Đề cương đồ án Công nghệ Luyện Thiếc

Nhận xét đánh giá của giáo viên hướng dẫn.Lời nói đầu

A. Phần lý thuyết:1. Tính chất lý hóa học của thiếc.2. Các hợp chất chính của thiếc.3. Nguyên liệu dùng để luyện thiếc.

3.1. Quặng thiếc.3.2. Phương pháp làm giàu quặng thiếc.3.2.1. Tuyển trọng lực.3.2.2. Tuyển từ.3.3. Tinh Quặng thiếc.3.4. Phế liệu chứa thiếc.3.5. Trợ dung.

4. Lưu trình luyện thiếc.5. Lựa chọn công nghệ luyện thiếc.6. Công nghệ luyện thiếc.7. Luyện hoàn nguyên tinh quặng thiếc.

7.1. Hoàn nguyên oxit thiếc.7.2. Hoàn nguyên oxit kim loại tạp trong quá trình luyện thiếc.7.3. Xỉ luyện thiếc.7.4. Luyện thiếc trong lò phản xạ.7.4.1. Sơ đồ công nghệ luyện thiếc trong lò phản xạ.7.4.2. Cấu tạo lò phản xạ.7.4.3. Quá trình hoá lý xảy ra trong lò phản xạ.7.4.4. Thao tác vận hành lò phản xạ.7.4.5. . Sản phẩm và các chỉ tiêu KT – KT.

8. Thu bụi htrong quá trình luyện thiếc lò phản xạ.8.1. Thu bụi trong xiclon.8.2. Thu bụi điện.

9. Hỏa tinh luyện thiếc.8.1. Sơ đồ hỏa tinh luyện.8.2. Thiết bị hỏa tinh luyện.8.3. Khử tạp chất.

10.Điện phân tinh luyện thiếc.10.1. Cơ sở lý thuyết.10.2. Sơ đồ hệ thống điện phân.

10.3. Chế độ làm việc .10.3.1. Điện áp bể điện phân.10.3.2. Mật độ dòng điện.10.3.3. Tiêu hao điện năng và hiệu suất dòng điện.10.3.4. Tuần hoàn dung dịch.

B. Chuyên đề nâng cao năng suất chất lượng quá trình luyện thiếc.C. Tính toán công nghệ luyện thiếc.D. Kết luận.Mục lục.

Note: - Sinh viên làm đồ án trên giấy A4, sau khi duyệt đạt yêu cầu mới được viết

và đóng quyển.- Sinh viên có thể viết tay hoặc chế bản in ( font: Times New Roman; Font

size: 14; Paragraph: line spacing, Multiple 1.15; page setup: top 2 cm, bottom 2cm, left 2.5 cm, right 2cm ).

Điện phân tinh luyện thiếc :

* Cơ sở lý thuyết điện phân tinh luyện thiếc

Quá trình điện phân tinh luyện thiếc là quá trình tinh luyện kim loại, anốt là thiếc thô đưa

vào tinh luyện, catốt là thiếc sạch được đưa vào để tích tụ dần thiếc kim loại. Trong quá trình điện

phân thiếc anốt tan dần ra tạo thành ion thiếc 2

Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý điện phân thiếc

Tại anốt có phản ứng:

Sn 0 - 2e = Sn+2

Các ion thiếc 2 trong dung dịch chuyển động dưới tác dụng của điện trường

đến catốt, nhận điện tử của catốt và chuyển thành nguyên tử thiếc bám vào bề mặt

catốt. Các nguyên tử tích tụ dần, hình thành tinh thể lớn trên bề mặt catốt.

Sn+2

-+

Phản ứng điện hoá xâỷ ra ở catốt như sau:

Sn+2 + 2e = Sn0

Quá trình điện hoá xẩy ra tuân theo định luật Faraday:

m = (1/96500) . (A/n ) . I . t

Ở đây:

A nguyên tử gam

m là lượng kim loại thoát ra ở cực , tính bằng gam

n là hoá trị của thiếc khi tham gia phản ứng đện hoá, đối với thiếc là 2

I là dòng điện đưa vào điện phân, amper

t là thời gian điện phân , tính bằng giây.

Đối với điện phân thiếc, anốt đưa vào có nhiều tạp chất, các tạp chất đó là As;

Bi; Cu; Pb; Sb; Fe. Thế điện cực của các nguyên tố này như sau:

Sn Sn+2 0 = -0.136v

Pb Pb+2 0 = -0.126 v

Bi BiO+ 0 = +0.32v

As AsO2+ 0

= +0.247v

Sb Sb2O3 0 = +0.152v

Fe Fe+2 0 = -0.44v

Theo nguyên tắc chung của quá trình hoà tan kim loại trên anốt, chì, sắt, thiếc

đều bị hoà tan. Các nguyên tố Bi; A s; Sb; Cu; sẽ không bị hoà tan vào dung dịch.

Trong môi trường axit sunphuric chì tạo với ion sunphát muối sunphát chì kết

tủa với tích số tan là 10-8 , do phản ứng này mà chì sẽ không bị hoà tan vào dung dịch

mà cũng nằm lại anốt cùng với các nguyên tố tạp chất khác. Quá trình anốt xẩy ra sẽ

chỉ có sắt và thiếc đi vào dung dịch. Hàm lượng sắt trong anốt nhiều hay ít sẽ quyết

định nồng độ của nó trong dung dịch chất điện ly.

