年處理400噸中釔富銪混合稀土分離廠(chǎng)設(shè)計(jì)

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢(xún)QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢(xún)QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 第一章 總論 1.1概述 1.2建設(shè)規(guī)模和產(chǎn)品方案 1.2.1建設(shè)規(guī)模 本設(shè)計(jì)的稀土分離廠(chǎng)年處理能力為混合稀土氧化礦400噸，原料配分見(jiàn)表1-3所示。 表1-3 稀土原料配分(w%) REO La2O3 CeO2 Pr6O11 Nd2O3 Sm2O3 Eu2O3 Gd2O3 Tb4O7 w% REO Dy2O3 Ho2O3 Y2O3 Er2O3 Tm2O3 Yb2O3 Lu2O3 SUM w% 1.2.2產(chǎn)品方案 由原料配分可知，該原料屬于高釔重稀土型稀土礦，根據(jù)高釔重稀土型離子礦的特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)外的稀土市場(chǎng)的行情和投資總額，可以制定出好的產(chǎn)品方案。產(chǎn)品方案見(jiàn)表1-4所示。 表1-4 產(chǎn)品方案 產(chǎn) 品 規(guī) 格 輕稀土富集物 稀土總量≥92% 中、重稀土相對(duì)含量＜0.1% 中稀土富集物 稀土總量＞95% 輕、中稀土各相對(duì)含量＜0.1% 鋱富集物 稀土總量＞95% TbO/∑REO＞50% 氧化鏑 稀土含量＞99% DyO/∑REO＞99% 非釔重稀土 稀土總量＞95% YO/∑REO＜1% ErO/∑REO＞40% 輕、中稀土各相對(duì)含量＜0.1% 氧化釔 稀土總量＞99% YO/∑REO＞99.95% 1.3廠(chǎng)址論證[7] 本廠(chǎng)廠(chǎng)址選擇在贛州水東鎮(zhèn), 現(xiàn)作簡(jiǎn)單論證如下： 1、該廠(chǎng)廠(chǎng)址的東北方向是該廠(chǎng)所在地，通風(fēng)條件好，而且位于其主要風(fēng)向的側(cè)面下游，對(duì)減輕城市環(huán)境污染和對(duì)農(nóng)業(yè)的危害顯然是有利的。 2、該廠(chǎng)段臨近已開(kāi)通的京九、贛龍鐵路，位于323、105 國(guó)道旁，加之有贛粵高速公路，公路交通四通八達(dá)，靠近贛州黃金機(jī)場(chǎng)，有較大的河流（贛江）流經(jīng)，稀土、鹽酸、碳銨、草酸等原料及產(chǎn)品供銷(xiāo)均可利用方便的鐵路、公路、航空、水路等，故交通運(yùn)輸十分方便。 3、該廠(chǎng)處于較大的供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，位于寬大的河流（章江、貢江）之畔。另外贛州自來(lái)水廠(chǎng)及水東鎮(zhèn)自來(lái)水公司都能提供水，具有良好的供電供水條件。 4、該廠(chǎng)所在的地區(qū)（江西贛南）稀土原料礦產(chǎn)十分豐富，雖然不在原料基地，但距各原料供應(yīng)地較近，可減少運(yùn)輸費(fèi)用。 5、該廠(chǎng)建在我國(guó)衛(wèi)生城市市贛州的郊區(qū)，加之這里已經(jīng)有多家稀土廠(chǎng)，故除了具備良好的協(xié)作條件外，還對(duì)全國(guó)的工業(yè)布局和該地經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起十分重要的作用。 綜上所述，該廠(chǎng)的廠(chǎng)址選擇是較合理的。 1.4企業(yè)組成[8] 企業(yè)實(shí)行廠(chǎng)長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，為了節(jié)約人員與資金，力求精干、高效、節(jié)約的原則，本廠(chǎng)設(shè)立由廠(chǎng)長(zhǎng)直接管理各分處的統(tǒng)籌模式，廠(chǎng)部下設(shè)經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)、總務(wù)等三處。 總務(wù)處包括福利、勞動(dòng)人事、保衛(wèi)、教育、培訓(xùn)等。 經(jīng)營(yíng)管理處包括財(cái)務(wù)管理、倉(cāng)庫(kù)管理、供銷(xiāo)等職能。 生產(chǎn)處則包括原料的供給、萃取分離等。 生產(chǎn)輔助設(shè)施有鍋爐房、機(jī)電維修、分析與檢測(cè)、水電處理室、“三廢”處理等。 1.5主要設(shè)計(jì)原則[9] 總原則：本設(shè)計(jì)遵循改革開(kāi)放，對(duì)外搞活的方針，以適應(yīng)國(guó)內(nèi)外稀土市場(chǎng)的需求，建設(shè)以南方重稀土礦為原料，生產(chǎn)單一稀土產(chǎn)品的稀土分離廠(chǎng)。在工藝設(shè)備廠(chǎng)房的設(shè)置上盡量考慮生產(chǎn)的靈活性、可變性和發(fā)展的可行性，設(shè)計(jì)有較大的適用性，使企業(yè)有較強(qiáng)的生存能力。 1、搞好綜合利用，努力提高產(chǎn)品收率和質(zhì)量，降低成本，使企業(yè)有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 2、利用有利的地形條件，提高土地利用率，節(jié)省資金投入。 3、盡量采用可靠、實(shí)用、先進(jìn)的工藝技術(shù)和設(shè)備，使企業(yè)投產(chǎn)后有較高的效益水平。 