Verslag bij het fabrieksschema voor de winning van platina uit platinahoudend koper-nikkelerts uit Zuid-Afrika

( i~ I ï'

I

..

, ,",.' '. f\ï' ;~ .. : ~".;.

Verslag bij het

Fabrieksschema voor de . winning van P~atina

uit Platinahoudend Koper-Nikke~erts uit Z:uid-Afrika. K.K. v (d Korst F. Breimer august.us 1956.

,

..

1 .

-Opgave: het opstellen van een fabrieksschema voor de bereiding van platina uit platinahoudend Koper-Nikkelerts, d'at gevonden wordt in Zuid-Afrika.

Inleiding (l} (2) (3) (4) (5)

Twee van dé voórnaáms,té vindplaats.en van platina en de

meest-al hiermee samen voorkomende platiriametaJ.en, ~aILadium,

QsmiUIJl~ iridium, ruthenium. en rhodium, zijn .het Sudburry district, Canada en Transvaal., Zuid-Afrika. De genoemde

metalen komen op deze plaatsen voor in basd.s:che gesteenten, . geassocieerd met koper, nikkel en ijzerertsen, zoals

pyrrho.tiet (FeS') ~ pent1a.andiet: (Fe.,Ni)S en chalaopyriet (CuFe }S2' Het platina-zelf is dan aanwezig als vrij metaal, aJ.liages

of sperryl.iet (PtAs2). Veel z.eldzamer

Zl"

jn de su1.fiden Coaperiet(PtSl-en b;raggietÇ(Pt,.Pd,Ni)S •

Als gemiddelde samenstel~ing-voor het e ts uit het Sudburry distriClt wordt opgegeven: 2~ Cu; 1,5~ Ni;

30%

Fe en 1 g P"t-metalen per ton erts. .

Met 'behulp' van de litteratuur werd een gemiddelde samenate1-l.ing voor het gu:i.d-Afrikaanse erts opgesteld: 0,2% Cu,

0,15% N~i 1% Fe en lO g Pt-metalen per ton erts.

Aan de hand van deze samens.telJ.ingen is in te zien, dat de hoofdproducten bij de verwerking van de Canadese ertsen koper en nikkel zijn. terwijl. de Ft-metalen een kostbaar bijproduct vormen.

Het verwerken van de Zuid-Afrikaanse ertsen voor de winning van koper en nikkel daarentegen is niet rendabel. In dit geVal moeten de platinametalen als hoofdproduct beschouwd worden, waarbij dan koper en nikkel. kostprijsverlagende bijproducten zijn. (3). .

Hieruit, is het begrijpelijk, dat voor de verwerking van deze Z.uid-Afrikaanse ertsen andere methoden worden toegepast, die primair gericht zijn op een zo sterk mogelijk concentreren van de platinametalen.

Methoden voor de verwerking van platinahoudende Koper-Nikkel ertsen

a) Verwerking van het Canadese erts. (21) (International Nikkel Compt;Uly) (f"iguur I).

-Het erts. wordt gebroken en daarna gemalen tot 40-2:00 m.esh .•

(0,.35-0,;075 mm). VerVOlgens vindt een flotatie plaats:,

waar-bij onder afs:cheiding van ganggesteente een Ni.S-CuS- en een c'U2.S:"concentraat, onts.taan. .. Beide concentraten zijn

verontreinigd met ijzersul.fide (FeS') en uiteraard met gang-gesteenta.

~. Het NiS-C:u.s: conc.entraat wordt gesmolten in een

ilrever.beratory'L oven, d. i . een lange lage oven verhit' door J ol1.e of· poederkoolbranders:, welke. aan de korte zijde ge:- . c

plaats.t, zijn. De lange vlam. strijkt over de vulling en geeft zijn warmte voornamelijk af door straling. De verbranding,s-gassen ontwijken aan het andere einde van de oven.

De temperaturen bij deze directe verhitting kunnen variëren 'van 1200-16000 C. (6)

De enige functie van dit soort ovens; is: het smelten van de ingebrachte concentraten, waardoor dan een scheiding kan o.ptreden tussen slakVorm.ende bestanddelen en de zogenaamde

"matt.ell_{;, een mengsel van de aanwezige sulfiden,. CU2S~" FeS' en}

NiS! waarin zich dan tevens de platinametalen verzamelen. Om. de slakvorming te bevorderen en de slak vloeibaar te

(

houden wordt in de meeste gevallen zand en andere stoffen zoals

--.. '~ I ~----~-\Y " . Nilc.lCQ.I- ... ..."'tte.

I

...I ~I:e.. 7.C\."'", •

f ~. ,

t

Hi\c\cLl. M60k:'I::e," .'--rr---'--'----Cok:'S Sme.\ \:e.n.. ~., RLcl ... e.t.r"C.I"\ I _ '..:.

---

.. '"--'

1

-( . ~3

He~ zo verkregen koper wordt even~ueel nog gezuiverd door

e:lectrol.yse'. De edel.e meta~en, voornamelijk goud en zilver

bevinden zich ook hier in'het anode slib. Het converteren tot metaal, zoals hier toegepas:t" 1.s: niet bruikbaar voor een

koper-nikkel"ma.tt~II', omdat nikkel te gemakkelijk wordt geoxydeerd.

Het zou dan als nikke~oxyde in de siak verdwijnen. (12)

b) Verwerking van het Z'uid~Af'rikaanse erta (2) (4) (1.3) (l~)

. . . (f1guur II)

Ook in dit geval wordt het erts gebrokene~ daarna gemal.en tot,

40-2.00mesh. Aan het floteren ,gaat hier echter een

conaentratie-proces vooraf' met behul.p van k1.assifis'eerapparaten ("c~ass-ifiers"')

en schudtafels.. Dit geeft de zo~enaamde "metallics"'" een

o,oncentraat bestaande uit PtS, (Pt,Pd,Ni)S en, Pt, verontreinigèf

met een kleine hoeveelheid koper-en nikkel-sulfiden. (2)

Dit concentraat, dat in geringe hoeveel.heid .. verkregen.wordt,

kan tezamen met andere "iÏ..n de Jloop van het proces gevorIlide,

platinarijke producten worden opgewerkt. '

De flotatie' dient bij dit proces alleen om ganggesteente te verwijderen .. E'en scheiding van koper- en nikkel-sul.:fiden door

flotatie bevorde~t de cO,nc'entratie van de pl.atina-metalen niet.

terwijl het bovendien niet rendabel is in verband met de

geringe ho eveeJ.he,den .. : , '

Het flotatie- concentraat, dat verkregen wordt, bevat dus: nikkel, koper en ijzer sulfiden" sulfiden van de platina-metalen en

ganggesteente.eZ) ,

Hieruit wordt door smelten en converteren weer een ItBes:semer

matte" gemaakt, zoal.s· onder

al

beschreven werd'. Deze matte wordt

verwerkt bij Johnson Ma~they

&

Comp.Ltd. in Engeland, welke

firma s.peciaal voor deze Zuid-Afrikaanse "matt,es;lt! een werkwijze ontwikkeld heeft, die nogal afwijkt van het door de

"'International. Nickel. Comp. u! toegepaste "top and bot,tom" proces.

De reden hiervoor werd reeds ,in de inleiding vermeld.