Quá trình catốt, do hàm lượng các tạp chất trong dung dịch rất nhỏ bé so với

nồng độ chất chính là thiếc cho nên kết tủa trên catốt các tạp chất chỉ vào catốt với

dòng điện tới hạn của nó và vì vậy thiếc điện phân có độ sạch ở mức cao.

Điện cực trong điện phân tinh luyện thiếc: điện cực dương ( anốt) được đúc

bằng thiếc thô có chiều dày đủ điện phân 2 chu kỳ (15 mm ) có chiều dài và chiều

1 2 3

4 5

6

7

8

A

V

U

rộng nhỏ hơn ca tốt mỗi chiều 10mm. Nhiệt độ đúc tấm duy trì 2500C-3000C. Trọng

lượng mỗi tấm cực 35- 38kg được bố trí theo kiểu thẳng đứng. Có chiều dài và chiều

rộng nhỏ hơn catốt mỗi chiều 10mm.

Ca tốt được đúc bằng thiếc sạch càng mỏng càng tốt. Ca tốt trọng lượng 2 kg,

dày 0,5mm.

Thao tác đúc rót phải nhẹ nhàng chính xác tránh rơi vãi và gây mất an toàn.

Khi rót phải điền đầy hết khuôn, rót xong dùng tấm gạt vớt sạch bã trên mặt thỏi đúc.

Đảm bảo bề mặt tấm cực đúc phẳng,nhẵn, không còn bã.

Cấu tạo của bể điện phân,

Bể điện phân tinh luyện thiếc: dạng hình hộp để hở một mặt phía trên

( tiết diện hình chữ nhật) Chiều dài của bể :1-1,2m

Chiều rộng của bể : 80 cm

Chiều cao của bể : 1 m

Hình 2-4. sơ đồ thiết bị điện phân thiếc

1. Ổn áp 2. Chỉnh lưu

3. Ampe kế 4. Ca tốt

5. A nốt 6. Bình điện phân

1. Dung dịch điện phân 8. Vôn mét

* Sơ đồ hệ thống điện phân:

* Các thiết bị trong dây chuyền công nghệ:

1. Bộ nguồn điện một chiều: 50 V - 1500 A

2. Bơm chịu axít: công suất 5m3 /h.

3. Bể điều chế dung dịch điện phân và bể điện phân

Thiếc sạch (99,95% Sn)

H2SO4 Thiếc Thô

Cán ca tốt Điều chế dd điện phân H2SO4

Đúc a nốt

Dd Sn2+

Nguồn điện 1 chiều Điện phân Phụ gia hữu cơ

Bùn AnôtThiếc sạch

Đúc thỏi Thiêu

Đúc catot

Sản phẩm Hoà tách

Nhập kho Lò phản xạ

Hình 2-5: Sơ đồ điện phân tinh luyện thiếc 99,95 % Sn

Bể điều chế dung dịch và điện phân dùng loại kích thước: 1500 x 800 x x1150

mm. Bể làm bằng nhựa dầy 5 mm. Dung tích bể 1m3 . Bể có đường dung dịch vào, ra

qua phễu hứng, có ống thoát ở đáy để thau rửa và thu hồi bùn bị rơi vãi khi thao tác.

Bể được kê trên 4 trụ sứ cách điện.

Tổng cộng có 45 bể điện phân, chia làm 3 dãy bể. Mỗi dãy có 15 bể, được xếp

liền nhau, các bể trong một dãy được gông với nhau bằng giằng thép.

4. Màng ngăn dùng cho điều chế dung dịch điện phân thiếc

Màng ngăn được làm bằng hộp gỗ, có kích thước: 650 x 900 x 80.

5. Bể cao vị:

Bể dạng hình trụ bằng nhựa, dung tích 2m3. Dùng để luân lưu dung dịch.

6. Bể trung gian:

Bể dạng lục lăng, bằng nhựa, dung tích 6m3. Dùng để pha hoạt tính và trung

chuyển luân lưu giữa các bể điện phân và bể cao vị.

* Chuẩn bị anốt:

Trước khi đúc cần kiểm tra khuôn đúc đảm bảo khô ráo, khuôn đúc được kê

cân bằng.

Kiểm tra các dụng cụ thao tác (Pa lăng, gầu rót,tấm gạt…).

* Nguyên lý và các yêu cầu cơ bản khi chọn dung dịch điện phân tinh luyện thiếc:

Điện phân tinh luyện thiếc là quá trình hòa tan và kết tủa có chọn lọc các kim

loại và ion dựa vào sự chênh lệch thế điện cực của chúng trong dung dịch ở trong đó

anot là kim loại thô cần tinh luyện còn ca tot là kim loại đã được làm sạch. Điều quan

trọng nhất trong công nghệ điện phân tinh luyên. xác định được dung dịch điện phân

thích hợp. Dung dịch điện phân tinh luyện thiếc thoả mãn các yêu cầu chính sau:

- Dễ dàng điều chế dung dịch điện phân, giá thành không cao.

- Khi điện phân không tạo thành khí độc.

- Thiếc kết tủa ở catot không bị hòa tan trở lại vào dung dịch: mịn bằng phẳng.

- Dung dịch điện phân phải có độ dẫn điện thích hợp.

- Thành phần dung dịch ổn định, đảm bảo thuận lợi cho qúa trình công nghệ.

- Đảm bảo tuổi thọ của bể điện phân.