4、本設(shè)計(jì)采用及考慮到一些原則： (1)工藝上采用了兩出口與三出口相結(jié)合的分離技術(shù)，并由計(jì)算機(jī)編程計(jì)算出各工序的工藝參數(shù)； (2)采用了下進(jìn)料式的萃取設(shè)備； (3)皂化采用了連續(xù)皂化的先進(jìn)技術(shù)； (4)車(chē)間配置上充分利用斜坡地形優(yōu)勢(shì)，各工段工序采用一條龍銜接，其中酸溶因產(chǎn)生酸霧必須與其他工序分開(kāi)； (5)采用了全回流反萃技術(shù)，降低了平衡水相的酸度，從而大大減少了試劑的耗量。 5、此處充分考慮了酸溶渣(廢渣)、廢氣、廢水等三廢處理，并在有關(guān)車(chē)間的地面、墻、柱作了防腐處理。 第二章 冶煉工藝 2.1稀土原料及輔助材料 2.1.1稀土原料及配分 本廠(chǎng)的稀土原料是來(lái)自江西、廣東、福建三省的南方離子礦。年處理**噸高釔重稀土，原料配分見(jiàn)表2-1所示。 表2-1 稀土原料配分(w%) REO La2O3 CeO2 Pr6O11 Nd2O3 Sm2O3 Eu2O3 Gd2O3 Tb4O7 w% REO DyO Ho2O3 Y2O3 Er2O3 Tm2O3 Yb2O3 Lu2O3 SUM w% 原料中稀土量占92%，其他占8%。 2.1.2化工原材料年耗量及來(lái)源 表2-2 化工原材料年耗量及來(lái)源 序號(hào) 名稱(chēng) 規(guī)格 年耗量（噸/年） 來(lái)源 1 P507 工業(yè)級(jí) 南昌 2 煤油 工業(yè)級(jí) 南昌 3 鹽酸 工業(yè)級(jí) 贛州 4 堿液 工業(yè)級(jí) 贛州 5 草酸 工業(yè)級(jí) 贛州 6 碳銨 工業(yè)級(jí) 贛州 7 混合醇 工業(yè)級(jí) 廣州、上海 8 環(huán)烷酸 工業(yè)級(jí) 廣州、上海 2.2工藝流程 2.2.1工藝流程的選擇 2.2.1.1 溶劑萃取法 溶劑萃取分離法是指含有被分離物質(zhì)的水溶液與互不相溶的有機(jī)溶劑接觸，借助于萃取劑的作用，使一種或幾種組分進(jìn)入有機(jī)相，而另一些組分仍留在水相，從而達(dá)到分離的目的。 由于溶劑萃取法具有處理容量大，反應(yīng)速度快，分離效果好的優(yōu)點(diǎn)，它已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外稀土工業(yè)生產(chǎn)中分離提取稀土元素的主要方法，也是分離制備高純單一稀土化合物的主要方法之一。用溶劑萃取分離法在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)了純度達(dá)5N的單一稀土產(chǎn)品。盡管稀土萃取化學(xué)與分離工藝研究自60年代以來(lái)一直很活躍，所研究的萃取劑種類(lèi)很多，但是用于工業(yè)分離稀土的萃取劑有TBP、P350、P204、P507、環(huán)烷酸及異構(gòu)酸等。 目前，溶劑萃取法的實(shí)踐和理論正處在蓬勃發(fā)展的階段，稀土新萃取劑的研究，新萃取分離工藝的研究，萃取機(jī)理和萃取化學(xué)規(guī)律的研究日益受到人們的重視。 2.2.1.2萃取劑的選擇 環(huán)烷酸目前仍然是提取釔的最佳萃取劑，利用環(huán)烷酸從稀土溶液中萃取稀土的pH1/2值的差異，通過(guò)控制水相pH值，使除釔外的稀土離子萃入有機(jī)相，而在水相中得到純釔產(chǎn)品。 表2-3 稀土的pH1/2 元素 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd pH1/2 3.96 3.89 3.78 3.74 3.73 3.62 3.76 元素 Dy Ho Er Tm Yb Y pH1/2 3.73 3.91 3.84 3.92 4.02 4.30 其他工序的常用萃取劑有P204、P507。它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式分別為： RO O RO O P P RO OH R OH P204 P507 R是推電子基，RO是拉電子基，故隨著R基的增加，RO基的減少，OH鍵由于正誘導(dǎo)效應(yīng)而得到增強(qiáng)，故氫離子難電離，即酸性減弱，所以P507萃取稀土元素的分配比低于P204，當(dāng)它萃取中、重稀土（包括鈧）時(shí)，所需的水相酸度較低，反萃液的酸度也較低。因此，在鈧、釔、鑭系元素的分離上優(yōu)于P204，特別是氨化P507萃取分離稀土元素可提高萃取容量和分離系數(shù)。在本設(shè)計(jì)中，選擇P507作Nd/Sm分組、Dy/Ho分組及Gd/Tb/Dy分組等工序的萃取劑。 2.2.2工藝流程 根據(jù)原料組成及產(chǎn)品方案確定工藝原則流程： 料液 環(huán)烷酸提釔 Nd/Sm分組 Dy/Ho分組 Gd/Tb/Dy分組 沉淀 灼燒 包裝 工藝原則流程圖見(jiàn)附錄一。 下面對(duì)工藝流程的主要工序進(jìn)行簡(jiǎn)要敘述。 2.2.2.1前處理工序 過(guò)程用水和鹽酸需要凈化，水凈化通常采用離子交換法，鹽酸凈化主要是除去Fe和其他有害雜質(zhì)。 2.2.2.2酸溶工序 用于分離的稀土精礦是以氧化物的形式存在的。為了用溶劑萃取法分離稀土，必須使之轉(zhuǎn)化為溶液。通常用HCl將稀土精礦溶解，控制pH值可除去部分Ca2+、Mg2+、Fe3+。產(chǎn)出的酸溶渣中仍含有少部分稀土，可用于進(jìn)一步分離，稀土料液送往配料工序。酸溶工序的溫度控制在70～90℃，但無(wú)須外部加熱設(shè)備，利用稀土和HCl反應(yīng)放熱即可，同時(shí)酸溶中常加入三號(hào)絮凝劑（聚丙烯酰胺）和BaCl2 （用以除去溶液中的 SO42-）。 