Dez.e afwijkende werkwijze :ls. gebruikt bij het opstellen van

het fabrieksschema.. ,

V.olgens de ~li t,t,eratuur (9) is het moeilijk om bij toepass'ing

van het "top and bottom'l proc~s de platina-metalen volledig

in de nikkel-sulf'ide laag ("bottom"i

) t'e concentreren. .

Nu is de aff'ini te:tt, van de -platina~metalen voor de me,~al.en van

de ijzergroep groter dan voor de sul.fiden van deze groep,

voor~ bij hogere temperatuur. Om de bovengenoemde moeilijkheid, te ontgaan, maakt men hiervan gebruik bij de afwijkende

werkWijze.

Door,reducti.e met koolstof of eenvoudig door toevoegen van

nikk'el zorgt men voor de aanwezigheid van een bepaald percentage

vrij metaal. (10-20%J in de "mat,.e"'. Dit, dient dan als coll.ector

voor de platina-metalen., , ' , .

Toevoeging van alkalihydroxyde of alkalicarbonaat (2:-3%)

geeft bij afkoelen een "brosse massa, waarin het vrij metau in grove kristallen voorkomt.,

Wordt meer dan 25% alkali toegevoegd, dan treedt ontmenging op~

waardoor bij afkoelen de gewenste brosse massa niet wordt

verkregen. _

Het percentage vrij metaal mag niet te groot worden (.<2.0%), .

daar anders zich in de oven reeds een metaalspons afscheidt, welke moeil.ijk verder te verwerken is in verband met het hoge smeltpunt ..

De vloe1.bare "Bess:emer mat:te"' wordt in dit proces: dus met bepaalde hoeveelheden SOda en cokes gesmolten in een

"reverberatory" oven" waarbij voornamelijk vrij nikkel ontstaat,

,) , i _,

.; , 4

-De smelt laat men vervolgens afkoelen in een gietpan. Het vrije metaal, dat: dan het eerst uitkristalli.seert, bevat het grootste deel van de platina-metalen en is bovendien rijk aan nikkel.

Men 1aat daarom slechts een deel van de smelt vast worden, waarna het nog vloeibare deel wordt afgegoten. ,

Het vast geworden deel bevat nu vrijwel alle p1atina~etalen,

terwijl het afgegoten deel, 'dat men ook vast laat worden, wel veel vrij metaal, maar weinig platina-metalen bevat. Op deze manier krijgt men dus een vrij sterke concentratie

van de platina-metalen. ,

Beide massa's worden afzonderlijk gemalen in een kogelmolen en daarna met behulp van schudtafe1a en magnetische

scheiders bevrij'd van koper- en nikkel- sulfiden.

De platina arme massa bevat ongeveer ev'envee1 platina-metalen a.l.s de oors.pronkelijke ttBessemer matte'!: en wordt daarom

in de smeltoven teruggevoerd. (in dat geval kan dus, minder cokes toegevoegd worden.)

Het platinarijke nikkel a1I2age wordt met zwavel gesmolten, zodanig dat 80 à 90% van het nikkel in nikkelsu1fide wordt overgevoerd. Na-afkoelen kan het nikkelsulfide weer verwijderd worden, waardoor een tweede zeer sterke concentratie wordt bereikt.

Het nikkel alliage bevat nu ongeveer 20% platina~metalen en kan verder langs, nat.te weg verwerkt worden.

Door behandelen met 2.5% -ig zwavelzuur bij 90Pe wordt het nikkel opgelost. De platina-metalen blijven achter en worden afgefiltreerd. Behandeling van dit residu met koningswater bij 900_{e geeft Pt. en Pd in oplossing. De andere}

platina-metalen worden afg,efiltreerd en op andere wijze opgelost en gescheiden.. .

Platina wordt met ammon:iumchl.oride uit de oplossing neerge-slagen als {NHA.J2. ptel6. Dit zout wordt thermisch ontleed in een moffeloven (9000e). Daarbij ontstaat platinaspons,

wat: opnieuw opgelost wordt in koningswater. Herhaalde

prec:ipitatie en ontleding geven dan een platinaspons, welke 'zeer. zuiver is. (99,9% Ft)

Uit de koper en nikkelsulfiden, die bij de beschreven

bewerkingen worden afgescheiden, wordt in een afzonderlijk' proces via "top and bottom" scheiding en electrolyse zuiver koper en nikke~ bereid.

Het, fabrieksschema. (zie: figuur II': en tekening.) Uitgegaan word:t van

50

ton/hr erts' met de samenstelling:

P:Latina-metalen (Pt,Pd,Os"Ir"Ru,Rh) ~O g/ton Nikkel ' {Ni} 0,.21.%

Koper (eul 0,,15%

IJz.er (F'e) 0,9.5%

To,taal: hevat het erts: 2%. koper, nikkel en ijzersuli'iden. (5) De gekozen hoevee'lheid erts: levert een jaarproduc,tie van 4400 kg platina-metalen. Dit is: on~eveer de helft, van de productie, van Zuid-Afrika in 1953.(3)

a,) IClassifiseren en Fl0 teren

Door k1assifiseren worden de "metallicstt: verkregen, maar in de litteratuur is niet aangegeven hoeveel., Dit kan echter bij benadering berekend worden, zoals: uit het volgend,e zal blijken.,

I-I

;

"-r

I:

I.:

I

I I J

I

I

I

I1

I

I

I

-I

I

.~.

.,

,-I

I

\'... '\""

I

= ~ _ .... ' .'~ a ..

I

I

I

I

I

₁

I

-l

CÎ1 J! "

.

cr-~~ j .... ~ .I

h

~~

..

--".

"

~-' _{c cl} ~'I\A E -:il' ~ 1'" _.J> "1

,

-ä

_...

s: ti ,

-__ 0 IJ J.

r

~

J

1

i'!\ !

-J.

§ .... ::!: ~ -" .,i §

_..

'!!: ~ ::z: ~ 11> rI d .I L

"7

::/ ~ -5 .I $ d .,!: U oU

....

-r---t:

.3 Ol d ol '" :; s-" JI j I~ L - -- "1-<I '\ s cl J .j '0

-;;;i=

df

_r

.JI ... ;r \tI- Ö )J

1

~

-p

~

]

_i

~ _{~., -~} ~ :.: s

~

ï ' d ol ~ :J '> J -a 0 j ~ ~

- ---c-~

"

,-dl

_~ .~

[

j

r

,

<l

. jl

!. ~ ~ 0 II '

-i.

.1" ~ .. ;" '" )0 )000 -0"'-~.i' ~

.-, , ~. '

..

~ 't: , (.. --" , ~ I--»

-",r---' ' -... ~

-.,

...

1

r

-:

_.la ~ ~ ,IJ .j.~ ~ .e-0

...

I-"

.J> d 3

-I

_,

0 ~

~

_..

t' .u .... 4 û >

~-'"

,JI d JI .r~ ~

-

'~ !L _.:.i:.. ~ .;0,-N \.

"

.... ~ ~ 3 '" _~ -:c _.~

"-

t ~ .;! I ; ....

-..s , ~ ol \.. JJ

- r--.:.ï:.

-

-~

:ï

_""

S-ct~ - > ... ..t0 '" .-~

•

I

I

"~ .u d d .u> .~ _{----:;, . \.} ";j d .JJ ~

-

-

.-(\. '-" ~ ~ ~ ~

_"

l l~ ~ 0 "J

-...

