Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в металлургии никеля значительное место занимает карбонильный способ производства, который позволяет получать никель высокой чистоты с минимальным содержанием легкоплавких примесей и кобальта. В этой связи карбонильный никель является незаменимым сырьем для производства жаропрочных сталей и сплавов, использующихся в турбостроении, атомной промышленности и других областях техники.
Основной стадией карбонильного никелевого производства является синтез промежуточного продукта - тетракарбонила никеля. Используемый в России способ синтеза карбонила никеля при высоком давлении отличается большой энергоемкостью, материалоемкостью, низкой селективностью, малой производительностью. Высокое извлечение железа и связанная с этим необходимость утилизации токсичных отходов создает проблемы экологического порядка. Поэтому развитие карбонильного производства на базе существующего варианта синтеза нецелесообразно. В связи с этим актуальной становится задача разработки технологии синтеза карбонила никеля, которая бы обеспечила высокую эффективность процесса и органично вписалась в существующее производство.
Задачи исследования. Разработать технологию синтеза карбонила никеля, обеспечивающую высокую производительность процесса извлечения никеля, повышение селективности разделения компонентов сырья, снижение энергоемкости и капиталоемкости процесса, улучшение экологических параметров процесса. Для этого необходимо:
на основе сравнительного анализа работы отечественных и зарубежных карбонильных предприятий осуществить выбор исходного сырья из полупродуктов металлургической переработки никелевых руд;
разработать технологию подготовки исходного материала с целью повышения эффективности процесса его карбонилирования;
исследовать процесс синтеза карбонила никеля в широком диапазоне технологических параметров, выбрать оптимальные режимы карбонилирования исходного сырья и разработать предложения по конструированию основного технологического оборудования;
выполнить технико-экономическое сравнение предлагаемой и
традиционной технологии и на его основе дать рекомендации для реализации предлагаемой технологии в промышленном масштабе;
Методика исследования
Для изучения кинетических зависимостей и поведения различных компонентов сырья при подготовке и карбонилировании никельсодер-жащих материалов была создана установка, включающая проточный дифференциальный реактор высокого давления, систему дозировки реакционных газов и приборы контроля состава отходящих газов - гигрометр "Байкал-3" и химический газоанализатор ВТИ. Установка позволяла осуществлять операции по предварительной обработке материала (восстановление, внесение катализатора) и кар'бонилированию последовательно, в одном реакторе и без контакта промежуточных продуктов с воздухом.
Научная новизна работы
-
Исследована зависимость скорости реакции синтеза карбони-ла никеля от содержания катализатора - хемосорбированнои серы и предложен механизм катализа. Показано, что первые порции добавки серы, разрыхляющие реакционную поверхность никеля, в несколько раз ускоряют реакцию. Избыток хемосорбированнои серы приводит к снижению реакционной способности материала за счет перекрытия 3-d зоны в атомах металла. Установлено, что содержание серы, при котором наблюдается максимальная скорость процесса, составляет 2,0-2,5%(масс).
-
Разработан способ хемосорбции серы, предложено кинетическое уравнение процесса хемосорбции, отражающее влияние концентрации сернистого ангидрида и температуры на скорость сульфурирова-ния. Установлено, что реакция сульфурирования протекает через образование активного комплекса N1H+.
Практическая значимость работы
-
Разработана технология синтеза тетракарбонила никеля из закиси никеля при давлениях реакционного газа 3,0-3,5 МПа.
-
Даны рекомендации по аппаратурному оформлению технологической схемы и разработана на уровне изобретения конструкция реактора синтеза карбонила никеля.
-
Выполнен сравнительный экономический анализ и установлена
возможность внедрения предлагаемого процесса в действующем производстве.
Положения, выносимые на защиту
-
Выбор закиси никеля, как наиболее реакционноспособного при карбонизировании промышленного материала, параметры ее восстановления и способ хемосорбции серы, являющейся катализатором, на поверхности восстановленной закиси никеля.
-
Экстремальный характер влияния содержания хемосорбирован-ной серы на скорость карбонилирования, поведение сопутствующих компонентов сырья, выбор технологической схемы процесса и конструкции промышленного аппарата для проведения реакции карбонилирования.
Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ. Материалы доложены на 3-х конференциях.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, семи глав, заключительных выводов, библиографического списка из 136 наименований, содержит 16 таблиц, 42 рисунков, 1 приложения и изложена на 139 страницах машинописного текста.