2.2.2.3各萃取分組工序簡(jiǎn)介 1、環(huán)烷酸提釔：有機(jī)相為20%環(huán)烷酸+20%混合醇+60%煤油，通過(guò)萃取使非釔稀土進(jìn)入有機(jī)相，而釔留在水相，從而達(dá)到了提釔的目的。此過(guò)程所需級(jí)數(shù)較多。 2、Nd/Sm分組工序：利用P507—HCl體系及對(duì)稀土元素的正序萃取，可使Sm以后的中、重稀土萃入有機(jī)相，而使La～Nd輕稀土留在水相，從而達(dá)到富集輕稀土的目的。萃取液是富集了中、重稀土的溶液，經(jīng)反萃采用水相進(jìn)料用于下一步的分離，萃余液用于產(chǎn)出輕稀土富集物產(chǎn)品。 3、Dy/Ho分組工序：同樣利用P507—HCl體系及對(duì)稀土元素的正序萃取對(duì)Nd/Sm分組萃取液反萃后的水相進(jìn)行Dy/Ho分組。萃余液是中稀土的富集物，萃取液是重稀土的富集物，萃余液用于下一步的分離。 4、Gd/Tb/Dy分組工序：同樣利用P507—HCl體系及對(duì)稀土元素的正序萃取，采用水相進(jìn)料三出口工藝，其水相出口是中稀土富集物Sm～Gd，有機(jī)相出口是Dy，第三出口是Tb的富集物。 2.2.2.4后處理工序——沉淀、過(guò)濾、灼燒 萃取分離后得到的溶液通常用草酸或碳銨作沉淀劑，一般產(chǎn)量較大的選擇碳銨，產(chǎn)量較少的選擇草酸，控制沉淀pH值、溫度以及沉淀的時(shí)間，使稀土沉淀下來(lái)，而雜質(zhì)留在溶液中。沉淀后的稀土經(jīng)三足式離心機(jī)過(guò)濾，除去懸浮物和部分雜質(zhì)，然后灼燒。灼燒設(shè)備為隧道窯或馬弗爐，灼燒后即得到各種氧化稀土產(chǎn)品。 2.3主要工序工藝技術(shù)條件的確定 2.3.1前處理工序工藝條件 鹽酸除鐵：采用N235除鐵或用717#強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂除鐵 水的凈化：采用離子交換法 2.3.2 酸溶工序工藝條件 1、工業(yè)鹽酸：9mol/l，F(xiàn)e<5mg/l 2、鹽酸用量：RE2O3：HCl=1：2(W/V) 3、反應(yīng)溫度：70～90℃ 4、終點(diǎn)pH： 3～3.5 5、反應(yīng)時(shí)間：1～2小時(shí) 6、稀土收率：95% 7、調(diào)漿用水：RE2O3：H2O=1：1.25（W/V） 8、產(chǎn)渣率：以干渣計(jì)4% 2.3.3萃取分組工序工藝條件 2.3.3.1環(huán)烷酸提釔工序 1. 料液：(M)F =1.0mol/l pH=3～4 2. 有機(jī)相：20%環(huán)烷酸+20%混合醇+60%煤油，用NaOH皂化，皂化度90%，飽和容量s=0.2 mol/l。 用環(huán)烷酸萃取時(shí)，Y的pH 1/2值較其他稀土元素大，更難萃入有機(jī)相。因而可以用控制水相pH值的方法，使除Y以外的稀土離子萃入有機(jī)相，而在水相得到純釔產(chǎn)品。環(huán)烷酸萃取劑使用前需用濃NH4OH或NaOH等水溶液皂化，才能定量萃取稀土離子，控制平衡水相的pH值。皂化時(shí)往含此萃取劑的有機(jī)相中加入大量的堿液，水并不從有機(jī)相析出，而形成外觀清澈透明的溶液，并使有機(jī)相產(chǎn)生很大的相體積變化[10]。 3. 反萃：采用全回流反萃：即用3 mol/l HCl進(jìn)行全反，反萃后的水相一部分作洗液，一部分作非Y重稀土的出口水相。洗滌段平衡水相稀土濃度：(M)n+1=1.0 mol/l；余酸為0。 4. 工藝參數(shù)計(jì)算： PB1=0.9995 An+m=0.99 βRE/Y= 1.45 由計(jì)算機(jī)編程計(jì)算得出的分離指標(biāo)及出口分?jǐn)?shù)、平均分子量如下： Ra=0.9986 Rb=0.9963 ??fa=0.2687 ?fb=0.7313 fa’=0.2710 fb’=0.7290 ??????????平均分子量=131.2667 工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-4所示。 表2-4 環(huán)烷酸提釔工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果 K S W EM EM1 N M R=S*(N+M) 確定K=0.95一組為最優(yōu)工藝參數(shù)，因?yàn)槔碚撋蟁最小原則為最優(yōu)，即K=0.85時(shí)，R=198.5589最小。但是在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，我們應(yīng)該從企業(yè)的效益來(lái)考慮，在生產(chǎn)中我們要盡量減少試劑耗量（即酸、堿、有機(jī)相等耗量）來(lái)降低生產(chǎn)成本及提高企業(yè)效益。所以我們選用K=0.95這一組，即=2.6334，W=2.3623，N=55，M=25。 考慮到級(jí)效率η=80%，則實(shí)際級(jí)數(shù)：N=69，M=32，N+M=101級(jí)，另外加上兩級(jí)鈉皂和三級(jí)稀土皂及反萃10級(jí)，共116級(jí)。 5. 流比： MF = 1.0 (M) F = 1.0mol/l = 0.2 mol/l VF = MF / (M)F = 1.0 / 1.0 = 1.0 VS = / s = 2.6334 / 0.2 = 13.167 Vw = W/(M)n+1 = 2.3623 / 1.0 = 2.3623 皂化用30%的10mol/l NaOH（工業(yè)級(jí)） VNaOH = VS×3.32×20%×90%÷10=0.8743 非釔重稀土出口濃度：1.0 mol/l V反 = /1.0=2.6334/1.0=2.6334 非釔重稀土出口流量：VA= V反- Vw=2.6334-2.3623=0.2711 萃取段濃度： (M)1 -n=(W+1)/(VF+VW)=(2.3623+1)/(1.0+2.3623)=1.0 mol/l 用于稀土皂流量：V稀土皂= /(M)1=2.6334/1.0=2.6334 萃余液流量：V1=VF+VW- V稀土皂=1+2.3623-2.6334=0.7289 流比：VS ：VF ：VW ：VNaOH ：V稀土皂：V1 ：V反：VA =13.167：1：2.3623：0.8743：2.6334：0.7289：2.6334：0.2711 2.3.3.2 Nd/Sm分組工序 1. 