年产5000吨仲钨酸铵APT工厂设计.docx
《年产5000吨仲钨酸铵APT工厂设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产5000吨仲钨酸铵APT工厂设计.docx（118页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
年产5000吨仲钨酸铵APT工厂设计
江西理工大学
本科毕业设计（论文）
题目：
年产5000吨仲钨酸铵（APT）工厂设计
学院：
冶金与化学工程学院
专业：
冶金工程
班级：
093班
学号：
31
学生：
胡振华
指导教师：
聂华平职称：
教授
时间：
2013年6月10日
江西理工大学
本科毕业设计（论文）任务书
冶金与化学工程学院冶金工程专业
09级（13届）093班胡振华学生
题目：
年产5000吨仲钨酸铵工厂设计
原始依据（包括毕业论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等）毕业设计（论文）是本科培养方案中重要组成部分，是毕业前学生进行全面综合训练，培养创新意识，提高创新能力的一个重要的实践性教学环节。
毕业生本课题通过独立完成冶金工厂设计的综合训练，达到了对工程制图、冶金工艺计算、冶金设备选型与计算等基本技能的掌握，并培养了创新意识，提高了创新能力和工程设计能力。
本设计采用的主要原始资料数据为：
1）黑钨精矿各元素物相组成见下表：
元素
WO3
Mo
As
P
Ca
S
Cu
SiO2
SnO2
H2O
67.86
0.057
0.13
0.048
0.88
0.51
0.10
4.82
0.11
0.50
2）各元素的物相组成如下：
WO3:
FeWO4、MnWO4、CaWO4（分别占70%，29.5%，0.5%）
Mo:
MoS2
P:
Ca5（PO4）3F
SiO2:
K（AlSi3O8）、SiO2（分别占60%，40%）
As:
FeAsS
SnO2:
SnO2
Cu:
CuFeS2
Ca:
CaWO4、Ca5（PO4）3F、CaCO3
S:
MoS2、FeAsS2、CuFeS2、FeS2
主要内容和要求：
（包括论文内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：
1、厂址与工艺流程的选择与论证
厂址必须符合有色冶金工厂的基本要求，特别要符合环境保护的要求，工艺流程的选择必须有两种以上工艺方案的对比材料，通过对比和论证做出技术上可行、经济上合理的结论。
并绘制详细的工艺流程图，对其工艺过程作简要的说明。
2、冶金计算
选择先进的工艺技术条件和合理的经济技术指标、原辅材料的质量标准、产品方案及质量要求等。
要求计算钨精矿的物相组成、碱分解渣的化学组成与物相组成、全流程有价金属的平衡、全流程的物料平衡。
列出钨精矿的物相组成平衡表、碱分解渣的物相组成表、有价金属及物料的日平衡表和年物料平衡表、原辅材料单耗表。
3、主体设备与辅助设备的设计与选择
以日处理物料量为计算依据，计算设备的容量、负荷，确定设备的尺寸、规格、型号以满足车间设备负荷的要求。
对主体设备（离子交换柱）的结构加以说明，确定形状和尺寸，最后按工序列出设备明细表。
4、车间配置设计
车间配置设计应符合工艺要求，尽量按工艺过程排列，保持设备之间有一定的通道，符合安全操作要求。
设备配置应充分利用车间地形，以便物料能自流，尽量自动化、机械化。
管道走向合理，距离尽量短。
厂房的结构、尺寸应按设备尺寸来确定。
要求绘制全流程设备图一张，主体车间设备平面配置图四张：
其中磨矿工序平面配置图，碱分解工序平面配置图，离子交换工序平面配置图及蒸发结晶、干燥包装工序平面配置图各一张。
5、经济效益估算
较准确地计算原辅材料和化学试剂的用量及费用、厂房及其设备的费用，管理机构及操作工人的编制。
初步估算投资、生产成本等，并对其经济效益进行评估。
6、环境保护设计
对造成环境污染的废渣、废水、废气进行有效处理，达到国家排放标准，并进行相应的设计。
日程安排：
4月1日～4月7日
毕业设计任务授受及课堂讲解
4月8日～4月29日
冶金计算及主要设备选型计算
4月30日～5月15日
图纸绘制：
设备连接图
离子交换柱零部件及总装配图
四个车间的平面配置图
5月16日～5月25日
毕业设计说明书编写
主要参考文献和书目：
[1]李洪桂.稀有金属冶金学[M].北京：
冶金工业出版社，1990.