0 ~

1

~t

~i~ ~

~tf. o o I {1

,

- ! ~

'"

-'

i

VI d $ "

-·t.

/

(

- 5 .-.

Volgens; de J:itté:r'ä:tuur·' ;(2) bevat het flotatie-concentraat 300 g. platina-metalen/ton.

Totaal moet 50 ton erts,lhr gef~otteerd worden, waarin zich ~OOO kg sulfiden (=2%) bevinden.

I

Aangenomen wordt dat 95% van de aanwezige sulfiden in het flotatie-concentraat terecht komen en dat dit concentraat 20% ganggesteente bevat.

Verder is bekend, dat 90% van de platina~etalen, die in het flotatieproces worden ingevoerd, zich na flotatie in het concentraat bevinden.

De volgende berekening is nu te maken: ingevoerde.sulfiden ~OOO kg/hr

sulfiden in flotatie-concentraat

=

0,95 x 1000

=

_ 950 kg/hr totale hoeveelheid flotatie-concentraat

=

6.;§

=

1.190 kgjhr . Pt-metalen in flotatie-concentraat = 1,190 x 300

=

357 g.

Pt-meta.len, ingevoerd in de eerste flotatiecel =

6;~

=

39i7

g/hr

Pt-metalen, ingevoerd in het eerste klassif±seerapparaat =

50 x 10 =C5öö'-g;~ De 'lmetallics'l:, weBce per uur worden geproduceerd bevatten dus 500. - 397 = 103 g. platina-metalen.

VO.lgenS, (19) is' dit 40% van d~:to:ta1a_hO_eYe_elh~_i.d'jOdat

de totale productie slechts;

=,0,25

kg/hr

bedraagt.--j b} Smelten (eerste oven) "

Het flotatiê-concentraat, dat dus het groots,te cleel van de platina-metalen bevat, wordt, samen met ~ 20~ zuiver zand gesmolten in de eerste 'treverberatoryltl oven.

De tijd, nodig voor het smelten van de massa. is op acht uur gesteld. De oven is daarom,zodanig gedimensioneerd,

dat: hij acht maal de uurproduc:tie van het flotatie-concen-traat en het daarvoor benodigde zand kan bevatten;

Massabalans (per uur):

In:

_-

Uit:

flotatie-concentraat li90

kg/hr

"lnatte11: zand 2}8 k€;/hr slak' Totaal ~428

kg/hr

Totaal

---950 kg(hr 478 kg/hr 1428 kg/hr In de oven worden ingevoérd: 357 g platina-metalen/hr. c) Converteren (zie ook berekening IJ

De "matte'" wordt'uit de oven afgetapt in een .gietpan en overgebracht naar de convertor. .

Tevens wordt dan hierin zoveel zand gebracht als nodig is. om al het l.jzeroxyde (FeO) , dat door oxydatie van het

ijzersulfide in de matte zal ontstaan, te binden als ijzer-silikaatslak (FeO.Si0₂

h

'

On tot redelijke afmetingen te komen, is de convertor

gedimensioneerd voor een charge van vier maal de uurproductiE aan "matteil. De inhoud Van de oven wordt, dus, in tweemaal verwerkt, terwijl voor converteren van iedere charge vier uur beschikbaar is.

\ ₆

-Zaal.a uit berekening I blijkt, is dit wat betreft de warmte ,afvoer ru~ voldoende.

Maasabalans (per uur):

In Uit,

-

_{Itma t.t e I~,} zand 1.ucht (50% over-·maat (23» 950 kg{hr 480 kg/hr 2.61.0 kg/hr u'Bessemer ma tt e~; 248 kg/hr ~otaa1. 4040

kg/hr

1.055 kg/hr 512kg!hr 870 kg/hr ~355, ~/hr tota~ 4040 kg!hr

De gemiddelde samenstelling van de uit de convertor komende ItBessemer mattelti _ia:

NiS

62%

CU2S~ 36%- ,

Verontreiniging (slak en FeS') 2.% (1.6) (1.9).

Aangenomen wordt dat bij smelten en converteren 'geen verlies-van platina-metalen optreedt.

De 'I.Beaaemer matten, bevat dus 357 g. platina-meta1.en per 248 kg. (- Ot~44%1. (~9)

-d) Smelten (tweede oven)

. De 'tBessemer matteIl wordt in de "tweeëfe lI:reverberatory": oven gesmolten met soda en cokes. Nr ontstaat dan vrij metaal

(vnl. nikkel.) volgens de reactie:

NiS +.

cr ;:.

Na2C0:3 ---7' Ni

+

Na2S: + CO' +. 002: De hoeveelheden cokes en soda worden zodani.g gekozen dat bij deze reductie ± 10% vrij metaal i.n de matte· gevormd wordt. Door bijvoegen van later in het proces teruggewonnen vrij

metaal. wordt dit op ±

15%

gebracht. (betrokken op de inkomende

~I;mattelt). Eventueel kan dit percentage ook bereikt worden

zonder reductie met soda en cokes, maar alLeen door toevoegen

Van

teruggewonnen vrij metaal. indien dit in voldoende

hoeveelheid aanweZ±g i.s. Dit teruggevoerde vrij metaal bevat,

0:,1.44% platina-metalen,. terwijl. bovendien wordt aangenomen,

dat er nog ~ 1.0% sulfiden inzitten. (1.3)(19)

Behalve de theoretische hoeveelheid soda,·nodig.voor de reductie, wordt nog

3%

extra toegevoegd. (berekend op de inkomende "matte

'I. ).

Dit dient voor het vormen van een brosse massa bij' stollen van de smelt .. (13 )

Massabalans (per uur):

In Uit

n'Besaemer matte'" S'oda (voor reductie) Soda (0,,03 x 2.48) Koolstof (cokes.) 248 kg/hr 'tma tte n, 44 ,. 5 kgjhr 002. 7,5 kgjhr co, 5,0 kg!hr slak Teruggevoërd vrij metaaL

12.,4 kg!hr Teruggevoerde· sulfiden 1.,4 kg/hr 283,6 kg/hr 1.8,5

kg/hr

1l,7 kg!hr 5,,0 kg!hr To taal "'" 319 kg/hr Ta taal f"J 319 kg/hr.

~.

\ \ \ "

\

. . / / " 7

Aan pl.a.tina-metalen wordt in de oven ingevoerd.:

35;7 + 0,1.44 x: 12.4 = 357' +

la

=

375 g/hr.

In de uit de: oven komende "'matte"! bevinden zich dus 0,l3%

platina-metalen, terwijl de hoeveelhe~d vrij metaal in

deze Itma:tteU

:t

_{l3% bedraagt.}

e) Stollen

De Ilmattel

" uit de tweede Ilre.verberatory't oven wordt in een

koelpan gebracht. waarin men hem voor een deel vast laat

worden;

Bij gebrek aan litteratuurgegevens: zijn hiervoor de volgende aannamen gemaakt:

J.) Wordt de "mat"tetl

; voor 50% vast, dan bevinden zich 90%

van de platina-metalen in de vaste massa. .