料液 (M)F=1.0 mol/l pH=3～4 2. 有機(jī)相 1.5mol/l P507+煤油，用NaOH皂化，皂化度36%，飽和容量 s =0.18 mol/l 若不進(jìn)行皂化，則3(HA)2+RE3+=RE(HA2)3+3H+生成的H+進(jìn)入水相，使得平衡水相pH值降低，造成P507中的H+難以電離甚至不電離，使得萃取反應(yīng)受影響，反應(yīng)不完全。 Na皂化的機(jī)理：NaOH-+(HA)2(O)= NaHA2+H2O 稀土皂化的機(jī)理：RE3++3 NaHA2(O)= RE(HA2)3(O)+3 Na+ 皂化的作用[11]：可以提高第一級(jí)水相出口的稀土濃度； 可以減少Na等非稀土雜質(zhì)的含量。 Nd/Sm分組需反萃，出口有機(jī)相經(jīng)反萃直接作下段的Dy/Ho分組的水相進(jìn)料，出口水相留后序工序處理。 ??3. 洗液 洗滌段平衡水相稀土濃度：(M)n+1~n+m=0.8 mol/l； 平衡水相酸度：0.1 mol/l 洗液酸度：2.5 mol/l 4. 工藝參數(shù)計(jì)算 PB1=0.999 An+m =0.999 βNd/Sm=6.0 Ra=0.9996 Rb=0.9972 fa=0.7352 fb=0.2648 fa’=0.7357 fb’=0.2643 ?平均分子量=181.26 Nd/Sm分組工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-5所示。 由表2-5，確定K=0.90一組為最優(yōu)工藝參數(shù)，因?yàn)槔碚撋蟁最小原則為最優(yōu)，即K=0.60時(shí)，R=15.0452最小。但是在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，我們應(yīng)該從企業(yè)的效益來(lái)考慮，在生產(chǎn)中我們要盡量減少試劑耗量（即酸、堿、有機(jī)相等耗量）來(lái)降低生產(chǎn)成本及提高企業(yè)效益。所以我們選用K=0.90這一組，即 =0.9847，W=0.2490，N=9，M=13。 考慮到級(jí)效率η=80%，則實(shí)際級(jí)數(shù)：N=12，M=17，N+M=29級(jí)，另外加上兩級(jí)鈉皂和三級(jí)稀土皂及反萃10級(jí)，共44級(jí)。 表2-5 Nd/Sm分組工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果 K S W EM EM1 N M R=S*(N+M) ??????5. 流比 ?????????(M) F = 1.0mol/l s = 0.18 mol/l VF = MF / (M)F = 1.0 / 1.0 = 1.0 VS = / s = 0.9847 / 0.18 = 5.4706 Vw = W/(M)n+1 = 0.2490 / 0.8= 0.3113 ?皂化用30%的10mol/l NaOH（工業(yè)級(jí)） VNaOH = VS×1.5×36%÷10=0.2954 ?易萃組分出口濃度：0.8mol/l V反 = / 0.8 =0.9847/0.8=1.2309 ?易萃組分出口流量：VA= V反- Vw=1.2309-0.3113=0.9196 ??萃取段濃度：(M)1 - n=(W+1)/(VF+VW) ??=(0.2490+1)/(1.0+0.3113)=0.9525 mol/l ?用于稀土皂流量：V稀土皂= /(M)1=0.9847/0.9525=1.0338 ?萃余液流量：V1=VF+VW- V稀土皂=1.0+0.3113-1.0338=0.2775 ?流比：VS ：VF ：VW ：VNaOH ：V稀土皂：V1 ：V反：VA =5.4706：1：0.3113：0.2954：1.0338：0.2775：1.2309：0.9196 2.3.3.3 Dy/Ho分組工序 1. 料液 (M)F=0.8 mol/l pH=3～4 2. 有機(jī)相 1.5mol/l P507+煤油，用NaOH皂化，皂化度36%， 飽和容量 s =0.18 mol/l 3. 洗液 ?洗滌段平衡水相稀土濃度：(M)n+1~n+m=1.6667 mol/l ?平衡水相酸度：0.5 mol/l 洗液酸度：5.5 mol/l 4. 工藝參數(shù)計(jì)算 ?PB1=0.99 An+m =0.999 Ra=0.9815 Rb=0.9995 ?fa=0.3533 ? fb=0.6467 ? ?fa’=0.3471 fb’=0.6529 ?? ?平均分子量=186.21 βDy/Ho =2.0 ??????????? 計(jì)算機(jī)編程Dy/Ho分組工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-6所示。 表2-6 Dy/Ho分組工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果 K S W EM EM1 N M R=S*(N+M) 確定K=0.95一組為最優(yōu)工藝參數(shù)，因?yàn)槔碚撋蟁最小原則為最優(yōu)，即K=0.80時(shí)，R=47.5010最小。但是在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，我們應(yīng)該從企業(yè)的效益來(lái)考慮，在生產(chǎn)中我們要盡量減少試劑耗量（即酸、堿、有機(jī)相等耗量）來(lái)降低生產(chǎn)成本及提高企業(yè)效益。