- H2SO4 ( a xít sunpuric) : tỷ trọng > 1,8 ( 96-98%). đặc sánh, trong suốt ,

không mầu, không chứa cặn bẩn

- Bnaptol: màu trắng ngà,tan hoàn toàn và dễ tan trong cồn,không có sạn bẩn

- Giêlatin: Mầu vàng rơm, trong suốt, tan hoàn toàn trong nước nóng, không có

sạn bẩn.

- Cồn công nghiệp: 96%, không có màu xanh, không chứa tạp chất kim loại nặng.

như Asen, Antimon… không chứa cặn bẩn.

- Nước lọc ion: Trong sạch không chứa sạn bẩn

- Các anion Cl< 0,1mg/l

- Các ion kim loại: Ca+2,Mg+2, Cu+…vv …< 0,1mg/l.

*Điện áp bể điện phân:

Điện thế bể điện phân thiếc, phụ thuộc vào thế phân cực của a nốt, ca tốt, điện

thế giáng của dung dịch trong khoảng giữa hai cực, điện trở tiếp xúc, điện trở của bể

được tính như sau:

U = a

+ k

+ IR + IRTX

Vì đo trực tiếp nên IRTX coi như bằng không mặt khác a

và k

biến đổi

theo thời gian nên điện thế bể điện phân cũng thay đổi theo thời gian .

Thế phân cực catốt giảm theo thời gian tương đối ít nên ảnh hưởng tới bể U không lớn.

Thế phân cực anốt tăng theo thời gian rất lớn nhất là ở cuối chu kỳ điện phân

nên ảnh hưởng rất lớn đến U bể điện phân.

Cường độ dòng điện có ảnh hưởng tới U. điện phân với mật độ dòng điện lớn

điện thế bể điện phân càng lớn.

Quan hệ giữa điện thế bể điện phân với thời gian điện phân và mật độ dòng

điện được biểu diễn ở hình 2- 4.

Thông thường điện phân với mật độ dòng điện khoảng từ 70 ữ100A/m2 thì

điện thế bể điện phân nằm trong khoảng 150 ữ300 mV, nếu điện thế > 400 mV thì

phải dừng bể thay ca tốt và cọ rửa anốt.

Hình 2- 5. Quan hệ U với thời gian điện phân

Mật độ dòng điện:

Mật độ dòng điện có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất bể điện phân, chất

lượng thiếc tinh, hiệu suất dòng điện, tiêu hao điện năng, chu kỳ điện phân…..

Vì vậy xác định mật độ dòng điện hợp lý cho qúa trình điện phân là vấn đề

cực kỳ cần thiết.

Trong điện phân thiếc thường sử dụng mật độ dòng điện từ 50 ữ 200 A/m2,

thông dụng nhất là từ 75 ữ 150 A/m2.

Mật độ dòng điện ảnh hưởng chất lượng thiếc ở ca tốt. Mật độ dòng điện cao

phân cực anốt lớn, khả năng tan của các tạp chất vào dung dịch điện phân càng lớn

làm giảm chất lượng thiếc sau điện phân, muốn thu được thiếc chất lượng cao phải

điện phân ở mật độ dòng điện thấp. Thông thường điện phân ở dòng điện 100 A/m2

thu được thiếc loại I, muốn thu được thiếc cao hơn thì điện phân ở mật độ dòng điện

60 ữ 70 A/m2.

- Ảnh hưởng mật độ dòng điện đến chu kỳ điện phân, thế phân cực anốt.

Thế phân cực anốt tăng theo thời gian. Khi mật độ dòng điện cao mức tăng

càng lớn, mối quan hệ này được biểu diễn bằng hình 2- 5.

200

300

400

500

600

700

0 20 40 60 80 100 120

§ iÖn l î ng Ah

§iÖ

n ¸

p b

Ó ®

iÖn p

h©n m

V

200A/m²150A/m²

100A/m²

Thế phân cực ca tốt phụ thuộc vào thời gian điện phân và mật độ dòng điện

được biểu diễn ở hình 2 – 6.

Hình 2-6 . Sự phụ thuộc thế phân cực anốt với thời gian điện phân

Chế độ cấp điện

Trong điện phân nói chung thì người ta thường áp dụng thay đổi chế độ cấp

điện ( chập dòng 1 chiều với xoay chiều hay dòng một chiều đổi cực) nhằm mục đích

tăng mật độ dòng điện lên mà vẫn thu được kim loại kết tinh ở dạng mịn, chắc, thậm

chí dòng điện tăng xấp xỉ dòng tới hạn mà H+ vẫn không phóng điện.

Trong điện phân tinh luyện thiếc chỉ áp dụng dòng một chiều đổi cực sơ đồ

được biểu diễn ở hình 2-7.

: - Chu kỳ đổi cực

t+ : - Thời gian tồn tại dòng dương

t- : - Thời gian tồn tại dòng âm

*Tiêu hao điện năng và hiệu suất dòng điện:

Tiêu hao điện năng được tính như sau:

0

i -

i+

i

t (s)

t+ t-

Hình 2-7: Chế độ cấp điện

100

200

300

400

500

20 40 60 80 100 120Điện lượng Ah

Điện p

hân cực

anốt

a

mV

200A/m²150A/m²

100A/m²

ttm

tIUW tb ..

¦ ( KWh/tấn)

Trong đó:

W – Tiêu hao điện năng (KWh/tấn).

U - Điện áp bể ( V).

I – cường độ dòng điện (A).

t- Thời gian điện phân (h).

Mtt – lượng kim loại thực tế thu được (T).

Trong điện phân thiếc tiêu hao điện năng phụ thuộc mật độ dòng điện.

