Ғылыми журнал 1996 жылдың қарашасынан бастап екі айда бір рет шығады
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010
жүктеу/скачать 5,72 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Натуральные значения факторов
- А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010
- А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 С.С.ЕДЕНБАЕВ
- Г.Ж.ЖУНУСОВА
- Мақалада мыс өндірісінің құрамында рений-осмийі бар көпкомпонентті қоспасын өңдеудің
- А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Еденбаев С.С., Жунусова Г.Ж., Таймасова А.Н.
- О переработке рений- и осмийсодержащего...
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Ташкараев Р.А., Турабжанов С.М., Кедельбаев Б.Ш., Туртабаев С.К. Оптимизация процесса...
Из таблицы 1 видно, что промотированные катализаторы в изученных нами условиях проявляют высокую активность по циклогексану, скорость образования последнего по различному увеличивается в зависимости от количества добавки ферросплавов. Наибольшую активность проявляет катализатор из сплава с 3 масс.% ФХ. Выход циклогексана на нем при 160 0 С и 4 МПа на 60 минуте гидрирования составляет 98,0%. Одним из путей успешного решения данной задачи является автоматизация экспериментальных исследований, связанная с широким применением и использованием современных математико-кибернетических методов анализа и электронных вычислительных комплексов 4, 5, 6 . При определении оптимальных условий процесса гидрирования бензола на никелевом катализаторе, модифицированном 3% добавкой феррохромом [7], был применен метод математического планирования эксперимента. В химической промышленности наиболее широко используются планы так называемого экстремального эксперимента, разработанные для определения оптимальных условий протекания процессов в объектах исследования. Оптимум определяется по математической модели объекта исследования, которую ищут в виде полиномиального уравнения.
2 1 1 1 0
где К – количество факторов Х – изменяемые факторы В 0
i , B
ij , B
ii – коэффициенты уравнения регрессии Y – переменная состояния Наиболее часто используются два типа центрального композиционного планирования – ортогональные и рототабельные. Более надежным способом получения полинома второй степени является рототабельное планирование, основанное на постоянстве дисперсий в опытах, равно удаленных от центрального опыта, которое и применялось в настоящей работе. В результате предварительных экспериментов были выделены три фактора, оказывающие влияние на процесс гидрирования бензола в циклогексан: Х 1
Х 2 – температура процесса, 0 С.
Х 3 – давление водорода в процессе, МПа Х 4 – процентное содержание модификатора, % Таблица 2. Натуральные значения факторов Наименование Факторы Х 1 , мин Х 2 , 0 С. Х 3 , МПа Х 4 , % Нулевой уровень, Х 0
90 160
3 3 Интервал варьирования, Х 30 40
2 2 Верхний уровень, (+1) 120 200
6 5 Нижний уровень, (-1) 60 120
2 1 Уровень, (+2) 150 240
8 7 Уровень (-2) 30 80
1 -1
97
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Ташкараев Р.А., Турабжанов С.М., Кедельбаев Б.Ш., Туртабаев С.К. Оптимизация процесса...