2:) Het vrije metaal~ ·da.t zich in de vaste massa. bevindt,

:la voornamelijk nikkel. ('zi.e ook ~) pag. 5)

Volgens (13) -bevat het vrije metaaï,~at achterblijt:t in de

"matt.elt_{., die afgegoten wordt, 0,144% platina-metalen.}

De volgende -berekening. is nu te maken:

af~g,egoten massa

=

i

:i 2.8.3,6 = 142: kg/hr platina-meta1.en hierin

=

0,1.. x 3,75 - 37 g. . . t 1 - d 37.10 vr~J me aa ~ e mas~a. =

0-,144.10

-

25,1

kg. vaste massa -

i

x 283,6-platina-metalen hierin =' 0,9: x 1,75

vrij metaal in de massa

=

37,2 - 2.5,7

=

1.42: kg/hr

=

3.3:8 g.

= 1l,5 kg.

f): Verwerking met Sèhudtafels en magnetische S:cheiders

l . Afgegoten massa. . A~

Deze wordt gemalen in een kogelmolen, (waarna met behulp van schudtafel.. en magnetische scheid.er de sulfiden van het ~ije metaal worden gescheiden.

Aangenomen wordt dat het .rendement van deze scheiding

90~ bedraagt. Massabalans : In: Uit: 1.42. kg/hr vrij metaal. (+1.0 s.u1fiden)

=

2:5,6 kg/hr sUlfiden

(+lO% vrij metaa.l.)1l6,4 kg/hr

Totaal 142

kg/hr

====

De platina-metalen, welke zich in de massa bevinden, worden

voor het grootste deel samen met het ~ije metaal. van de

s~'iden geSCheiden.

Het vrije metaal wordt deels in de oven teruggevoerd, deels opgeslagen, zoal.s in het voorgaande werd aangegeven.

De sulfiden worden verwerkt tot zuiver koper en nikkel metaal.

- 8

2: Vaste massa.

'. - .cz:;.-

Q~/

~

Deze wordt op dezelfde manier met kogelmO.len,

schud-l"~

tafel. en magnetische scheider verwerkt.

Hier wordt aangenomen, dat 'bij de scheiding vrij metaal. verkregen wordt met slechts 2% sulfiden en dat 98% van de ingevoerde'platina-metalen zich in dit vrij metaal bevinden. In dit geval. is o.i. een

betere scheiding nodig dan in geval

L.,

daar anders de verliezen aan platina-metalen te groot worden •. Massabalans::

1!!

Uit

lima tteU : _1.42

kg/hr

(met 338 g Pt-metalen) vrij metaal (+ 2% sulfiden) 14 kgjhr sulfidén '.

(+ 2%' vrij me taal

J

128 kg/hr Totaal ~42 kg/hr In het vrij metaal bevindt zich dus nog:

0,98 x 318

=

13~

g. platina-metalen. /

Lr

g) Smelten

Het vrije metaal ( vnl. nikkel + platina-metalen), d'at de magnetische scheider verlaat" wordt opgesmolten met zwavel., waarvan de hoeveelheid zodanig gekozen wordt,

dát 85% van het vrije metaal in sulfide wordt omgeze~. Tevens wordt weer

3%

soda toegevoegd voor het ,vormen van de brosse massa bij stollen.

Daar de platina-metalen zich ook nu weer met het vrije metaal verbinden, betekent: deze bewerking een zeer sterke

concentratie. ' '

Voor het smelten van de betrekkelijk kleine metaal~massa,

is. een inductie oven gekozen. (22) De sme.lt k~ dan niet ' verontreinigd worden door de vlam, zoals: bij een direct verhitte "reverberatory-" oven.

De dimensionering van de smeltkroes is' zodanig, dat vier maal de uurproductie aan vrij metaa~, ineens; kan worden . verwerkt.

Massaba1ans: In '

Vrij metaal (+ 2% sulfiden) '14

(met 331 g. Pt-metalen)

kg/hr

Zwavel. Soda {3%J Totaal. 5,3 kg/hr

0,4 kg/hr

19,7

kg/hr Uit Nikkel-":ma tte 11 19,7 kg/hl: waarin:

1.7

kg. vrij metaal

17,7

kg.sulfiden 331 g. platina metalen. De verkregen nikkel-Ifmatte" wo~dt weer aan een scheiding onderworpen met kogelmolen, schudtafel en magnetische s'cheider.

I

verlies van vrij metaal ook hier weer groot verlies De scheiding mo.et zo effec. tief mogelijk zijn,. daar van platina"'metalen betekent .•

Het· afgescheiden nikkelsulfide wordt afzonderlijk verwerkt tot zuiver nikkel.

l ' n J

-9

hl

'Oplossen en zuiveren

Het bij' de vorige bewerking verkregen vrij mètaa.1. (vnl.nikkel) wordt opgelost in 25%' - tg zwavelzuur onder verwarming

to t. 900 C·. (13 )

; ) De hoeveelheid zwavelzuur is hier tweemaal zo groot gekozen als' de theoretisch benodigde hoeveelleid.

~~v

\-'S. ,~.,)~ Wa.arschijnlijk. is het ec.onomischer om met een geringere

,- v- overmaat te volstaan;

"J) Het. oplosvat is zo groot gekozen, dat de vrij metaal productie

"i>l--. van 2:4 uur in een keeru

kan worden opgelost. .

\i><'. " \

~\ .. \1~ Als materiaal voor het oplos:vat is zuurbestendig aardewerk

:t<~k

".r,.

gekozen (zie bereken:tng I) ,

~~ t ~ .yr Massabalá.ns: qJ'?-~ k-In:

-

_{vrij metaal. ~, 7 kg/hr} HZS04 25% 18,2 kg!hr Ui.t:

-Totaal. ~9

,9'

fV 20 kg!hr Totaal 0.

,;3;31

kg!hr 3,60 15,93

kg/hr

0,04 kglhr 19 , 9 IV 20:

kg/hr

----_.

Is al het nikkel o:pgelos;.t,. dan wordt: afgefi1.treerd., waarbij de platina-metalen als residu op het filter achterblijven. De samenstelling van dit: residu is:

70%

Pt, 251,b. Pd en

5%

andere platina-metalen. (19) . .

De gehele 2:4uur prqductie van dit residu (= 2.4·x

331

=

79'44 g I"'.J 8 kg,) wordt vervolgens opgelost. in ongeveer

50 liter koningswater.

Plati~a en palladium. gaan in oplossing, terwijl de andere platina-metalen het residu vormen, 'dat, bij filtratie

achterblijft. Verkregen wordt zo 2 1. oplossing[hr met 232 g. platina-metalen en 82 g. pall.adium.

Uit dez.e oplossing wordt ~latina geprecipiteerd met ammoniumchloride aJ.s

eNK ).

Pt.Cl .. Affiltreren levert

r486.

~.

zout/.h:r en' een

-fi1t~aat,

wRarin zich

~et

palladium -nog bevindt.

Door thermische ontle~ing van het (NH )" Pt-C16 in een . met gas verhitte

moffe~oven

(9000

e)

oAt~taat

dan onzuiver platinas:pons, wat nogmaals wordt opgelo st" g,eprecipi teerd: en afgefiltreerd. Ontleding van het zout geeft dan

Ca2

g),lhr zuiver Platinas~ons (99:,9% Pt); wat neerkomt v e n dagproductie van -

5,5

kg platina.