[2]《稀有金属手册》编辑委员会.稀有金属手册上册.北京：
冶金工业出版社,1992.
[3]张启修，赵秦生.钨钼冶金[M].北京：
冶金工业出版社，2005.
[4]朱屯.萃取与离子交换[M].北京：
冶金工业出版社,2005.
[5]《稀有金属手册》编辑委员会.稀有金属手册下册.北京：
冶金工业出版社,1995.
[6]《有色金属冶炼设备》编委会.湿法冶炼设备（有色金属冶炼设备第二卷）.北京：
冶金工业出版社,1993.
[7]《有色冶金企业总图运输设计参考资料》编写组.有色冶金企业总图运输设计参考资料[M].北京：
冶金工业出版社，1981.
[8]唐谟堂等.湿法冶金设备[M].长沙：
中南大学出版社，2004.
[9]蔡祺风.有色冶金工厂设计基础[M].北京：
冶金工业出版社，1991
[10]崔佳娜.我国钨冶炼工艺技术的发展及比较[J].稀有金属与硬质合金2004，12：
21～23.
[11]李洪桂，等.适应钨资源形式的变化开拓钨冶金的新工艺[J].中国钨业，1999，14（5～6）：
136～139.
[12]夏庆林.白钨矿低压碱分解工业试验与应用[J].中国钨业,2000，4：
7～40.
[13]方奇.苛性钠压煮法分解白钨矿[J].中国钨业,2001，16（5～6）：
80～81.
[14]李洪桂，等.白钨精矿与黑白钨矿混合矿碱分解的方法与设备[J].中国科学基金,1997，11（3）：
210～212.
指导教师签字：
年月日
教研室主任签字：
年月日
教学院长签字：
年月日
江西理工大学
本科毕业设计（论文）开题报告（综述）
冶金与化学工程学院冶金工程专业2009级（2013届）093班学生胡振华
题目：
年产5000吨仲钨酸铵（APT）工厂设计
本课题来源及研究现状：
我国首创的离子交换法生产仲钨酸铵（APT）技术具有工艺流程短，金属回收率高，辅助材料费用量少，产品质量和环境条件好，操作简单易掌握，生产成本底等优点。
近年来，又在NaOH分解的钨矿，沉淀法除钼，离子交换工艺，结晶母液回收，产品物理性能控制，NH3尾气回收等六个方面取得突出性的进展，我国钨冶炼离子交换技术已达到世界一流水平。
设计（论文）提纲及进度安排：
（1）设计提纲
摘要：
我国是全世界公认的钨资源大国，也是全球钨生产和出口的第一大国。
近年来我国钨冶炼技术有了很大的发展。
本设计的任务是设计一个年产5000吨仲钨酸铵（APT）的工厂，其工艺设计采用目前国内外较为先进的离子交换工艺。
根据在毕业实习中所收集的基本数据和有关资料，进行了各项冶金计算，并对如何处理三废作了简要介绍。
同时对建厂进行了简单的经济评价，最后绘制了有关图纸。
关键词:
钨冶炼技术；仲钨酸铵；离子交换工艺；冶金工厂设计
ABSTRACT
IthasbeenacknowledgedthatChinaiswealthofthetungstenresource,alsoisthefirstcountryoftheproductionandexportingoftungstenallovertheworld.Thetungstenextractivetechnichasaprodigiousdevelopmentnearyears.Thetaskofthisgraduationthesistodesignafactorywhichcanproduce5000tonAPTperyear.Ionexchangetechnigueisadoptedinthedesignment,whichisakindofadvancedtechniqueusedforAPTproductionintheworld.Onthebasisofbasicprocessparametersandnecessaryinformationcollectedingraduationfieldwork.Severalkindsofmetallurgicalcalculation.Themethodshowtodealwiththewastesproducedbythisfactorywerealsointroducedbriefly.Theeconomicvalueoftheconstructionofthisfactoryhasevaluated.Intheend,severalpiecesofdrawingsofthemainequipmentsandthedistributionofworkshopsweredrawn.