所以我們選用K=0.95這一組，即=1.4202，W=1.0731，N=15，M=19。 考慮到級(jí)效率η=80%，則實(shí)際級(jí)數(shù)：N=19，M=24，N+M=43級(jí)，另外加上兩級(jí)鈉皂和三級(jí)稀土皂及反萃10級(jí)，共58級(jí)。 5. 流比 MF = 1.0 ， (M) F = 0.8mol/l ， s = 0.18 mol/l VF = MF / (M)F = 1.0 / 0.8= 1.25 VS = / s = 1.4202 / 0.18 = 7.89 Vw = W/(M)n+1 = 1.0731 / 1.6667= 0.6438 皂化用30%的10mol/l NaOH（工業(yè)級(jí)） VNaOH = VS×1.5×36%÷10=0.4252 易萃組分出口濃度：1.6667mol/l V反 = / 1.6667=1.4202/1.6667=0.8521 易萃組分出口流量：VA= V反- Vw=0.8521-0.6438=0.2083 萃取段濃度：(M)1 - n=(W+1)/(VF+VW)=(1.0731+1)/(1.25+0.6438)=1.0947mol/l 用于稀土皂流量：V稀土皂=/(M)1=1.4202/1.0947=1.2973 萃余液流量：V1=VF+VW- V稀土皂=1.25+0.6438-1.2973=0.5965 流比：VS ：VF ：VW ：VNaOH ：V稀土皂：V1 ：VA =7.89：1.25：0.6438：0.4252：1.2973：0.5965：0.2083 =6.312：1：0.5150：0.3402：1.0378：0.4772：0.1666 2.3.3.4 Gd/Tb/Dy分組工序 1. 料液 來(lái)自Dy/Ho分組出口水相，即水相進(jìn)料(M)F=1.0947 mol/l pH=3～4 2. 有機(jī)相 1.5mol/l P507+煤油，用NaOH皂化，皂化度36%， 飽和容量 s =0.18 mol/l 3. 洗液 洗滌段平衡水相稀土濃度：(M)n+1~n+m=1.6667 mol/l； 平衡水相酸度：0.5 mol/l, 洗液酸度：5.5 mol/l 4. 工藝參數(shù)計(jì)算 An+m =0.9995 ； PBI=0.5 ； PC1=0.999； RC=0.999； ?βTb/Dy=2.5 ； βDy/Ho=2.0； Ra=0.8522； Rb=0.9887； fa=0.4121； fb=0.0621 ； fc=0.5257； fa’=0.3514； fb’=0.1229 ； fc’=0.5257 ?平均分子量=182.397 計(jì)算機(jī)編程計(jì)算Gd/Tb/Dy分組工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-7所示。 =0.9682時(shí)，R=27.1095最小,故選用=0.9682一組為最優(yōu)工藝參數(shù)，即有=0.9682，W=0.6168， PCN=0.4858，PAN=0.4257， PBN=0.0886，I=4， N=8，M =16。 考慮到級(jí)效率η=80%，則實(shí)際級(jí)數(shù)：N=10，M=20，I=5，第三出口開(kāi)在洗滌段，另外加上兩級(jí)鈉皂和三級(jí)稀土皂及反萃10級(jí)，共50級(jí)。 表 2-7 Gd/Tb/Dy分組工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果 S W PCN PAN PBN I N M R=S*(N+M+I) 0.9182 0.5668 0.4648 0.4489 0.0864 4 8 18 27.5459 0.9682 0.6168 0.4858 0.4257 0.0886 4 8 16 27.1095 1.0182 0.6668 0.5048 0.4048 0.0905 5 8 15 28.5095 1.0682 0.7168 0.5221 0.3858 0.0921 5 7 14 27.7731 1.1182 0.7668 0.5380 0.3686 0.0935 5 7 14 29.0731 1.1682 0.8168 0.5525 0.3528 0.0947 5 7 13 29.2049 1.2182 0.8668 0.5659 0.3383 0.0957 5 7 13 30.4549 1.2682 0.9168 0.5783 0.3250 0.0967 5 7 13 31.7049 1.3182 0.9668 0.5898 0.3127 0.0975 5 7 12 31.6367 1.3682 1.0168 0.6005 0.3012 0.0982 5 7 12 32.8367 5．流比 MF = 1.0 (M) F = 1.0947mol/l s = 0.18 mol/l VF = MF / (M)F = 1.0 / 1.0947 = 0.9135 VS = / s = 0.9682/ 0.18 = 5.3789 V水= VS /10=5.3789/10=0.5379 Vw = W/(M)n+1 = 0.6168 / 1.6667= 0.3701 VNaOH = VS×1.5×36%÷10=0.2905 VI=fb’/(M)n+1=0.1229/1.6667=0.0737 易萃組分出口濃度：1.6667mol/l VA=fa’/(M)n+m =0.3514/1.6667=0.2108 V反= VA + Vw=0.2108+0.3701=0.5809 萃取段濃度：(M)1 -n=(W+1-fb’)/(VF+VW -VI) =(0.6168+1-0.1229)/(0.9135+0.3701-0.0737)=1.2347mol/l 用于稀土皂流量：VRECl3= /(M)n = 0.9682/1.2347=0.7842 萃余液流量：V1=Vw+VF-VI- VRECl3=0.3701+0.9135-0.0737-0.7842=0.4257 流比：VS ：VF ：VW ：VNaOH ：V稀土皂：V1 ：VI：VA ：V水 =5.3789：0.9135：0.3701：0.2905：0.7842：0.4257：0.2108：0.1115：0.5181 =5.8882：1：0.4051：0.3180：0.8585：0.4660：0.2308：0.1221：0.5672 萃余液送沉淀、灼燒工序制取中稀土化合物。 