Het platinaspons: wordt aJ.s. zodanig in de handel gebrach"t of gesmolten en in schuitjes gegoten.

Lfrl

De filtraten van de beide platina precipitatie's worden

·p.r

gecombineerd, waarna.pa:ua.di~ wordt neergesl~gen.a::Ls

U"" ~ • PdÇ~IhJ2. C~2. Ontledl.ng v~ dl.t zout geeft, palladl.um.,.

~~ ~qJ wat. e~entueel verder gezul.verd kan worden door herhall.ng.

n'.A>\ .~J.... . van dl.t proces.

~y./t,i.. ~ Hetresidu,t c:l:at gevormd wordt door de andere

platina-a~l.J;\.-\"''''

.

metalen, mOlet eerst worden ontsloten, waarna deze metalen

..

₁₀

Conclusie

Bij het op~tellen van dit schema moeste~ noodgedwongen vele aannamen worden gemaakt, daar de litteratuur

over di~ onderwerp zeer beperkt en bovendien op essentiële punten zeer vaag is. Van de firma, op Wiens proces dit sohema hoofdzakelijk gebaseer-dis, konden geen nadere gegevens verkregen worden.

In

ieder geval is duidelijk geworden, dat de bereiding van p~atinameta1en uit Zuid-Afrikaans koper-nikkelerts: een in hoge mate e~irisoh prooes is, waarbij in

ve'rband met het geringe gehal. te aan waardevoll.e stoi'fen van het erts zeer s,terk de nadruk moet liggen op de economisohe kant van de verwerking.

~

u

-Iiittaratuur

(~) Iniparia~ Insti tute. Minera~ RasQurcea Da:partment.

Sec:. ed. 1.936:: ltP~atinum and lUlied Metals: :pag.6ev.

(2.) Thor:pa Dic:tionary of Ap~ied. Chemistry ~950 :pag. 110 (J) A.R. Raper, F.S. C~ements·. Rev. de Mét. 52:(1.955)447

(4; )

\J

Min. J. 235 (1950) 5;11

(5 )

(6 ) (7 ).

P.melins Handbuch der Anorganischen Chemie 19J8

Lieferung

t,

Teil.

A

pag. 3~

Newton, Wi1.son. MetaILurgyof Capper 1942. pag 76,l11

, '

Bray. NQn-ferrov.s l?roduc~ion Metallurgy 19.47 pag. 63

(8) Idem. pag. 158 ev.

:pag. ~82. - 1.85

(9) Idem.

(10) Idem' •. pag... 401 - 403

-(~1.) Imperia1. Institute .. Minera~. Resources Department .•

Sec~ ell. 1.936: P1.atinum. and Allied Meta~s pag .. '8

(12:) New;ton, Wilson. Metallurgy of CO.pper. ~942.. :pag. 182

(l3) Brit. Pat.. 316.063,.

(1.4)

V

Transactions Inst. Chem. Eng.

1.5(l937)~3l.

(15)

Tafel~

Lehrbuph der

Me.tal~-'hütt~n-Kunde

1951 dl.I pag.2l3

(16) Min. J. 67 (~946.)423 ev.

(~7) Bray.. Non-ferrolAs . production Metal1urgy ~947. pag. ~56.

-(18) Idem.. pag. 32:.

(~9J Hampel. Rare Metals Handbook. 1954. pag. 302

(20) (21)

(2.2:)

ManteJ.l Indus.trial Electro-chemistry pag. 305. ev.

"Nick.eln,. Brochure van de International Nickel Comp.

K1rk~Ohtmer Enc:yq'lQpedia of Chemica1 Technology d~. 7

1

Berekeningen War.mte-balans voor de convertor:

~

vloeibare matte~

Doel Van het converteren: het verwijderen van ijzer-sulfide uit de matte door oxydatie tot ijzeroxyde en , vorming van een slak uit

ijzeroxyde en zand. Reactie:

FeS+3!Z02. ~ 'Fe0+S02 (a)

(3) (6)

F'eO+.Si02 ~ FeO Si02 eb)

De oxydatie van FeS' tot,FeO wordt verkregen door in-blazen van lucht, in de Inwendige afmetingen van de convertor:

. di

=

1,10. m.

Inhoud:

De convertor wordt ongeveer voor de helft. gevuld met vloeibare

matt,e (:!:'

1o.Oo.°a)

en zuiver zand

C±

98%, S102)

Bekleding:

Dez:e bestaat Uit Magnesiet (87%' MgD,) omgeven do:or een s'talen

mantel van.1. cm. dik.

p)

(6)

Te bepalen:

Massabalans:

, "

al warmt

eb

alans:

bJ

dikte Van de bekleding

co} tijd, nodig voor converteren van één

convertorlading (

4

maal de uurproductie,

dwz .• per 4 uur wordt eenmaal geconverteerd.) Oxyda,tiè" vindt plaats volgens' vergelijking (1).

Aan de reactie neemt deel 4 x 706

=

2:82:4 kg FeS-. (per 4 uur)

Benodigde 02::

2gg4

x- ~ x' 32 = 1540. kg

=

î;j~

=

1160 m3 02

. (20.0_0', 1 atm.)

dus benodigde lucht:

5;~O

Gft: 5800

m3

(20. 0

0; 1

atm.)

2:73

d1.ucht

=

1,,?93 x: 293

=

1,20 kg/m3 (20 0 ;. 1. atm.

J

, Het gewicht van de lucht is dan:

"J

I.:r

5800. x 1,2 ..:. 6950 kg.