Keywords:
Tungstensmeltingtechnology;Ammoniumparatungstate;Ionexchangetechnigue;metallurgicalplantdesign
第一章概述
2.1有色冶金工厂厂址选择的内容
2.2有色冶金工厂厂址选择的基本原则
2.3有色冶金厂厂址选择的特点及要求
2.4厂址的选择应另注意的问题
2.5厂址的对比与论证
6.1已知条件
6.2成本和效益计算
7.1废渣综合治理与利用
7.2废水综合治理与利用
7.3废气综合治理与利用
参考文献
外文资料
致谢
小论文
（2）设计进度安排
4月1日～4月7日
毕业设计任务授受及课堂讲解
4月8日～4月29日
冶金计算及主要设备选型计算
4月30日～5月15日
图纸绘制：
设备连接图
离子交换柱零部件及总装配图
四个车间的平面配置图
5月16日～5月25日
毕业设计说明书编写
主要参考文献和书目：
[1]李洪桂.稀有金属冶金学[M].北京：
冶金工业出版社，1990.
[2]《稀有金属手册》编辑委员会.稀有金属手册上册.北京：
冶金工业出版社,1992.
[3]张启修，赵秦生.钨钼冶金[M].北京：
冶金工业出版社，2005.
[4]朱屯.萃取与离子交换[M].北京：
冶金工业出版社,2005.
[5]《稀有金属手册》编辑委员会.稀有金属手册下册.北京：
冶金工业出版社,1995.
[6]《有色金属冶炼设备》编委会.湿法冶炼设备（有色金属冶炼设备第二卷）.北京：
冶金工业出版社,1993.
[7]《有色冶金企业总图运输设计参考资料》编写组.有色冶金企业总图运输设计参考资料[M].北京：
冶金工业出版社，1981.
[8]唐谟堂等.湿法冶金设备[M].长沙：
中南大学出版社，2004.
[9]蔡祺风.有色冶金工厂设计基础[M].北京：
冶金工业出版社，1991
[10]崔佳娜.我国钨冶炼工艺技术的发展及比较[J].稀有金属与硬质合金2004，12：
21～23.
[11]李洪桂，等.适应钨资源形式的变化开拓钨冶金的新工艺[J].中国钨业，1999，14（5～6）：
136～139.
[12]夏庆林.白钨矿低压碱分解工业试验与应用[J].中国钨业,2000，4：
7～40.
[13]方奇.苛性钠压煮法分解白钨矿[J].中国钨业,2001，16（5～6）：
80～81.
[14]李洪桂，等.白钨精矿与黑白钨矿混合矿碱分解的方法与设备[J].中国科学基金,1997，11（3）：
210～212.
指导教师审核意见：
教研室主任签字：
年月日
摘要
我国是全世界公认的钨资源大国，也是全球钨生产和出口的第一大国。
近年来我国钨冶炼技术有了很大的发展。
本设计的任务是设计一个年产5000吨仲钨酸铵（APT）的工厂，其工艺设计采用目前国内外较为先进的离子交换工艺。
根据在毕业实习中所收集的基本数据和有关资料，进行了各项冶金计算，如钨精矿、钨渣的物相组成计算，物料平衡计算，主要原辅材料单耗和费用计算，工厂主要设备选型计算，成本和效益估算，并对如何处理三废作了简要介绍。
同时对建厂进行了简单的经济评价，最后绘制了有关图纸。
关键词:
钨冶炼技术；仲钨酸铵；离子交换工艺；冶金工厂设计
ABSTRACT
IthasbeenacknowledgedthatChinaiswealthofthetungstenresource,alsoisthefirstcountryoftheproductionandexportingoftungstenallovertheworld.Thetungstenextractivetechnichasaprodigiousdevelopmentnearyears.Thetaskofthisgraduationthesistodesignafactorywhichcanproduce5000tonAPTperyear.Ionexchangetechnigueisadoptedinthedesignment,whichisakindofadvancedtechniqueusedforAPTproductionintheworld.Onthebasisofbasicprocessparametersandnecessaryinformationcollectedingraduationfieldwork.Severalkindsofmetallurgicalcalculation,suchasthecompositionofthetungstenconcentrationsandthetungstenslags,theequilibrillmoftherawmaterialsandthecostofeachrawmaterial,werecarriedout.Furthermore,thedesignofthemainequipmentsintheworkship,aswellastheestimationofcostandprofits,werecarriedout.Themethodshowtodealwiththewastesproducedbythisfactorywerealsointroducedbriefly.Theeconomicvalueoftheconstructionofthisfactoryhasevaluated.Intheend,severalpiecesofdrawingsofthemainequipmentsandthedistributionofworkshopsweredrawn.