第三出口液送沉淀，灼燒工序制取氧化鋱富集物。 萃取段出口液經(jīng)反萃送沉淀、灼燒制取氧化鏑。 2.3.4產(chǎn)品處理工藝條件 2.3.4.1沉淀工序 沉淀工藝的選擇對(duì)本設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它會(huì)直接影響到本設(shè)計(jì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為此，從市場(chǎng)的信息考慮，本設(shè)計(jì)分別采用了草酸和碳銨作沉淀劑，其中鋱富集物等貴重金屬稀土產(chǎn)品為了取得更好的效果，本設(shè)計(jì)則使用草酸作沉淀劑，其余的則使用廉價(jià)的碳銨作沉淀劑。 另外，為了保證產(chǎn)品的收率和沉淀產(chǎn)品顆粒分布均勻，本設(shè)計(jì)采用把沉淀劑先配成溶液形式，產(chǎn)品的回收率達(dá)98%。 1. 使用碳銨作沉淀劑時(shí)： 輕稀土富集物、中稀土富集物、高釔重稀土富集物與碳銨的比例： REO：碳銨=1：3 沉淀溫度：70℃～90℃ 沉淀pH值：7± 洗滌時(shí)，水：濾餅=10：1（洗滌3次） 2. 使用草酸作沉淀劑時(shí)： 草酸：輕稀土=1.4：1 草酸：中稀土=1.5：1 草酸：重稀土=1.6：1 沉淀溫度：60℃～80℃ 沉淀pH值：1.5～2.0 洗滌時(shí)，水：濾餅=10：1（洗滌3次，最后一次洗滌時(shí)洗水中含1%的H2C2O4溶液） 產(chǎn)品沉淀后得稀土草酸鹽，其中稀土占稀土草酸鹽的40%，由此知稀土草酸鹽量，從而進(jìn)行下一步的灼燒工序。 2.3.4.2灼燒工序 灼燒時(shí)，必須保證灼燒的額定溫度和恒溫時(shí)間，經(jīng)過(guò)灼燒、保溫及冷卻后，稀土產(chǎn)品方可包裝入庫(kù)，包裝工序應(yīng)保持環(huán)境清潔，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。 中稀土富集物及重稀土富集物純度不高，故可用一臺(tái)隧道窯。 工藝條件： 1、 灼燒時(shí)間：2～3小時(shí) 2、 灼燒溫度：850℃～1000℃ 3、 灼燒設(shè)備：隧道窯和馬弗爐 4、 回收率：98% 2.4冶金計(jì)算 2.4.1計(jì)算的依據(jù) 本設(shè)計(jì)冶金計(jì)算依據(jù)包括以下幾個(gè)方面： 1. 氧化稀土的配分及總量 表2-8 高釔重稀土離子吸附型稀土礦配分（w%） REO La2O3 CeO2 Pr6O11 Nd2O3 Sm2O3 Eu2O3 Gd2O3 Tb4O7 w% 2.10 0.78 1.10 5.10 3.20 0.25 5.69 1.13 REO Dy2O3 Ho2O3 Y2O3 Er2O3 Tm2O3 Yb2O3 Lu2O3 SUM w% 7.48 1.60 62.90 4.26 0.60 3.34 0.47 100 2. 生產(chǎn)過(guò)程各段收率 表2-9 生產(chǎn)過(guò)程中各段收率表(%) 工序 輕稀土富集物 中稀土富集物 鋱富集物 氧化鏑 非釔重稀土 氧化釔 酸溶 95 95 95 95 95 95 RE/Y 99 99 99 99 99 99 Nd/Sm 99 99 99 99 99 / Dy/Ho / 99 99 99 99 / Gd/Tb/Dy / 99 99 99 / / 沉淀 98 98 98 98 98 98 灼燒包裝 98 98 98 98 98 98 直收率 89.42 87.64 87.64 87.64 88.53 90.33 ?3. 生產(chǎn)能力即年處理量：350T ?????????4. 年工作日300天，由年處理量進(jìn)一步確定日處理原料量 ???5. 有機(jī)相循環(huán)損耗：P507損耗0.05%，環(huán)烷酸損耗0.05%，煤油損耗0.1%，混合醇損耗0.1%。 2.4.2本設(shè)計(jì)的工藝條件 本設(shè)計(jì)的工藝條件為： 1.??年處理能力：350噸 ； 2. 年工作日：300天； ?3. 稀土總量：∑RE2O3≥92% ；? 4. 堆比重：0.805 2.4.3物料平衡計(jì)算的結(jié)果（以一天的物料量為基準(zhǔn)計(jì)算） 2.4.3.1酸溶工序 工藝條件： 1、 H2O：稀土=1.25：1（V/W） 2、 鹽酸：稀土=2：1（V/W） 3、 回收率：95% 4、 渣率：4% 5、 機(jī)械損失：1% 6、 渣含稀土：31.5% 表2-10 酸溶工序冶金計(jì)算平衡表 投入量kg或L 產(chǎn)出量kg或L 物料名稱(chēng)及量 kg或L REO % 折REO kg 產(chǎn)出物名稱(chēng)及量 Kg或L 含REO % 折REO kg 稀土原料 1166.67 92% 1073.34 RECl3溶液 3791.66 95% 1019.67 工業(yè)鹽酸 2333.33 / / 酸溶渣 136.27 31.5% 42.93 水 1458.33 / / 機(jī)械損失 / 1% 10.73 2.4.3.2萃取工序 工藝條件： 1. 收率99% 2. 