1'11 1)""

~~~.oI'~o'l/, _ _ Bovendien wordt 50% overmaat lucht gebruikt, zodat totaal

~~tY ingevoerd wordt (3):

\. ~ 6950 + 0,5 x: 6950, = 1.0.41.0 kg.

0\

d _n2 = 1,25 x' _~-2:73 - 1 16 _{, . .}

ontwijkende N2

=

0,8 x 5800. x 1,,1.6

=

54l0.kg.

2

-Totaal ontwijkend gas;: 5410 kg N2 + 3460 kg lucht = 8870 kg

In: Uit: matte zand ~ucht (lOOOOO) (2.00_0") (20°0:) 4 x· 950 kg = 3800 kg.

4

x 480 kg =1.920 kg. =10410 kg .. matte 4 x 248 kg = 992 kg. slak 4.xl055 kg

=

42:20 kg. ,S02 4 x 5l2: kg, = 2048 kg. N2. + lucht.

=

8870 kg. Totaal = 16130 kg. Totaal = 16130 kg. --- _{- - - -} ---a) Warm t ebalans;

De warmt;e leverende reacti.e' s zi jn:.

FeS: of.. 3/2. 02: ) FeO' +-

sol

+

i

x 223 .980 cal. (a)

(3) (6)

FeO + Sl O2.

>

FeO SiOt + 5900 cal.

Ontwikkelde warmte in convertor:.

Ca)

~

x'

i

x 223.980; kcal =

3.~590.000

kcal.

(b)

2§@4

X 5900. kcal. _ l89' .. 500, kcal,

Totaal. - 3.779.500, kcal.

---Als' temperatuur van de ingebrachte matte wordt aangenomen

±

l.00000~.

Gemiddelde totale warmte.-inhoud van de gesmolten matte

=

eb)

r-v 350 - 40~ BTU(lb. =: 194..;.2:2:2: kcal/kg I"IJ 200; kca1./kg. (6 )

G,emiddelde totale warmte-inhoud van de slak = I>V 350 kcal/kg (7)

Als. ~J.~ convertor temperatuur wordt l3000_{0 aangenomen .. (3)}

Inkomende warmte:'

192.0 kg zand"" S102 .

Warmte-inhoud van Si02 rJ 0,l8 kcal/kg ( Cl) pag. 2:23 • )

Totale warmte-inhoud = 1920 x 0,l8 = 346 kcal...

3.800' kg matte N

Warmte-inhoud = 2.00 kcal/kg.

Totale. warmte-inhoud

=

3800' x 200

=

760.000 kcal.

10 • .4lO, kg 1.ucht. .

Warmte-inhoud lucht (20°C. =

225

BTUjJ.h

=

Z2:5, x: 0,,555

-125 kcal!kg. «(1) pag 250)

Totale warmte-inhoud = lO.410 x l2:5 =, 1..301 .. 250 kcal.

Uitgaande warmte:

a) 992, kg matte. I'J

Warmte-inhoud = 200 kcal/kg.

Totale, warmte-inhoud =992 x 200 ~ 198.400 kcal.

U

~,1;,L.

4

8

....L.1

~

p.,,~.~.ww

~.t;;:;01 f'1~e~l't-~ fV~:: ~

3

-b) 4220 kg slak ...

Warmte-inhoud ~ 350 kcal/kg

Totale warmte-inhoud

=

4220 x 350 = ~.411.·000 kcal.

C!} 2048 kg 802 (1000° C)

K8"02 (20°, 3. atm.) = 21.3 BTU/lb = 118 kcal/kg.

- ( (1) pag. 276) SWS:02 (4000 -14000C)= 0 t2 kca1~ 0C·. «1) pag .229) Totale warm.te-inhoud:· Hiooooc =

2048xl18+~0,2:

x' (1000-20) x

2048~

= 643.072 kcal. d) 5410 kg N2 (10000_C) . K

N2 ~2~0, I atm)

=

101 kcal/kg ((1) pag 273) 8W

N2 ~oo - l4000)= 01,,29 kcal/kg 0c· (1) pag.229)

Totale warmte-inhoud:

ffN (1000,OC) =

54~O

x 101 +- fo ,29 x (1000-20

)X:541~~

-2. _{2:.0 3} 8 _{~932 kcal.}

e) 3460 kg overmaat lucht. (1000.0 cl

H1ucl1.t (20°, 1 atm..) ~. 12:5 kcal/kg. . «(1)' pag. 250 )

SW1ucht' (00-140QoC) = 0,2:8' kcal/kg °c ((1) pag.229).

Totale warmte-inhoud: Klucht (10000 C') = 3460, x 12:5 + fo ,.2:8 x

CIOOO-~O)

x .. 34.60j = 1.381.924 kcal Totale warmte:: matte: zand 760-.000 kcal 346 It; Uit-~ l.ucht. 1.301.250 11. matte s'1ak S'02 H2 lucht 198.400 kcal 1.477.000 tt 643 ~072. 11, 2:.083' .932 11 1..351.92:4 11

Totaal 2.061.596 kcal Totaal

---

---

---Ui t:: 5.784.32:8 kcáJ.

In: 2:.061.596 kcal

T.e leveren door reactie~

Ca) + (b) 3.·722. .. 732 kcal •

.

Geleverd door reactie (a) + (b) :: 3.779.500 kcal

Te leveren . :, 3 • 72:2~ 732 IIt

Af

te voeren door straling etc. : 56.768 kcal, per

con-=========

vertor

, ,

4

-b) Dikte van de 'bekleding.

De convertor is half gevuld met matte en, slak.

1. Warmte-afvoer van de onderste convertorhelft naar de omgeving. Aangenomen is, dat de badtemperatuur max±maal op1.oo:pt tot 1300:°0'. Bovendien wordt aangenomen, dat de binnenkant van de bekleding, die in aanràking is met het bad, ook maximaal 130000' kan bereiken.

Voor de Magnesiet-bekLeding is te vinden:

~ = 1,1 BTUÎhr ftOF

=

1,hl.,73.

=

1,9 J/fu00 sec. (bij 1.200°0)

. ( l ) . :pag. 457)

De bekleding is omgeven met een stalen man~èl, '

wanddikte,

=

0,01 m.

S"tel de max"imale, in verband met de sterkte~ toe1.aatbare

staal.tem:peratuur = 20000'.

"~staal =: 26 x 1;73:

=

45 J! mOe' sec. ((l) ':pag.456)

De warmte-overdracht van de man"tel naar d,.e "omgeving , '

vindt plaa"ts door straling en convectie C -0<

=

o(~s +0< c)

S,:tel:. TOmgeving

=

300

e '=

_{86°F' .}

!s,taàJ.mantel.- 200~0

=

392.°y.

~e vinden is dan:

0( s,

":i

2.,4. BTU/hr sqft o'F bij

(6= emi ssà.e

e = ~

coäffic.ient)

((2:)pag .467. fig, 446)

In dit geval:: e f"VO,95 , ((2:):pag,. 459 tab~el 5];)

dus'::

C><a=

2:.,,4 x, 0,95 x' 5,68 ~ 13' Jfm2 oe s:ec~ ,

is globaal te schat"ten met de :formul.~:;

b(c; ~ 0,3 (Tomgev.-

Tl.

uchtjO,,2.5 (T~-PF) ((2.):f~~·4~l)

_0+)

~c

= 0,.3

0,92-86)0,2.5~

0,93 BTUjhr

~qft

o'F

'cx-~

=

Ö,93 x 5,68

,~

5,3 Jllll2 °0 sec,.

Hieruit volgt:: 0<. = «c +. <x'_s

=

13.+ '5~~J'~ ,18' JfIIl2 00 sec.

Warmtes~room bij een temperatuur v~ de staalmantel van

200°0'.' '

,

•

<p~.

=