Thông thường nếu : Mật độ dòng 100A/m2 thì W là 100 KWh/tấn

Mật độ dòng 150A/m2 thì W là 133 KWh/tấn

Mật độ dòng 200A/m2 thì W là 207 KWh/tấn

Hiệu suất dòng điện được tính như sau :

lt

tt

m

m .100

tI

mtt

..2,2 .100

Trong đó :

mtt - khối lượng kim loại thực tế thu được.

mLT – Khối lượng kim loại thu được tính theo định luật Farađây.

Hiệu suất dòng điện cũng phụ thuộc mật độ dòng điện, thông thường tăng mật

độ dòng điện thì giảm hiệu suất dòng điện. Trong điện phân thiếc hiệu suất dòng điện

thường dao động từ 80 - 90%.

Vấn đề tuần hoàn dung dịch;

Tuần hoàn dung dịch là vấn đề quan trọng trong qúa trình điện phân, ngoài

tuần hoàn một cách tự nhiên người ta còn tiến hành tuần hoàn cưỡng bức. Tuần hoàn

có tác dụng làm đồng đều thành phần dung dịch điện phân, đồng đều lượng chất hoạt

tính bề mặt cho vào, đồng đều nhiệt độ các vùng trong bể điện phân.

Tuy nhiên tuần hoàn quá mạnh cũng không tốt vì dung dịch bị xáo trộn mạnh,

bùn sẽ làm bẩn dung dịch, từ đó làm giảm chất lượng thiếc điện phân.

Người ta tiến hành tuần hoàn bằng phương pháp sau:

- Khuấy cơ học

- Sục bằng không khí

- Bơm tuần hoàn dung dịch

Trong quá trình điện phân mật độ dòng điện càng cao, tốc độ tuần hoàn dung

dịch càng lớn.

3.9. Tính cân bằng nhiệt của lò phản xạ

3.9.1 Các khoản nhiệt thu

a. Nhiệt vật lý của không khí.

0

1 .. kkkk tmCQ

Nhiệt độ của không khí đi vào lò từ 20ữ250C ( chọn 250C) ở nhiệt độ này tỷ

nhiệt của không khí là C= 0,235 Kcal/kg0C.

Khối lượng của không khí tính theo khí ẩm biết ;/9,18 3mg

xmH 0315,0371,69,18.18

0.03x6,06802

02HKKttKK mmm

= 17,1165x 120,88417,085x 114,513 0315,0371,6 x

Ql= 88,489x 624,9700,235.2217,1165x). (120,884

b. Nhiệt vật lý của liệu lò

Q2=0.2.121,36.22 = 533,984 Kcal

c. Nhiệt vật lý do than đốt mang vào

Giả thiết nhiệt độ của than đốt khi vào lò là 20- 250C ( chọn 220C ) tỷ nhiệt

trung bình của than là C = 0,14Kcal/Kg0C

Q3 = 0,14.x.22 = 3,08x

d. Nhiệt do phản ứng tạo xỉ

Phản ứng FeO + SiO2 = FeO.SiO2 + 276 (Kcal)

Khối lượng FeO đi vào xỉ mFeO =4,146 kg

893,1572

4,146.2761 q (Kcal )

676,2556

3,81.377,42 q ( Kcal)

Q4=q1+q2 =15,893 +25,676 = 41,569 ( Kcal)

e. Nhiệt do cháy của x kg than

Q5 = Qp.x= 7127,5.x (Kcal)

g. Nhiệt do than hoàn nguyên cháy tạo ra.

Q6 = 7127,5. 15,36 = 109478,4 (Kcal)

Tổng các khoản nhiệt thu là:

ThuQ = 88,489x 624,970 +533,984+3,08x+ 41,569+7127,5.x+109478,4

=110678,923 +7219,069x

3.9.2 Các khoản nhiệt chi:

a. Nhiệt do xỉ mang ra khỏi lò:

Cho rằng nhiệt của xỉ ra khỏi lò là 1200oC -1300oC, nhiệt hàm của xỉ ở nhiệt

độ này là i= 325 Kcal/kg

Q’1 = i.mxỉ = 17,84.324 = 5798 Kcal

b. Nhiệt nung nóng liệu:

Cho rằng nhiệt độ cần cung cấp cho liệu đạt nhiệt độ công nghệ là 1200oC tỷ

nhiệt trung bình của liệu là C= 0,3 ữ 0,5 Kcal/kgoC

Q‘2=C.m2.(t1-t2) = 0,5. 121,36.(1200- 20 ) = 71602 Kcal

c.Nhiệt do khí mang ra khỏi lò

Giả thiết nhiệt độ của khí ra khỏi lò là 7000C ở nhiệt độ này tỷ nhiệt của các

khí tính như sau:

2coC =2,05+0,000046t=2,05+0,000046.700=0,23(Kcal/kgoC)

Tương tự như vậy:

coC = 0,1836 + 0,00006.700 = 0,2(Kcal/kgoC)

2soC =0,139 + 0,000031.700 = 0,158(Kcal/kgoC)

2NC =0,241 + 0,000018.700 = 0,252(Kcal/kgoC)

2oC = 0,21 +0,0000156.700 = 0,22(Kcal/kgoC)

OHC2 =0,463+0,000062.700 = 0,5(Kcal/kgoC)