Keywords:
Tungstensmeltingtechnology;Ammoniumparatungstate;Ionexchangetechnigue;metallurgicalplantdesign
第一章概述………………………………………………………………1
2.1有色冶金工厂厂址选择的内容…………………………………16
2.2有色冶金工厂厂址选择的基本原则…………………………16
2.3有色冶金厂厂址选择的特点及要求…………………………17
2.4厂址的选择应另注意的问题……………………………………17
2.5厂址的对比与论证……………………………………………17
6.1已知条件……………………………………………………54
6.2成本和效益计算……………………………………………54
7.1废渣综合治理与利用……………………………………………55
7.2废水综合治理与利用……………………………………………60
7.3废气综合治理与利用……………………………………………60
参考文献……………………………………………………………………63
外文资料…………………………………………………………………64
致谢…………………………………………………………………………75
小论文………………………………………………………………………76
第一章概述
1.1国内外仲钨酸铵生产工艺评述
为了获得一定纯度的金属钨，应首先保证钨化合物的纯度。
由净化粗钨酸钠溶液和粗钨酸可生产出的纯化合物仲钨酸铵（APT）或三氧化钨（WO3），这两种纯钨化合物是目前工业上生产钨粉最常用的原料。
为了得到高质量的钨产品，对纯钨化合物的纯度要求越来越高。
生产纯三氧化钨或APT的原则流程如图1-1所示。
可以将目前工业上采用的生产方法归结为以下四类，即经典沉淀净化法、溶剂萃取法、离子交换法和钨酸氨溶结晶法。
应当指出，上述方法不能截然分开，它们之中的某些单元操作可以相互借用。
溶剂萃取法工艺中就利用了沉淀净化法来除杂质，离子交换法工艺中也可能采用人造白钨的方法来回收结晶母液中的WO3，而粗钨酸氨溶净化结晶法与经典沉淀净化法中人造白钨酸分解后制取APT的流程大体相同。
因此仅对目前工业上采用的前三种仲钨酸铵生产工艺进行的简单评述[1～2]。
1.1.1经典沉淀净化工艺
经典沉淀净化工艺制备仲钨酸铵的流程较长，主要步骤为粗钨酸钠溶液的净化，从净化后的钨酸钠溶液中生产钨酸，由钨酸制取钨酸铵溶液。
该法的原料是天然的白钨矿或人造白钨矿，使用酸浸作为矿石的分解方法，溶解得到钨酸；黑钨精矿用碱处理制取工业钨酸后，并在氨溶液中溶解，从钨酸铵溶液结晶中获得仲钨酸铵。
1粗Na2WO4溶液的净化
根据工业实践积累的经验来看，用酸直接中和Na2WO4溶液所得的钨酸难以洗涤过滤，且钨酸含钠高。
故工业上实际采用的经典方法仍是先用CaCl2沉淀得人造白钨，再经酸分解得钨酸。
由于硅、磷、砷等杂质的钙盐会与钨一起进入人造白钨中，在沉淀白钨之前，必须先净化除去硅、磷、砷、钼等杂质。
A净化除硅、磷、砷、氟、锡
工业实践中采取如下净化方法：
（1）磷（砷）酸镁盐法。
该方法的特点是：
除磷、砷、硅一次进行，净化过程中不加入氨和氯化铵。
工艺过程为：
首先将加热至沸腾的Na2WO4溶液在不断搅拌下加入中和剂（HCl或H2SO4），中和至游离NaOH为（l土0.2）g/l。
中和剂可用稀盐酸（盐酸∶水＝1∶3）或稀硫酸（当净化后接萃取时）成氯气，用氯作中和剂的优点是Cl2与H20作用首先产生HClO，后再分解得HCl中和溶液，届均相反应，故不易造成局部酸度过高。
同时能将AsO33—氧化生成AsO43—，有利于净化过程。
当用盐酸或硫酸作中和剂时，往往还要加氧化剂使AsO33—氧化。
钨矿物原料
粗钨酸铵溶液粗钨酸
HCl、H2SO4
MgCl2