Так как ядро плана факторов составляет полный факторный эксперимент 2 к , где к = 4 в нашем случае, тогда наличие n 0 в центре плана равно n 0 = 6 и
величина звездного плеча в рототабельном планировании равно α = 2. Тогда план и результаты эксперимента имеют вид при следующих параметрах плана к = 4, α = 2, n = 30. Находим коэффициенты регрессии и их ошибки по формулам: 2 1
ji N i i ji N i j X Y X B ji N i вос пр bj X S S 1 2 2
Значимость коэффициентов уравнений регрессий оценена по t – критерию Стьюдента с формулой bj j j S b t
где b j – j – тый коэффициент уравнения регрессии S bj
- среднеквадратичное отклонения j – го коэффициента Тогда получим: T 1
23 = 0,85
T 2 = 3,5 T 24 = 0,64
T 3 = 7,9 T 34 = 0,53
T 4 = 1,7 T 11 = 4,51
T 12 = 1,5 T 22 = 3,71
T 13 = 0,92 T 33 = 4,17
T 14 =0,92 T 44 =5,17
Табличное значение критерия Стьюдента для уровня значимости Р=0,05 и числа степеней свободы f = n 0 -1=5 равно: t 0,05 (5)=2,57 После отсева незначимых коэффициентов регрессии, для которых t- отклонение меньше табличного, уравнение регрессии имеет вид: У = 90,21 + 9,75х 1 + 1,9х 2 + 4,53х
3 + 3,12х
1 2 - 2,54х 2 2 - 2,8х 3 2 - 3,5х 4 2 Дисперсии воспроизводимости посчитаны по шести опытам в центре плана, получены следующие значения: S 2 = 6,71 и критерий Фишера Г у = S воспр 2 /S = 2,52 В 0 = 80,17 В 24
= -0,51 В 1 = 9,45 В 34 = -0,31 В 2 = 1,89 В 11 = -3,25 В 3 = 4,43 В 22 = -2,61 В 4 = -0,94 В 33 = -2,91 В 12 = -0,86 В 44 = -3,57 В 13 = 0,61 S bj = 0,53 В 14 = -0,57 S buj = 0,64 В 23 = 0,54 S bjj = 0,69 98
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Ташкараев Р.А., Турабжанов С.М., Кедельбаев Б.Ш., Туртабаев С.К. Оптимизация процесса...
Полученное уравнение регрессии адекватно эксперименту: F y = 2,52 Табличное значение критерия Фишера F табл = 8,65 для уровня значимости Р=0,05, f 1 = 20, f 2 = 3
Полученное уравнение регрессии второго порядка, адекватно описывающее почти всю стационарную область, исследуем для определения координат оптимума. Для этого полезно перейти от полинома второго порядка, полученного по результатам опыта, к стандартному уравнению: y = y s
11 x 1 2 + λ
22 x 2 2 + λ
33 x 3 2
Решение данного уравнения с использованием ПО «МАТНСAD» на ЭВМ получим: Х 1 = 0,81 Х 3 = 0,64 Х 2 = 0,52 Х 4 = 0,47 Переходя к натуральным координатам получим оптимальные значения параметров процесса Время процесса τ = 92 мин. Температура Т опт = 160
0 С Давление Р опт = 4 МПа Концентрация модификатора 3% При этих оптимальных параметрах значение выхода циклогексана равно 91,3 %.
ЛИТЕРАТУРА 1.
Кедельбаев Б.Ш., Тортбаева Д.Р., Есенбекова Г.Л. Исследование катализаторов гидрогенизации ароматических соединений. //НиОЮК. №7. 2005 г. - С. 106-108. 2.
металлургических заводов при восстановлении органических соединений. //НиОЮК. 1998. №6(15).- С.158-160. 3.
металлах VІІІ-группы. Алма-Ата: Наука. 1985. - 23 с. 4.
Ахназаров С.А., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. Москва: Высшая школа. 1985 г. - 159 с. 5.
Вища школа, 1976 г.- С. 184. 6.
Рузинов Л.П., Слободчикова Р.И. Планирование эксперимента в химии и технологии. Москва: Химия. 1980 г.- С. 280. 7.
получения промышленно-важных продуктов //Поиск. №1. 2002 г. -С. 8-10.