Nhiệt của các thành phần khí mang đi là:

xxtmCq KCOcoCO 408,301731,5781700).848,1449,35.(233,0.. 0

222

xxtmCq KCOcoCO 76,10926,351700).784,0509,2.(2,0.. 0

xxtmCq KSOOS so 72,132533,2048700).2,1522,18.(158,0.. 0

22 2

xxtmCq KNNN 87,2380026,15958700).497,13465,90.(252,0.. 0

222

xxtmCq KOoO 214,184606,4379700).196,1439,28.(22,0.. 0

222

xxtmCq KOHOHOH 5,102123700).03,0068,6.(5,0.. 0

222

Q‘3= 2COq + COq + 2OSq + 2Nq + 2Oq + OHq

2 =30642,956 +3119,472x

d. Nhiệt do bụi mang đi Q‘4

Giả thiết tỷ nhiệt của bụi là C = 0,3 – 0,6 kcal/kg0C ( chọn C= 0,5). Nhiệt độ

của bụi ra khỏi lò là 7000 C.

Q‘4= Cbụi.mbui.tbụi = 0,5.3,993.700 = 1397,55 Kcal

e. Nhiệt chi cho phản ứng thu nhiệt:

* Phản ứng hoàn nguyên SnO2 Sn

2SnO2 + 3C = 2Sn + 2CO +CO2 – 130716 kcal

612,372372.151

71686,032.130 q1

* Phản ứng hoàn nguyên Fe2O3 FeO

Fe2O3 +C =2FeO +CO – 42684 kcal

kcal049,1106160

44,146.4268 q 2

'

* Phản ứng hoàn nguyên Fe2O3 Fe

Fe2O3 +3C =2Fe +3CO – 108000 kcal

kcal25,344112

000,357.1080 q 3

'

Q‘5= 1q + 2

'q + 3'q = 38687,911 kcal

g. Nhiệt do cháy không hoàn toàn của than đốt

Q‘6= k.x.Qp chọn k = 0,05

Q‘6= 0,05 .x.7127,5 =356,4x

h. Các khoản mất mát khác

Thực tế cho thấy các khoản mất mát nhiệt khác của lò thường chiếm 25% tổng

lượng nhiệt thu :

Vậy ta có Q‘7= 0,25 .( 110678,923 + 7219,069x) =27669,73+1804,767x

chiQ Q‘1+ Q‘

2+ Q‘3+ Q‘

4+ Q‘5+ Q‘

6+ Q‘7 = 175789,147 + 5280,639x

*Tính tổng lượng than lý thuyết

Thiết lập cân bằng nhiệt giữa tổng nhiệt thu và tổng nhiệt chi ta có phương

trình chithu QQ

110678,923 +7219,069x = 175789,147 + 5280,639x

x = 33,589 kg

*Tính lượng than đốt thực tế

Lượng than đốt thực tế thường lấy dư so với lý thuyết từ 20 % -50% ( chọn

30% ) vậy ta có lượng than đốt thực tế 33,589. 1,3 =44 kg

Từ kết quả tính toán ta lập được bảng cân bằng nhiệt ( bảng 3.8 )

Bảng 3 – 8 : Bảng cân bằng nhiệt cho 100 Kg tinh quặng

T

TCác khoản nhiệt thu Kcal Tỉ lệ (%) TT Các khoản nhiệt chi Kcal

Tỉ lệ

(%)

1 Nhiệt vật lý của K. khí 3597,227 1,019 1 Nhiệt do xỉ mang ra khỏi lò 5798 1.642

2 Nhiệt vật lý của liệu lò 533,984 0,151 2 Nhiệt nung nóng liệu 71602 20.27

3 Nhiệt vật lý của than đốt 103,454 0,029 3 Nhiệt do khí mang ra khỏi lò 135422.901 38.35

4 Nhiệt do p/ư tạo xỉ 41,569 0,012 4 Nhiệt do bụi mang đi 1397.55 0.396

5 Nhiệt cháy của than đốt 239405,67 67,79 5 Nhiệt chi cho p/ư thu nhiệt 38687.911 10.95

6 Nhiệt do than h/n cháy 109478,4 31 6 Nhiệt do cháy k0 hoàn toàn của than đốt 11971.1196 3.39

Chênh lệch 7,002 1,983.10-5 7 Các khoản mất mất khác 88287.824 25

Tổng nhiệt thu

3531

67.306

10

0Tổng nhiệt chi

353167.306 100

3.9.3 Các chỉ tiêu kỹ thụât của lò:

a. Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích

c

tl

Q

QQ

lQ : lượng nhiệt nung nóng liệu W

tQ :Nhiệt đo phản ứng toả nhiệt W

cQ : Lượng nhiệt đốt cháy nhiên liệu W

299,067,239405

569,4171602

c

tl

Q

QQ So sánh với bảng sử dụng nhiên liệu có

ích của các loại lò ta thấy phù hợp ( lò buồng = 0,15ữ0,3 )

b. Suất tiêu hao nhiệt và nhiên liệu tiêu chuẩn:

- Suất tiêu hao nhiệt:

b=P

QB t

d

29300

3600.. ( P là năng suất lò,kg/h; B lượng tiêu hao nhiên liệu

kg/s,m3/s; t

dQ nhiệt trị thấp của nhiên liệu kj/kg;kj/m3;)

thay vào ta có

395,02500.29300

3600.67,239405.033589,0b

So sánh ta thấy phù hợp với lò buồng nhiệt luyện ( 0,100,5 )

Hệ số sử dụng nhiệt là chỉ tiêu quan trọng trong đánh giá mức độ sử dụng nhiệt

trong lò buồng

12140..... PVBtCVBQQQ KKKKnlCapnhiet

Ta có thể sử dụng công thức sau để tính hệ số sử dụng nhiệt:

C

KKC

Q

QQQ 3 Trong đó : Q3 là lượng nhiệt do vật cháy mang đi

Q3 =135422,9

QC =239405,597

QKK = 695,8

44,0239405,597

135422,9695,8239405,597

Phù hợp với lò phản xạ vì hệ số sử dụng nhiệt ở lò phản xạ rất thấp.

