 沉降操作往往需要很长时间， 且无法将液体中悬浮的固体微粒完全分离干净。而过滤 不但分离的速度快， 而且滤饼中的液体含量较低， 故过滤是分离悬浮液普遍而有效的方法。 一、 概述 （一） 过滤的基本概念 过滤操作原理 借助一种截留固体颗粒而让液体通过的多孔介质将固体颗粒从悬浮液中分离出来的过 程称为过滤。通常将这种多孔介质称为过滤介质。过滤介质可以是细砂、 织物、 纸或多孔固 体 （如陶瓷） 等， 大多数采用织物， 如尼龙、 麻布、 玻璃丝布、 铁丝网布等。即使过滤介质不是 “ 第三章- 液固分离设备的操作应用及维护 布， 也习惯地称之为过滤布。过滤介质的孔径经常稍大于被分离固体颗粒的平均直径。如 果不这样， 每一个小孔被单个颗粒所堵塞， 使过滤介质的流体阻力迅速增加。由于介质孔径 较大， 所以过滤机在操作初期所得的滤液是浑浊的。在过滤介质上截留一层固体颗粒， 而形 成最初的沉积物后， 过滤机就能有效地进行工作。因为具有大孔径的过滤介质的流体阻力 通常小于滤渣 （或称滤饼） 的阻力， 所以过滤介质对过滤速率的影响一般不大 （除非在特别 易于过滤的情况下） ， 有时甚至可以忽略。 “ 粒状床层的特性 在过滤时， 流体以比较慢的速度， 从过滤介质所截留的颗粒之间的空隙中流过， 即流经 颗粒所组成的多孔床层 （粒状床层） 。而且因固体颗粒的不断沉积， 床层的厚度也不断增 加， 在整个过滤过程中流体阻力也就逐渐增加， 在大多数情况下， 过滤的阻力主要决定于床 层的厚度及其特性。而床层孔隙率是粒状床层的一项重要特性。孔隙率的数值与颗粒的形 状、 颗粒粒度分布、 颗粒表面的粗糙度、 颗粒直径与床层直径的比值以及颗粒的充填方法等 有关。 在过滤中， 当床层由不变形的颗粒如结晶状的碳酸钙、 硅藻土等组成时， 各个颗粒间相 互排列的位置， 以及颗粒与颗料间的孔道均不因床层所受压强的增加而有所改变， 这种滤饼 称为不可压缩滤饼。反之， 当床层由无定形颗粒如胶态的氢氧化铝、 氢氧化铬或其他水合物 沉淀组成时， 颗料与颗粒间的孔道则随过滤压强的增加而变小， 因此它们对滤液的流动发生 阻碍作用， 这种滤饼称为可压缩滤饼。 对于不可压缩的滤饼， 其流体阻力受滤饼两侧压强差和物料沉积速率的影响较小； 反 之， 对于可压缩滤饼， 其流体阻力将随滤饼两侧压强差和物料沉积速率的增加而增大。 “ 过滤介质 过滤介质的作用， 通常是作为滤饼的支承物， 而滤饼层才起真正的过滤作用。过滤介质 应当有足够的机械强度， 能耐流体的腐蚀作用， 并对滤液的流动具有尽可能小的阻力。由于 常用的材料均较粗糙， 所以在最初的滤饼层形成以前不会得到澄清的滤液， 因此， 这种滤液 应当返回处理。 最主要的过滤介质有 （） 纺织的材料， 包括毛、 棉、 麻、 丝、 尼龙、 玻璃、 塑料及金属织物； （） 多孔金属； （） 颗粒状物料， 包括砾石、 砂、 石棉、 木炭及硅藻土； （） 多孔非金属固体物。 其中以纺织材料用得最普遍。 “ 助滤剂 当含有胶体的悬浮液过滤时， 因颗粒的形状及颗粒间的孔道随压强变化而改变滤孔， 往 往被颗粒堵塞。在这种情况下， 液体的流通受到阻碍， 甚至闭塞。为改变这种状况， 加入一 种性质坚硬在一般压强下不变形的粒状物质， 如硅藻土、 活性炭、 纸粕等， 此种物通常称为助 滤剂。助滤剂表面有吸附胶体的能力， 而且颗粒细小坚硬， 压缩性很小， 由助滤剂构成的床 层具有很大的孔隙率， 因此， 它能防止胶体颗粒对滤孔的堵塞。助滤剂的加入量应当适当， 虽然助滤剂的存在使滤饼阻力减小， 滤液容易通过滤饼， 但是助滤剂也使滤饼加厚， 所以加 入助滤剂的量应当适量。助滤剂的应用一般只限于滤液价值较高而滤饼是废物的一些操作 “ 第五篇 湿法冶金设备操作应用及维护 中， 在某些场合中， 助滤剂必须是便于用物理或化学方法从残留的滤饼中分离出来。与助滤 剂结合在一起的滤饼通常是很易压缩的， 所以为保证助滤剂的良好效果， 不能采用过高的过 滤压强。硅藻土是常用的助滤剂， 它的孔隙率约为 “ ， 添加少量的助滤剂可增加大多数 滤饼的孔隙率， 所产生滤饼的孔隙率介于助滤剂的孔隙率与固体滤出物的孔隙率之间。对 于难过滤的物料， 可以在过滤之前， 在过滤介质上预涂一层厚的助滤剂， 然后利用这个预涂 层进行过滤。 （二） 过滤设备的分类及适用范围 根据悬浮液的固体组分的含量， 粒度及滤饼形成的速度等， 将滤浆分成 、 “、 、 、 五 类， 见表 ’。 表 ’ 滤浆分类 分类固体含量 *滤饼形成速度 获得固体 （干基） 量 ［, （-./） 0］ . 以上几秒钟内形成 1- 厚滤饼2. （连续） “0 3.0-45 可形成厚 6-- 301- 滤饼. 3. （连续） 0 300-45 可形成厚 -- 361- 滤饼. 3. （连续） / -45 可形成厚 -- 滤饼约 0 （间歇） 7“ 0澄清过滤同 过滤机的分类及所适用的滤浆类型见表 0。 表 0 过滤机的分类与适用的滤浆 按作用力分类过滤方式过滤机类型适用的滤浆 重力过滤机 砂滤机及多层粒 状物过滤机、 袋滤机、 吸滤盘、 压力过滤机 间歇式 压滤机 加压叶滤机 {水平板框