（或MgSO4、水
磷砷渣Al2（SO4）3）
溶液（NH4）2WO4溶液
硫化剂
交后液
钼渣（含硅、磷、砷）
纯Na2WO4溶液负钨树脂
CaCl2负载有机钨
淋洗尾液
人造白钨NH4OHNH4Cl+NH4OH
HCl
（NH4）2WO4溶液有机相（NH4）2WO4溶液
钨酸NH4OH
工业三氧化钨（NH4）2WO4溶液
仲钨酸铵（APT）结晶母液
图1-1APT生产工艺原则流程
（2）磷（砷）酸铵镁法。
该方法的特点为：
除硅与除磷砷分两步完成。
第一步是在加热煮沸条件下中和除硅,第二步在不加热的情况下除磷砷。
中和后期所用中和剂为NH4Cl；中和除硅后过滤，滤波再加MgCl2除磷砷；磷（砷）酸铵镁盐沉淀时一般不加热。
镁盐法和铵镁盐法除硅、磷、砷、氟、锡所使用的主要设备为钢制的蒸汽加热搅拌糟和压滤机，两种方法能达到的除杂效果为：
除Sn99.9%，除Si99%～99.9%，除P95%～99%，除As87%～90%。
故一般只需控制除砷合格，则其他的杂质除去率也能合格。
镁盐法除磷砷及铵镁盐法除磷砷各有其优缺点：
铵镁盐法的渣量较少，同时沉淀物的颗粒较粗，故渣中带走的钨损失少，过滤也容易；但其缺点是要进行两次过滤，同时除硅后又要加氨水将溶液的pH值调高，故操作烦琐，设备多。
另外所用的化工材料NH4Cl较贵。
镁盐法除磷砷则避免了铵镁盐法的缺点，但是因在加MgCl2时，由于溶液pH较高而使部分MgCl2水解，因而渣量较大，过滤性能差，WO3的损失较大，但工艺过程简单，目前这两种方法都得到采用。
B净化除钼
除钼的过程为：
在耐酸搪瓷反应器内将Na2WO4溶液加热到70～80℃，加入按Mo量计算的理论量125%～150%的NaHS，煮沸，用10～20%的稀盐酸中和到pH2.5～3，煮沸1.5～2h后过滤，钼可除去98～99%，溶液中铝可降到0.01～0.05g/l。
除钼后的Na2WO4溶液由于pH低，生成部分偏钨酸盐，在人造白钨工序不能完全沉淀，故应加NaOH煮沸l～2h，使之转化成正钨酸盐。
本工艺往往由于析出H2S而使工业卫生条件差，考虑到人造白钨分解时，采取适当措施可除去70～80%的钼，因此当溶液中Mo/W≈0.1～0.4%左右时，不必进行单独的除钼过程。
2从纯Na2WO4溶液中生产钨酸
从钨酸钠溶液中生产出钨酸的方法很多，但工业上应用的多是间接沉淀法——先用CaCl2沉淀得人造白钨，再用酸分解得钨酸。
此外还有络合均相沉淀法及铵钠复盐沉淀法等多中方法。
经典工艺的间接沉淀法主要由人造白钨沉淀和人造白钨酸分解两个过程组成。
A人造白钨的沉淀
沉淀人造白钨的作业是在钢制蒸汽加热搅拌糟中进行的。
将净化后的Na2WO4溶液调整至WO3浓度为130～150g/L，pH为9～10，加热至80oC以上，然后加入密度为1.20～1.25g/cm3的氯化钙溶液。
边加CaCl2溶液边观察沉淀情况，当溶液表面有少量白色泡沫时应停止加CaCl2溶液，然后煮沸并保温0.5h左右，澄清取样分析母液中WO3含量，如低于0.1g/L,即可将上清夜虹吸出，底浆用真空过滤器或板框压滤机过滤洗涤即得人造白钨，此工序的钨回收率一般为99%～99.5%，母液中WO3含量在0.03～0.07g/L。
B人造白钨的酸分解
人造白钨酸分解过程是在衬耐酸石墨砖的钢制搅拌糟中进行的。
先将工业盐酸加热后，人造白钨浆料慢慢加入并不断搅拌，根据情况加入氧化剂，控制最终酸度为90～110g/L。
3由钨酸制取钨酸铵溶液
工业上采用氨溶—APT结晶法来净化钨酸，制取纯APT。
氨溶过程通常在密闭的搪瓷反应釜中进行。
为了防止因局部碱度过低产生仲钨酸铵沉淀，应先将钨酸按一定的质量比加软化水制浆，并加热，然后缓慢加入氨水。
1.1.2溶剂萃取工艺[1]
溶剂萃取法应用于钨冶金工艺始于1959年，最初在美国的碳化物公司得到工业应用。
随
升级会员 