3.10.Tính toán kiểm tra thiết bị điện phân

Một số dữ liệu cơ bản, căn cứ để tính toán kiểm tra thiết bị điện phân của Xí

Nghiệp Luyện kim màu I Thái Nguyên.

1. Công suất P = 500 tấn/năm , hàm lượng Sn = 99,95%

2. Máy biến thế: 100 KVA

3.Bộ nguồn chỉnh lưu: 1000-2000 A

4. Mật độ dòng điện : 100 A/m2 ( A tổng 800-950A)

5. Điện áp bể điện phân : 0,35 V

6. Điện áp một chiều : từ 0.3-0.9vôn/bể

7. Kích thước Catôt: 62x80 cm nặng khoảng 3-3,5 kg

8. Kích thước Anôt: 55 x75 cm, nặng khoảng 35-40 kg, chiều dày da= 1cm

9. Dung dịch điện phân có nồng độ ion thiếc 25 g/l- 40g/lit và độ axit đạt từ

50g/l-80g/l.

10. Thể tích bể điện phân: Vbể = 1000 l

11. Chu kỳ thay Anôt: 90- 100 h

12. Khoảng cách hai Ca tốt: 10cm

13. Khoảng cách các cực: 5cm.

14. Tiêu hao về điện năng 186 KWh/tấn

15. Hiệu suất dòng điện = 0,85.

a. Tính số lượng bể điện phân tinh luyện:

Khi tính thiết bị điện phân kim loại với mục đích tinh luyện hoặc mục đích điện phân

kim loại từ dung dịch, có thể sử dụng công thức sau để tính dòng điện tổng

)..24./(10. 6 qnpI A.h/h (1).

Trong đó:

n – số ngày làm việc trong năm.

q- Đương lượng điện hoá, đối với Sn+2, q = 2,214 g/A.h.

- Hiệu suất dòng điện.

Nếu chọn ngày làm việc trong năm là 246 ngày, ta có:

./.000.45)85,0.214,2.24.246/(10.500 6 hhAI

Điều này có hàm ý để đảm bảo sản lượng 500 tấn / năm, với chỉ tiêu kỹ thuật

trên số ngày làm việc tối thiểu một năm là 246 ngày.

Số lượng bể tinh luyện NB được xác định theo công thức:

NB= 451000

45000

i

I ( bể).

b. Vấn đề cung cấp điện và thanh dẫn của bể điện phân

Có nhiều cách mắc điện ở bể điện phân. Cho dù mắc thế nào thì anôt và

catôt trong cùng một bể đều mắc song song.

Trong thực tế có nhiều cách sắp xếp bể điện phân, có thể áp dụng kiểu bố trí sau:

Các bể điện phân mắc nối tiếp, thanh dẫn chính đặt ở hai đầu thành ngoài

của bể đầu và bể cuối. Điện áp nguồn một chiều cung cấp cho hệ thống điện phân

được tính theo công thức (3):

U = K. NB.UB (3) Trong đó:

K – Hệ số tính đến tổn thất trên thanh cái chung, K = 1,1- 1,15.

UB – (Điện áp các bể ) UB = 1,15.45.0,35 = 18,1 V.

Thực tế điện phân dung dịch nước ở một số xưởng, cũng có cách lựa chọn

khác: Lấy tổn thất trên đường dây khoảng 6V. trong trường hợp đó:

U= (45.0,35)+ 6 = 21,75 V. Cả hai cách tính kiểm tra đều có U< U lăp đặt

(Ulăp đặt = 0ữ 25 v)

Về thanh dẫn điện :

Với cường độ dẫn điện lớn của các bể điện phân, cần quan tâm đến vật liệu

và kích thước( tiết diện) của thanh dẫn.

Vật liệu: dùng đồng kim loại, Mác M1 hoặc M2.

Liên quan đến kích thước (tiết diện) của thanh dẫn là việc chọn mật độ dòng

điện của thanh cái chủ là 1,5ữ1,7 A/mm2, ở thanh cái trên bể từ 2ữ 2,5 A/mm2.

Tính kiểm tra mật độ dòng điện trong thanh dẫn đồng:

D= i/S = 1000/150.5 =1,33A/mm2

Số liệu này thấp hơn mật độ dòng điện cho phép trong đồng khi làm thanh

dẫn cho bể điện phân dung dịch nước.

Tính dáng thế ngoài bể điện phân:

Điện trở suất của đồng:

t = 200C P0 = 0,0175 mm2/m ; 004,0

)20(1 tPt chọn nhiệt độ của thanh dẫn đồng là 600C, ta có

)2060(004,01 tP mmmPt /0203,0 2

Không tính đến dáng thế do tiếp xúc hàn hoặc tiếp xúc ép ( để có số liệu tham

khảo, chỉ ước lượng) Giả thiết rằng việc truyền điện trong các thanh dẫn đồng bằng:

R = P.(I/S) = 0,0203.( 38+155)/(150.5) = 5,22.10-3

Lưu ý nếu cường độ dòng điện i = 1000A, ta tính được dáng thế ngoài bể điện

phân:

VUngoai 22,51000.10.22,5 3

Rõ ràng là tiết diện thanh dẫn càng lớn thì dáng thế ngoài bể điện phân càng

nhỏ, dẫn tới tiết kiệm điện năng. Tuy nhiên như vậy tốn vật tư

c. Tính kích thước bể và số lượng các cực Catốt và Anốt:

Căn cứ vào mật độ dòng điện đã chọn, tính kích thước trong của bể và số lượng các cực.