99
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 С.С.ЕДЕНБАЕВ кандидат технических наук
кандидат технических наук А.Н.ТАЙМАСОВА соискатель КазНТУ имени К.И. Сатпаева О ПЕРЕРАБОТКЕ РЕНИЙ- И ОСМИЙСОДЕРЖАЩЕГО ШЛАМА МЕДНОГО ПРОИЗВОДСТВА Мақалада мыс өндірісінің құрамында рений-осмийі бар көпкомпонентті қоспасын өңдеудің әдістеріне талдау жасалып, арнайы және патентті-ақпараттық әдебиеттерге шолу жасау арқылы шламды өңдеудің пиро- және гидрометаллургиялық әдістері айқындалды. This article deals with the analysis of processing ways of multi-component mix rhenium, osmium- containing slimes in the copper industry, hydrometallurgical ways of slimes processing have been analyzed through the review of special and patent-information literature. Рений и осмий содержатся, в основном, в медных и медно-никелевых рудах. В медном производстве к основным источникам получения этих металлов в редкометалльном цехе относятся «промывная кислота», маточные растворы от кристаллизации чернового перрената аммония и промвода, а в сернокислотном цехе – свинцовые шламы, получаемые при утилизации сернистых газов процессов электроплавки медных концентратов и конвертирования медного штейна [1]. По мнению авторов данной работы дополнительными источниками получения рения и осмия могут быть пыли сухих электрофильтров и вентиляционная пыль, содержащие до 130 и 230 г/т рения и 0,3 и 0,52 г/т осмия соответственно, свинцовые шламы сернокислотного цеха (1 кг/т рения и 17 г/т осмия) и «межфазные взвеси» редкометалльного цеха (100 кг/т рения и 0,62 кг/т осмия). На наш взгляд, помимо указанных выше дополнительных промпродуктов шламы редкометалльного цеха с содержанием в них рения - 14,6 кг/т и осмия - 0,065 кг/т, несмотря на меньшее содержание в них рения и осмия по сравнению с «межфазными взвесями», представляют практический интерес в связи с их большими объемами производства. Шламы редкометалльного цеха образуются как в сорбционной, так и в экстракционной технологиях извлечения рения из растворов на операциях получения чернового перрената аммония; содержат малорастворимые в воде, а также в водных растворах щелочей и неорганических кислот соединения рения и осмия, не обладающие окислительными свойствами и представленные, в основном, сульфидными соединениями; содержат до 10-20 мас.% органических веществ, в частности, триалкиламина мазута, смазочных материалов, флотореагентов и др. [2,3].
Извлечение рения и осмия из этих шламов затруднено ввиду того, что 100
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Еденбаев С.С., Жунусова Г.Ж., Таймасова А.Н. О переработке рений- и осмийсодержащего...
органические вещества обволакивают и препятствуют доступу окислителя к поверхности нерастворимых в воде рений- и осмийсодержащих сульфидных соединений, что препятствует их окислению до водорастворимых форм, участвующих в получении готовой продукции по существующей технологии. Таким образом, разработка и организация отдельной эффективной технологии переработки сложных по составу рений- и осмийсодержащих шламов редкометалльного цеха важна и практически значима как с точки зрения утилизации больших объемов накапливаемых шламов, так и в целях выпуска дополнительной продукции, содержащей рений и осмий. Известные в литературе способы переработки рений- и осмийсодержащих шламов [4-7] посвящены разработке технологий извлечения рения и осмия из свинцовых шламов сернокислотного цеха, которые содержат небольшие количества или не содержат органические вещества. В разработанном способе переработки свинец-, осмий-, ренийсодержащих полупродуктов [4] сульфидные, оксидные и сульфатные соединения свинца, с которыми ассоциированы рений и осмий, переводят вначале в карбонатную, затем - в нитратную форму с целью отделения от сопутствующих компонентов рения и осмия их концентрированием в карбонатном кеке. Данный способ эффективно (в 25 раз) позволяет повысить концентрацию осмия в кеке и исключает образование высших соединений рения (Re 2 O 7 ) и осмия (OsO 4 ),
трудно улавливаемых и теряемых с газами, но он экологически не выгоден в связи с высокими концентрациями используемой азотной кислоты (120-140 г/л). Известные плавильные способы переработки сернокислотных рений- и осмийсодержащих шламов, осуществляемые с добавкой к шламам шлакообразующих веществ и восстановителей при высоких температурах 800- 850
0 С с целью получения сульфидного спека, обогащенного осмием в 80-86 раз по сравнению с исходным материалом [5], и 1000-1100 0 С с целью концентрирования осмия в металлическом свинце, а рения – в шлаке [6], исключают образование высококипящих соединений рения и осмия, теряемых с газами, при этом извлечение рения в шлак составляет 99,84%, а осмия в черновой свинец – 99,35% . Тем не менее, эти способы характеризуются высокими энергетическими затратами и являются сложными для их промышленного освоения, так как, во-первых, в способах не предусмотрено исключение подсоса воздуха, который будет препятствовать созданию необходимой в реакционном пространстве восстановительной атмосферы; во-вторых, в условиях восстановительной атмосферы в реакционном пространстве (то есть при отсутствии кислорода извне и его наличии только в шламе) кислорода, выделяемого из шлама в процессе плавки, недостаточно для окисления углерода до углекислого газа (СО 2 ) и его восстановления до угарного газа (СО), являющегося основным компонентом восстановительной атмосферы. Известный способ [7] отгонки рения и осмия в газовую фазу из свинцовых пылей и шламов медного производства, осуществляемый при высоких температурах 750-850 0 С с пропусканием через слой перерабатываемого 101
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Еденбаев С.С., Жунусова Г.Ж., Таймасова А.Н. О переработке рений- и осмийсодержащего...