18 (200;...30) = 18 x' 170

=

3Ó60 Wfm2:.

De dikt~ van de Magnesiet-bekleding ,is nu te 'bere,kenen:

~\~'= U~T = 3060 • •

~.= ~

+

~

=

~~

+

Ql~l

=

î~9'

+ 0,0002:

u _ .

1 _ . 1. ,,9 . N~! 9

- d1

_r,g

₊ 0 0002 -

dt

+

0,0003

8

1 .

l" , •

(het blijkt dat de warmte-weerstand "van Ode s"taalmantel in ·dit geval. te verwaarlozen, is't.o.v. dewarmte-weerstad . van de 'bekleding)

'. ₅

_ ~; 9 x 11.00 .Jo. 20 9 _ ' _ . - _

d1 -

3060

-

~

-

0,685 m - 68,5 cm. Dit is nog een bruikbare waarde, daar de dikte van de bekledingen variëren van 9 - 30'" (22 - '/5 cm) (3)

De groatte van het oppervlak van de binnen 01

=

li" Dxl +- j-"n' D2 == TI x

buiten 02 = "1T Dxl + i-VD2 ="lI"'X

convertor is: '

1"lx2,B +-

i

"J(1,~2:l~: ~ll,

6

J

2., 47x4 ,17 + "211" (2,,47

J

=

42,2m2

Voor net oppervlak ten opzichte waarvan de warmte stroom door de bek~eding bekeken wordt, is het logarithmisch gemiddelde van de oppervlakken

Ot

en 02:' te nemen.

~O) gem. - (0) ' l m -- 02 - Ot Q.

- . 2,.3log

ai

((4) pag. 319)

(O)lm == 42.,2.'" 12,6 =---=3;..;;0..,&;1.;;.6___ 30,6

-2:,310g

ti

:~

2"J log 3.! 64 -

2,3'

x 0 t 562

23,6 m2

De warmte stro om. door de bekleding is nu voor de onderste helft::

cp

Vi

=:

i

x 23",6 x

0:6~5'

x (l.300-200) = 36.000W ==

- 36 kW == 8,.58 kcal/sec

Stel, dat de warmt eafg if te· van de bovenste he.lft gelijk zou zijn aan die van de onderste, ,dan is de totale warmte-afgifte,:

2: x 8,58 == 17,16 kcal/sec. Afgevoerd moet worden: 56.768 kcal. (zie pag.4) De tijd, minimaal nodig voor het converteren in verband met de warmte-afvoer, is dan:,

Werkelijke

5'6.768

. ~'l

,l6

x:

3600

=-

0,.92 hr tV

warmte-afgifte Van de bovenst~ c.onvertorhelft: Deze wordt benaderd, door de directe

straling van het gesmolten slak oppervlak, naar de wand te beschouwen.

Stel: Tslak == 130000' ..

Dan geldt,:

eP

_w =. A U À T =A U (1300,0 - 30°)

1. 1. L 1..

A 'U = O(S At + X/d A2 +. 0(,. A3

Betrokken op het buitenoppervlak

A3:

q>'w = A3 U3 (1.300'-)0)

1.

'\

6

-Voor s.tra..ling, naar de wand. g~l.d t in dit geval:

. 4 4 ( l A 1 , ) - 1: À's

=

A1

cr

(Tt - !l!'r.)' } (-. +. *'-A ( - , - 1.)' C(5,} :pag. 63) "t' ' < , G, ' \ at 2. _ t:t2 A₁

=

1,1.0 x 2:,8

=

3' ,,08 m2 _ , ' . ~ AZ .

i

x 11t6 -

i

(Ot S:):: 5,8 - 0,,5 - 5,3 m

at ~. Ot9~ 'Ca vän Fe-oxyde (1.) :pag. 485)

((1.) pag. 485)

130Ó; +. 10000 ₀

'T

=

2: .:: 11.50; +- 2.73',

=

1.423 K.

(Hierin T_{wand ::} 1.0000'C genomen)

_~~

0<. s:: 4 x 0,8. Je 5,tt5 x 2.8,8 = 530 Jfm2: °C'·sec.

Verwaarloosd wordt dus de invloed van het SOa- gas, wat redelijk lijkt in verband met de geringe hoeveelheid. 10",1.9 gew.%).

Ook de warmte-overdracht door convectie wordt niet in , rekening gebracht. 1. 19,6 + 1.9_t6 +. ~ uJ :: 530X3,.o8 1. 9 - 'IE' o~,~ö~oc~, J.

fJ-

=

01,,012: +- 1.,135 _+. 0,055 :: 1,4 3 U 3 :: 1.;4 = 0,713 (0,8)2 = 21;,1 - 0,5 = 2 19,.6 m-zodat CPw = 0,71.3' x 19,6 Je (1300-30)

=

r/.80o W = 1'l,B k.W = 4,2:4 kc~/s;ec:.

-'7-Deze waarde is waarschijnl~jk aan de lage kant door de gemaakte beperkingen. In ieder geval is hiermee echter de maximale tijd te vinden, nodig voor het converteren. Totale warmtestroom van convertor naar de omgeving:

onderste helft 8,58 kcal/sec;. bovenste heli't 4,,24 kcal/sec. Totaal 12.,82 kcal/sec.

---

---M te voeren: 56.768 kcal.

B d · d- -1-' 'd 56."168 =1,'~'2 hr _.

"nr-,'.

"5 .

eno log e uloJ :1.2:, 82xJ600 r;....,,) ~.. .J.. ml.n.

Het converteren kan dus gemakkelijk binnen de beschikbare tijd van

4

~ uitgevoerd worden.

...

_.'

L I 1 - '

, 0

-L1ttèratu~

Perrt~ Chemièá.l Èngineèrs. Hànd:bóek·

(2) :8rown. _'I. Uni t' _{• . . ,} Operations _:

(3)' Newtotl, W11son. Mètèllurgy of Oopper

Gt~swold. FU~ls,

Combustión and

Furnace~

Kr,~ers •. COl~eg~d1ctaa~ Phys~sche ,

: , ' W e r k w i j zen ·l

(6) :81'8Y.

(7)

(8)

Newton. Introduc.tioh to _{. ,} Mètallurgy

.

Mo.Ad~s.

'Heat

T~anSlllission

, , ' , ' , . '

ed.

1953

ed. l.953 ed.

1942-ed.

1.946

1952

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ _ _ ~--'1'" - ,4

.,) <"}

..

. 1 -(met roerder) ~ i

Doel.: dit vat moet dienen, ' voor het oplossen,van nikkel

ui teen mengsêl van nikkel

en platina~metalen. Het

oplosmiddel is' 25~ - ig

zwavelzuur. .

De massa wordt verwarmd

tot 900_{0' om het oplossen}

te bevorderen,.

Materiaal 0iloavat:

zuurbes,tend gaardewerk. De buitenmantel wordt

ge-maakt v~ ~a~ evenals de

stoomsp1raa • . .

Mme ting en:

Di = 0,8 m.

Du

=

Q,9 m.

hi = 1,0 m.

Inhoud: ~ 500' 1.

,Er

wordt ingebracht:

24 x 20 1.

=

480 1. 25~--ig

H2S04 .

24 :Je 1,7 = 40,8 kg metaal.

(Ni+Pt-metalen)

·l(tJ.,I~ V) (verwarming: het oplosvat is omgeven door een watèrmantel,

I;~ ~~? waarin zich een stoomspiraal bevindt. In de spiraa1 wordt

~v.~ verzadigde stoom gevoerd. (1000_{0', 1. atm.)}

'.