Gọi F là tổng diện tích catốt trong bể, ta có:

F= i/D = 1000/100 = 10m2.

Từ đó tính thể tích bên trong của bể VB:

VB = F/f

Trong đó:

f – Hệ số đặc trưng cho hiệu quả của bể; tức số lượng m3 làm việc của catốt

trong 1 m3 của bể . Trong điện phân tinh luyện thiếc thường chọn f nằm trong khoảng

10 ữ13 m2/ m3.

Nếu chọn f = 10 m2/ m3 ta có thể tính VB như sau:

VB= 10/10 = 1 m3. ( Thể tích bể điện phân của Xí Nghiệp LKM một Thái Nguyên

nằm trong sự lựa chọn này ( 1000l ).

Số lượng các cực được xác định theo công thức (6) :

n = F/ 2.h.b (6)

Trong đó:

h,b – Tương ứng với chiều cao, chiều rộng của cực điện.

Theo số liệu của Xí nghiệp LKM một Thái Nguyên, kích thước làm việc của

catốt là 0,8x0,62 m2, của anốt là 0,75x0,55 m2.

Diện tích một mặt của ca tốt là:

Sa = 0,8.0,62 = 0,496 m2 0,5 m2.

Số lượng catốt (nK) trong bể : nK = 10/( 2.0,5) =10.

Do ở thành bể ca tốt chỉ phóng điện một mặt nên số lượng catốt trong một bể là

nK =11, còn số lượng anốt (na) trong trường hợp không dùng màng ngăn đối với thiếc :

nK =na +1 na = 10 .

d. Trọng lượng anốt, chiều dầy anốt:

Kích thước anôt bao giờ cũng nhỏ hơn kích thước catốt, mỗi chiều thường

thường khoảng 1-3cm, nhằm tránh tạo thành tinh thể nhánh cây ở mép catốt, anốt cần

bền và cứng, không bị cong vênh hay biến dạng.

Điện phân tinh luyện thiếc theo nguyên tắc hòa tan, tiêu hao dần theo thời gian,

trọng lượng anốt được xác định theo công thức:

.310..15,1.....2 KgqDbhP

aaaa

Trong đó: ha,ba - Kích thước anốt ( m).

q - Đương lượng điện hóa ( g/A.h).

- hiệu suất dòng điện, phần đơn vị.

1,15 – Hệ số liên quan đến trọng lượng không sử dụng của tàn cực anốt thường vào

khoảng 15%.

- Thời gian hao mòn của anốt (h).

Trong quy trình tinh luyện thiếc của Xí nghiệp LKM một Thái Nguyên, chu

kỳ thay anốt ( thời gian hao mòn của a nốt) là 90 – 100 h.

Với = 100h, tính theo công thức (7) ta có trọng lượng anốt( Pa) :

Pa= 2.0,55.0,75.100.2,214.0,85.1,15.100.10-3 = 53,56 Kg.

Việc chọn trọng lượng anốt từ 30 – 40 kg sẽ đảm bảo thời gian hao mòn của

anốt dài hơn, tức chu kỳ thay anốt kéo dài ra, cụ thể là:

=( 37,5.103)/2.0,55.0,75.100. 2,214.0,85.1,15) = 210 h 9 ngày đêm.

Điều đó chứng tỏ rằng,nếu anốt có trọng lượng 37,5 Kg, chu kỳ thay anốt là

chín ngày đêm. Điều này sẽ được điều chỉnh qua thực tế.

Đã biết trọng lượng Anốt ta tính chiều dày anốt ( da = Pa/ ( 10. .ha.ba) (cm).

Trong đó:

- Là mật độ kim loại, đối với thiếc = 7,3 g/cm3.

da = 37,5/ ( 10.7,3.0,75.0,55) = 1,2 cm.

Kích thước thực tế tại phân xưởng của Xí nghiệp LKM Một Thái Nguyên cũng

nằm trong khoảng này.

e)Bể điện phân:

Bể điện phân là thiết bị trung tâm của công nghệ tinh luyện thiếc bằng phương

pháp điện phân.

Kích thước bên trong của bể( hình 3-9).

Chiều dài : LB = n.lc + 2lm .

Chiều rộng : BB = bk + 2l

Chiều sâu : HB = hK + hdưới + htrên

Trong đó :

Lc – Khoảng cách giữa hai mặt đối xứng của ca tốt, cm. thường chọn l c bằng 14

cm. tuỳ thuộc vào chiều dày anốt da. khoảng cách giữa các mặt giữa catốt và anốt

thường vào khoảng 2 – 5 cm. Trừ trường hợp điện phân có màng ngăn.