槽內(nèi)皂化 2.4.3.2.1環(huán)烷酸提釔工序物料平衡表 表2-11 環(huán)烷酸提釔工序冶金計(jì)算平衡表 投入量kg或L 產(chǎn)出量kg或L 物料名稱(chēng)及量 kg或L 含REO g/L 折REO kg 產(chǎn)出物名稱(chēng)及量 kg或L 含REO g/L 折REO kg 料液 7767.92 131.3 1019.67 萃余液 5607.88 112.9 633.13 3mol/lHCl 18350.16 / / 反萃后液 2076.19 181.26 376.33 皂化用NaOH 5522.99 / / 排廢水量 19980.74 / / 有機(jī)相 環(huán)烷酸 混合醇 煤油 102280.2 / / 空白有機(jī)相 102188.14 / / 20456.04 / / 有機(jī)相損失 92.06 20456.04 / / / / / / 61368.12 / / 機(jī)械損失 / 1% 10.20 2.4.3.2.2 Nd/Sm分組工序物料平衡表 表2-12 Nd/Sm分組工序冶金計(jì)算平衡表 投入量kg或L 產(chǎn)出量kg或L 物料名稱(chēng)及量 kg或L 含REO g/L 折REO kg 產(chǎn)出物名稱(chēng)及量 kg或L 含REO g/L 折REO kg 料液 2076.19 181.26 376.33 萃余液 570.37 159.58 91.02 2.5mol/lHCl 646.32 / / 反萃后液 1890.10 148.96 281.55 皂化用NaOH 613.31 / / 排廢水量 875.35 / / 有機(jī)相 P507 煤油 11358 / / 空白有機(jī)相 11349.48 / / 5679 / / 有機(jī)相損失 8.52 / / 5679 / / 機(jī)械損失 / 1% 3.76 2.4.3.2.3 Dy/Ho分組工序物料平衡表 表2-13 Dy/Ho分組工序冶金計(jì)算平衡表 投入量kg或L 產(chǎn)出量kg或L 物料名稱(chēng)及量 kg或L 含REO g/L 折REO kg 產(chǎn)出物名稱(chēng)及量 kg或L 含REO g/L 折REO kg 料液 1890.10 148.96 281.55 萃余液 893.32 199.67 178.37 5.5mol/lHCl 973.40 / / 反萃后液 311.72 321.96 100.36 皂化用NaOH 643.01 / / 排廢水量 2301.47 / / 有機(jī)相 P507 煤油 11930.31 / / 空白有機(jī)相 11921.35 / / 5965.16 / / 有機(jī)相損失 8.96 / / 5965.16 / / 機(jī)械損失 / 1% 2.82 2.4.3.2.4Gd/Tb/Dy三出口分組工序物料平衡表 表2-14 Gd/Tb/Dy三出口分組工序冶金計(jì)算平衡表 投入量kg或L 產(chǎn)出量kg或L 物料名稱(chēng)及量 kg或L 含REO g/L 折REO kg 產(chǎn)出物名稱(chēng)及量 kg或L 含REO g/L 折REO kg 料液 893.32 199.67 178.37 萃余液 412.25 220.57 90.93 5.5mol/lHCl 361.88 / / 第三出口 71.33 311.53 22.22 皂化用NaOH 284.08 / / Dy出口量 204.13 310.83 63.45 有機(jī)相 P507 煤油 5260.05 / / 空白有機(jī)相 5256.1 / / 2630.02 / / 有機(jī)相損失 3.95 / / 2630.02 / / 廢水 851.57 / / / / / / 機(jī)械損失 1% 1.78 2.4.3.2.5萃取工序冶金計(jì)算結(jié)果總表 表2-15 萃取工序冶金計(jì)算結(jié)果總表 投入量kg或L 產(chǎn)出量kg或L 物料名稱(chēng)及量 kg或L 含REO g/L 折REO kg 產(chǎn)物名稱(chēng)及量 kg或L 含REO g/L 折REO kg 進(jìn)料量 7767.92 131.3 1019.67 輕稀土富集物 570.37 159.58 91.02 進(jìn)有機(jī)相量 102280.2 / / Tb富集物 71.33 311.53 22.22 11358 / / 重稀土富集物 311.72 321.96 100.36 11930.31 氯化釔 5607.88 112.9 633.13 5260.05 氯化鏑 204.13 310.83 63.45 環(huán)烷酸 20456.04 / / 中稀土富集物 412.25 220.57 90.93 混合醇 20456.04 / / 排廢水量 19980.74 / / 煤油 75633.29 / / 875.35 / / P507 14256.17 / / 2301.47 / / 皂化用NaOH 5522.99 / / 851.57 / / 613.31 / / 空白有機(jī)相 102188.14 / / 643.01 / / 11349.48 / / 284.08 / / 11921.35 / / 3mol/lHCl 18350.16 / / 5256.1 / / 5.5mol/lHCl 973.40 / / 有機(jī)相損失 113.49 5.5mol/lHCl 361.88 / / 機(jī)械損失 18.56 2.5mol/lHCl 646.32 / / 2.4.3.2沉淀、灼燒工序物料平衡計(jì)算 2.4.3.2.1沉淀工序物料平衡計(jì)算 在沉淀工序中，用草酸作沉淀劑時(shí)，草酸：REO=1.6：1； 用碳銨作沉淀劑時(shí)，碳銨：REO=3：1 在沉淀的過(guò)程中，鋱用草酸沉淀，其余用碳銨沉淀。 