~~~".. ~

T.e bepa1.en: a) warmte nodig' voor verwarming van het

~v.-- . zwavelzuur van 20PO' tot 900C'. '

b) tijd, nodig voor deze verwarming.

c,) afmetingen van de stoomspiraal.

dj warmte-verlies naar de omgeving •.

a} Voor a5~~ig H2S'04 : c_P2.00c = 0,8071. kcal!kgOO'. (perry- pag 243J

d,2.0 ₄

=.,.

" 19'

Gewicht van het aanwezige zwavelzuur: 480,

Y;"I'9" = 404 kg.

De benodigde warmte voor het. opwarmen van 2.00 to:t 9000"

is nu: 404 x 0,8071 x' C90-20)

=

22.800 kcal

=

4 , 19 :Je 22: ~ 800 = 9:5.500 k. J •

De warmte, die vrij komt bij de vorming van nikke1sul.:faat is zeer gering en wordt daarom verwaar100sd bij de verdere berekeningen.

Enthalpie van verzadigde stoom = 638 kcal/kg

Ehtha1pie van water ,bij 1000C' = 100 kca1jkg

Door stoom afgegeven wa~te

De benodigde stoom is dus:

=

538 kcal/kg

22'. 800 ~ 41')' 5 1 ..

...

•

•

.'

2

b) Voor de warmte-overdracht van de stoomspiraal naar het

water geldt: U

=

50-200' BTU/hr sqft: oF, ((1) pag. 481 tabel 2)

Stel Ut = 100 BTU(hr sqft oF = 100. x 5_t68 = 568N'570

J/oa

m2sec. (Deze waarde komt overeen met de in (2) pag. 46 gegeven

waarde voor vrije convectie).

De warmte-overdracht van water naar zwavelzuur is een geval van gedwongen convectie, daar ~ch een roerder in het vat

bevindt. .,

Hiervoor geldt: U N 150 BTUjhroF sqft

2 ((l) pag.481 tabel 2)

zodat U

=

150 x: 5.,68

=

850'· J'(m "oC s~c.

~ Deze waarde van U is \WaarsQhijnlijk!alleen geldig voor het / ' geval een metalen scneidingswand tussen beide vloeistofÎen

aanwezig is.

In dit geval is echter een stenen scheidingswand aanwezig met een, in vergelijking met metalen,; slecht geleidings-vermogen.

Om de werkelijke U-waarde te vinden,. moet de ~ van de wand in r.ekening gebracht worden.

Uit het onderstaande blijktt dat deze ~ vrijwel alleen

bepalend is voor de warmte weerstand •

. ~:: 10 - 35 BTul hr sqft OFj;"", ((~J pag.l549 tabel 7 J Gemid~eld::

>.

= 20: BTITj'hr sqft °F/LI'\. = ~ ='1,7 BTUjhr f t OF

='1;7 x 1,73, ="2,94 JjOC' sec.

wanddikte = 0,02 m.

Dan wordt de totale overdrachtsc:oäffieiänt:

1 1. 0 0'2:" ". . .

TI

=

E"5ö

+ 2:9'4 = O,OO~.

+:

0,007 = 0,0082

U2.

=

122: J/m?

°c

séc.

Uit Ut en Ua is' nu een totale warmte-overdra"chtscoëfficient te bepalen, geldend voor de warmte-overdracht van de

atoomspiraal naar het zwavelzuur en betrokken op het inwendige oppervlak van het oplosvat! A2- .

voo~ d,e warmte stroom van de stoomspl.raal naar h!3t water

geldt:

%

=

A1, Ut,~ Tt (1)

Voor die van het water naar het zwavelzuur:

4>w

= A2 tr₂ ~ TZ (2) ,

Verder geldt voor de warmte: stroom tussen spiraal én' zwavelzuur:

~ w = A2. U- A T

C3 )

Combinatie van deze drie vergelijkingen geeft:

.

'

<p

w

=

AZ

~

u

t

A_{i l +}

u~

_{)-t6 T (4)}

Voor

AT'

wordt. genomen het logaritfunisch gemiddelde van de

temperatuurverschillen bij begin en einde van de opwarIQ.ings-periode.

, .d

T,

=

(AT) lm = T\ - T~

=

~(:D=O:.;:a;:--=-20:;...,t)~· _..1.i(1~0-F.o0--;9~O:-,-) 70 N 330 C

J.ln. ~ -100-200

=

2,3

log 8

=

. .·2 2,3, log

_100-90

Oppervlak A2 heeft: de grootte::

A2 =".D x h +. iTD2 =".x 0,8 x 1. +

iii

(0,8)2.

=

't

•

•

3

-In vergelijking

(4)

zijn nu nog onbekend: At

=

oppervlak van de stoomspiraaJ. en ~ w.

De totaal toe te voeren warmte =

95.500

k.J •

ste~ dat voor toevoeren hiervan 6 uur beschikbaar is,. dan gel.dt, voor cpw: ~ 95.50G . _ / \f"W

=

6. x 3600 = 4420 J seo. Met (41 is nu A1 te berekenen: 3 1 -1 4420 = 3 ( 570 At + 122) x 33. A1

=

_99x122--4420 122 x 4420 _x

_'5'7<J

3

_.

₀

t

3 7

In:" 2

Door terugrekenen met deze waarden van

CPa

en At blijkt, dat de watertempera.tuur maximaal ongeveer 96

cr

wordt .. Een grotere

~w geeft een hogere watertemperatuur, wat in verband met verdampingsverliezen niet wenselijk is'. De gekozen tijd voor het toevoeren van de warm~e kan dus: aangehouden worden,.

temeer daar voldoende tijd beschikbaar is, omdat steeds een productie van 24 uur ineens in oplossing wordt gebracht.

Wi~ men toch sneller verhitten, dan moet de verwarmingsmantel op druk worden berek~nd, wat uiteraard hogere

constru~tie-kosten geeft. '

cj, Het oppervlak van de stoomspiraal moet dus zijn: 0,,.37 m2 •

Wordt. een 1" pijp genomen, dan is de benodigdli} lengt:

:0; x 1 = 0,3;7

. ~ = 0,.3:7

xO,.025

= 4,7 roJ 5 m.

"

Bij een gemiddelde diameter van de spiraaJ.windingen van 0,85 m,

betekent dit:

5 N 2' ° dO

".-=x~O':;;", ö':":"."""5 = WJ.n ~ngen. d) Warmteverlies naar de omgeving.

Omgevingstemperatuur = 20°C' •.

Aangenomen'wordtt; dat de buitenwand bestaa.t uit sta~ (d<O,Olm) geisoleerd met een kurklaag van 10 cm.

Àkurk = 0,043 J/in 0C sec. ((i) pag.457 tabel 4)

Oe luch t= 2. BTU/hr sqft OF = 10 cT (m2 0 0 C sec. «(1>' pag. 481 tab el 2:

1

°

1. 1. ,.... " m2 0C' sec. Hieruit volgt: Ü

=

Ö~~4.3. + TI} = 2,.32+0,1 = 2,4

=----;J~~-l ' .' 2 0

U = 2,4::: 0,417 NO,..42 J!m 'C sec.

T} - T2 _ (96-20)-(21-20) _ =7..;..,;5~_~ -l. _l'\

A:h - .

_{A~2 .} 2 _{',3 og 21-2.0,} 1 . 96-20 - 2:,.3 l.og 76

'J

4

-Oppervlak: A =11 D x: h + 2(i:lrD2

y

A ='V x 0,9 X 1-+ i;r(O,Bl)

=

2,83 + 1,27 ~ 4 m2

Dan is nu:

C:Pw

=

UA AT'

= 0,,42 x 4 x 17,5 ';:t 30 J/sec·.

Totaal toegevo~rde warmte - 4420 J/sec .•

Het verlies bèdraagt dus minder dan l% van de toegevoe~de warmte. Correctie hiervoor is, gezien de nauwkeurigheid van de berekeningen niet nodig. . .,

• 1 , <;l . f ~

...

:

.

_,

5 Litteratuur: (J. ) Perry. (2 ) Kramers. ()) Brown.

Chemical Engineers Handboek ed. 1953

College dictaat .Physische

Werkwijzen II 1952

Unit O:pera.tions: ed. 1953