Xưởng điện phân tinh luyện thiếc của Xí Nghiệp LKM I Thái Nguyên chọn

lc = 10 cm. , da= 1cm. khoảng cách giữa các mặt của anốt và catốt bằng thông

thường bằng (10-1)/2 = 4,5 cm. Kết quả này phù hợp với khoảng cách giữa các mặt

catốt và anốt ( từ 2- 5cm )

lm – khoảng cách từ cực điện cuối tới thành bể , thường chọn 10 15 cm.

bk – chiều rộng ca tốt,cm

l - khoảng cách từ mép dưới catốt tới mép trên của bể, thường chọn 5cm.

hK – Chiều cao catốt ( cm )

hdưới – Khoảng cách từ mép dưới của catốt tới mép trên của bể, thường bằng 810cm.

Từ công thức (9) và các số liệu nêu trên, ta có :

Chiều dài lòng bể:

LB = ( 10.10) + (2.15) = 130 cm

* Cách bố trí bể điện phân

Bố trí bể trên cùng một mặt bằng, không có bể cao bể thấp. Dung dịch điện

phân được phân cấp thẳng vào tường bể.

Các bể điện phân lại được phân bố thành từng tổ. Thanh dẫn chính đặt ở thành

ngoài của hai bể đầu và cuối. Các đầu cực khác dấu của hai bể liền nhau nối trực tiếp

với nhau bằng đầu cặp,các bể được ghép lại cứ năm đến ba mươi bể thành một tổ.

Thực tế ở công ty kim loại màu Thái Nguyên đã lựa chọn kiểu này các bể được

ghép lại, 15 bể thành một tổ tổng số có ba tổ gồm 45 bể. Kiểu bố trí này thuộc loại

tiên tiến, tiết kiệm được đồng làm thanh dẫn và giảm diện tích nhà xưởng.

e) Bể điện phân:

Bể điện phân là thiết bị trung tâm của công nghệ tinh luyện thiếc bằng phương

pháp điện phân.

LB

lmlc

BB

da

bk

l

Hình 3-9 : Sơ đồ bể điện phân tinh luyện thiếc anốt hoà tan

Kích thước bên trong của bể ( xem hình 3- 9).

Sơ đồ điện phân tinh luyện thiếc anốt hoà tan trong Hình 3-9:

Chiều dài lòng bể LB = (10.10) + (2.15) = 130 cm

Chiều rộng lòng bể:

BB = 62 + (2.5) = 72 cm

Chiều cao lòng bể:

HB = 80 + 25 + 10 = 115 cm

( Chọn hdưới =25 cm, htrên = 10 cm)

Thể tích bể:

VB = 1,3 . 0,72. 1,15 = 1,076 m3

So sánh với kích thước bể điện phân trong thiết kế : VB = 1,48.0,73.0,95 = 1,026 m3

thấy tương đối phù hợp.

Vật liệu làm bể điện phân:

Bể điện phân dung dịch nước có thể làm nhiều vật liệu khác nhau: gỗ, bê tông cốt

thép, vật liệu chịu axit, thép trong lót chì, nhựa.

Bể điện phân bằng nhựa ( ở Xí Nghiệp LKM Một Thái Nguyên) có các ưu điểm:

Chịu axit, cách điện tốt, khắc phục được hiện tượng đoản mạch giữa các cực điện

với thành bể, trọng lượng bể nhẹ.

Cách bố trí bể điện phân.

Việc bố trí bể điện phân liên quan đến công nghệ điện phân và nhiều chỉ tiêu

kinh tế kỹ thuật. Vì vậy nó có vai trò quan trọng trong công nghệ điện phân. Có hai

kiểu bố trí bể: Kiểu bậc thang và kiểu mặt bằng.

Ở xưởng của Xí nghiệp Luyện kim màu I Thái Nguyên đã lựa chọn kiểu mặt

bằng các bể đều đặt trên một mặt bàn ngang nhau; không có bể cao thấp. Dung dịch

điện phân được phân cấp thẳng vào từng bể. Ưu điểm của kiểu bố trí này: dung dịch

đồng đều, đường dây dẫn ngắn gọn, thao tác thuận lợi.

Các bể điện phân lại được phân bố thành từng tổ. Thanh dẫn chính đặt ở thành

ngoài của hai bể đầu và cuối. Các đầu cực khác dấu của hai bể liền nhau nối trực tiếp

với nhau bằng đầu cặp.

Các bể được ghép lại, cứ 5 đến 30 bể thành một tổ. Thực tế ở xí nghiệp Luyện

kim màu I Thái Nguyên đã lựa chọn kiểu này các bể được ghép thành ba tổ mỗi tổ 15

bể, tổng cộng 45 bể. Kiểu bố trí này thuộc loại tiên tiến, có hai ưu điểm rõ rệt; tiết

kiệm đồng làm thanh dẫn và giảm diện tích nhà xưởng.

Ta thấy cách bố trí về độ cao, bể điện phân ở khoảng cách giữa bể tuần hoàn

hay bể áp lực ) và bể chứa dung dịch là hợp lý.

g) Tiêu hao điện năng:

Tiêu hao riêng về điện năng tính cho đơn vị trọng lượng kim loại điện phân

được tính theo công thức:

W = (UB . 103 ) / (q. ) KWh/t (10)

Đối với điện phân tinh luyện thiếc, ta có:

W = (0,35 . 103 ) / (2,214.0,85) = 186 KWh/t

Đối với điện phân tinh luyện thiếc ở xí nghiệp LKM I Thái Nguyên:

Trong thực tế sản xuất tại Xí nghiệp Luyện kim màu I thì tiêu hao điện khoảng

cao hơn vì lý do mất mát điện năng trong sản xuất như:

+ Do đoản mạch.

+ Do cách điện không tốt