материала горячих газов, содержащих не менее 5% сернистого газа, позволяет достичь высокой избирательной отгонки рения и осмия из пылей и шламов на 92- 97% и 97-99,9% соответственно. В лабораторных условиях нам не удалось воспроизвести эти результаты, так как при высоких температурах (более 800 0 С) происходило оплавление исходного материала металлическим свинцом, вероятно при этих температурах (800-850 0 С) протекала реакционная плавка: 2PbO+PbS = 3Pb + SO 2 , а также при продувке сернистым газом возможно протекание реакций восстановления соединений рения и осмия до нелетучих низших форм. Способы переработки рений-, осмийсодержащего шлама редкометалльного производства, содержащего органические вещества, разработаны в работах [2,8- 12]. Известный гидрометаллургический способ переработки рениевого осадка, содержащего осмий и органику, включает его выщелачивание пероксидом водорода в присутствии органического растворителя, высокомолекулярного спирта и соляной кислоты, введение аммиака в раствор после выщелачивания, фильтрацию с получением регенерированной органической фазы, кека и рений- осмийсодержащего раствора, из которого кристаллизуют перренат аммония [2]. В данной работе добавка органического растворителя и высокомолекулярного спирта при выщелачивании позволяет снизить вязкость перерабатываемого шлама и диспергировать его на мелкие частицы, что увеличивает возможность доступа пероксида водорода к поверхности рениевых и осмиевых соединений. Добавка соляной кислоты позволяет перевести соединения осмия в низкокипящие оксихлоридные комплексы, экстрагируемые содержащейся в шламе органикой. Добавка аммиака обеспечивает образование перрената аммония и реэкстракцию из органической фазы в раствор соединений осмия. В целом способ позволяет извлечь из шлама с высокой степенью рений (более 99%) и осмий (более 96%), но очень сложен при промышленном освоении, так как требует жесткого соблюдения
технологического режима, а также многостадийный и громоздкий по объемам используемых растворов.
Из гидрометаллургических способов [2, 8] наиболее упрощенным способом является способ переработки свинцового шлама с целью извлечения рения и осмия [8], включающий выщелачивание влажного шлама при температуре 70- 95 0
степенью (более 99%) извлечь из шлама рений и осмий в раствор и селективно осмий из раствора на 98,5%. Однако, воспроизведение данного способа со шламами с высоким содержанием органических веществ (до 20%) показало, что при выщелачивании образуется пена, которая не подвергается выщелачиванию и состоит из органических веществ, увлекающих с собой соединения рения и осмия.
Авторами работы
[9] предусмотрено совмещение пиро-
и гидрометаллургических процессов для эффективного извлечения осмия из
102
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Еденбаев С.С., Жунусова Г.Ж., Таймасова А.Н. О переработке рений- и осмийсодержащего... жүктеу/скачать 5,72 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|