鋱沉淀需草酸量：22.22×1.6=35.55kg 輕稀土需碳銨量：91.02×3=273.06 kg 中稀土需碳銨量：90.93×3=272.79 kg 鏑需碳銨量： 63.45×3=190.35 kg 重稀土需碳銨量：100.36×3=301.08 kg 釔沉淀需碳銨量：633.13×3=1899.39 kg 共需碳銨量： 273.06+272.79+190.35+301.08+1899.39=2936.67 kg 共需草酸量： 35.55 kg 產(chǎn)品處理的冶金計(jì)算列于下表。 表2-16 沉淀工序的冶金計(jì)算平衡表 投入量kg或L 產(chǎn)出量kg或L 物料名稱(chēng)及量 kg或L 含REO mol/l 折REO kg 產(chǎn)物名稱(chēng)及量 kg或L % 損失 kg 折REO kg 氯化釔 5607.88 112.9 633.13 碳酸釔 1551.18 40 12.66 620.47 輕稀土富集物 570.37 159.58 91.02 輕稀土碳酸鹽 223 40 1.82 89.20 中稀土富集物 412.25 220.57 90.93 中稀土碳酸鹽 222.78 40 1.82 89.11 鋱富集物 71.33 311.53 22.22 鋱草酸鹽 54.45 40 0.44 21.78 氯化鏑 204.13 310.83 63.45 鏑碳酸鹽 155.45 40 1.27 62.18 重稀土富集物 311.72 321.96 100.36 重稀土碳酸鹽 245.88 40 2.01 98.35 2.4.3.2.2灼燒工序物料平衡計(jì)算 表2-17 灼燒工序的冶金計(jì)算平衡表 投入量kg或L 產(chǎn)出量kg或L 物料名稱(chēng)及量 kg或L 含REO % 折REO kg 產(chǎn)物名稱(chēng)及量 kg或L 損失 折REO kg 碳酸釔 1551.18 40 620.47 氧化釔 620.47 12.41 608.06 輕稀土碳酸鹽 223 40 89.20 輕稀土產(chǎn)品 89.20 1.78 87.42 中稀土碳酸鹽 222.78 40 89.11 中稀土產(chǎn)品 89.11 1.78 87.33 鋱草酸鹽 54.45 40 21.78 鋱產(chǎn)品 21.78 0.44 21.34 鏑碳酸鹽 155.45 40 62.18 氧化鏑 62.18 1.24 60.94 重稀土碳酸鹽 245.88 40 98.35 重稀土產(chǎn)品 98.35 1.97 96.38 2.4.3.4冶金計(jì)算平衡總表 表2-18 冶金計(jì)算平衡總表 投入量kg或L 產(chǎn)出量kg或L 物料名稱(chēng)及量 kg或L 含REO g/L 折REO kg 產(chǎn)物名稱(chēng)及量 kg或L 含REO g/L 折REO kg 酸溶工序 稀土原料 1166.67 92% 1073.34 RECl3溶液 3791.66 268.92 1019.67 工業(yè)鹽酸 2333.33 酸溶渣 136.27 31.5% 42.93 調(diào)漿水 1458.33 機(jī)械損失 10.73 RE/Y分組工序 進(jìn)料量 7767.92 131.3 1019.67 萃余液 5607.88 112.9 633.13 3mol/l HCl 18350.16 反萃后液 2076.19 181.26 376.33 皂化用NaOH 5522.99 排廢水量 19980.74 有機(jī)相 102280.2 空白有機(jī)相 102188.14 Nd/Sm分組工序 進(jìn)料量 2076.19 181.28 376.33 萃余液 570.37 159.58 91.02 2.5mol/lHCl 646.32 反萃后液 1890.10 148.96 281.55 皂化用NaOH 613.01 排廢水量 875.35 有機(jī)相 11358 空白有機(jī)相 11349.48 Dy/Ho分組工序 進(jìn)料量 1890.10 148.96 281.55 萃余液 893.32 199.67 178.37 6.5mol/lHCl 973.40 萃取液 311.72 321.96 100.36 皂化用NaOH 643.01 排廢水量 2301.47 有機(jī)相 11930.31 空白有機(jī)相 11921.35 Gd/Tb/Dy分組工序 進(jìn)料量 893.32 199.67 178.37 萃余液 412.25 220.57 90.93 5.5mol/lHCl 361.88 第三出口 71.33 311.53 22.22 皂化用NaOH 284.08 Dy出口量 204.13 310.83 63.45 有機(jī)相 5260.05 排廢水量 851.57 沉淀工序 ㎏ % 損失 氯化釔 5607.88 112.9 633.13 碳酸釔 1551.18 40 12.66 620.47 輕稀土富集物 570.37 159.58 91.02 輕稀土碳酸鹽 223 40 1.82 89.20 中稀土富集物 412.25 220.57 90.93 中稀土碳酸鹽 222.78 40 1.82 89.11 鋱富集物 71.33 311.53 22.22 鋱草酸鹽 54.45 40 0.44 21.78 鏑富集物 204.13 310.83 63.45 鏑碳酸鹽 155.45 40 1.27 62.18 重稀土富集物 311.72 321.96 100.36 重稀土碳酸鹽 245.88 40 2.01 98.35 灼燒工序 損失kg 碳酸釔 1551.18 40 620.47 氧化釔 620.47 12.41 608.06 輕稀土碳酸鹽 223 40 89.20 輕稀土產(chǎn)品 89.20 1.78 87.42 中稀土碳酸鹽 222.78 40 89.11 中稀土產(chǎn)品 89.11 1.78 87.33 鋱草酸鹽 54.45 40 21.78 氧化鋱 21.78 0.44 21.34 鏑碳酸鹽 155.45 40 62.18 氧化鏑 62.18 1.24 60.94 重稀土碳酸鹽 245.88 40 98.35 重稀土產(chǎn)品 98.35 1.97 96.38 2.5主要設(shè)備選型與計(jì)算[12][13] 2.