Усовершенствования технологического процесса изготовления детали Корпус

Содержание

Задание

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1. Распространенность золота в природе

1.2. Применение золота в науке и технике

1.3. Физико-химические свойства золота

1.4. Общие сведения о сорбции

1.5. Механизм ионного обмена

1.6. Способы извлечения и концентрирования благородных

металлов

1.7. Получение сульфидов металлов

1.8. Принцип сорбции на неорганических сорбентах

1.9. Правило рядов

1.10. Практическое значение правила рядов

1.11. Цели и задачи дипломной работы

2. Экспериментальная часть

2.1. Используемые реактивы

2.2. Приготовление растворов

2.3. Методика получения сорбентов

2.4. Количественное определение золота методом потенциометрического титрования

2.5. Описание эксперимента

2.6. Расчёт кинетических зависимостей

2.7. Расчёт термодинамики процесса сорбции

3. Укрупнённое проектирование

3.1. Описание предполагаемой технологической схемы

3.2. Материальный расчёт основного аппарата

3.3. Расчёт ионообменной колонны периодического действия

3.4. Механический расчёт основного аппарата

3.5. Гидравлический расчёт

3.6. Составление функциональной схемы автоматизации

4. Охрана труда

4.1. Анализ опасностей и вредностей

4.2. Мероприятия по безопасности отравления химически токсичными веществами

4.3. Электробезопасность

4.4. Мероприятия по защите от механического травмирования

4.5. Мероприятия по защите от шума и вибрации

4.6. Мероприятия по обеспечению санитарно-гигиенических нормативов на естественное и искусственное освещение

4.7. Водоснабжение

4.8. Система канализации

4.9. Производственная вентиляция

4.10. Пожарная безопасность

4.11. Заключение

5. Экономическая часть

5.1. Планирование производства

5.2. Расчёт производственной мощности

5.3. Организация труда и зарплаты

5.4. Расчёт численности основных рабочих, служащих, ИТР и МОП

5.5. Расчёт численности дежурного персонала

5.6. Расчёт годового фонда заработной платы основных рабочих

5.7. Расчёт фонда дополнительной заработной платы

5.8. Расчёт фонда заработной платы вспомогательных рабочих

5.9. Расчёт фонда заработной платы ИТР, служащих и МОП

5.10. Расчёт капитальных затрат

5.11. Разработка калькуляции и себестоимости производства

5.12. Заключение

Выводы

Аnnotation

Список использованной литературы

Введение

Благородные металлы (Au, Ag, Pt, Os, Yr, Pd, Rh, Ru) имеют уникальные свойства, основанными из которых являются каталитическая активность, высокая температура плавления и устойчивость к коррозии. Это определяет широкое применение благородных металлов в различных отраслях: в автомобильной, химической, электронной промышленности и других. Рост мировой потребности и стабильно высокие цены на благородные металлы ставят их в разряд наиболее перспективных полезных ископаемых и требуют дальнейших изысканий и исследований с целью выявления новых рудопроявлений и разработки методов извлечения и концентрирования.

Наряду с этим в настоящее время большое значение приобретает развитие селективных экстракционных и сорбционных методов извлечения благородных металлов из вторичного сырья, как из кислых, так и щелочных растворов, получаемых при переработке отходов электронной техники, отработанного топлива АЭС и очистке сточных промышленных вод извлекательных предприятий.

Среди разнообразных типов сорбентов наиболее часто для извлечения и концентрирования благородных металлов применяют неорганические и комплексообразующие сорбенты; используют также ионообменные смолы, уголь, модифицированные полимерные материалы и другие носители.

Из неорганических сорбентов наибольшее применение для извлечения и концентрирования благородных металлов нашли сульфиды ряда металлов. Сульфидные сорбенты проявляют селективность по отношению к катионам, образующим нерастворимые сульфиды. Основная реакция обмена представляет собой реакцию замещения катиона сульфида соответствующим ионом из раствора. В водной среде реакция протекает с большой скоростью. Очень малая растворимость сульфидов благородных металлов, их способность выделяться в сильнокислых средах позволяют избирательно извлекать и концентрировать благородные металлы.

Сульфиды металлов, использующиеся в качестве сорбентов, в большинстве случаев, получают методом химического осаждения на различные подложки (стекло, целлюлоза, полиэтилентерефталат, желатина и др.), что приводит к образованию тонких микрокристаллических пленок. Однако в этих тонкопленочных системах ионообменные процессы вследствие затрудненной диффузии сорбата в кристаллический массив протекают сравнительно медленно. Отмеченный недостаток может быть в значительной степени преодолен, если в роли сорбента использовать не микрокристаллические пленки, а полимерные сорбенты в виде так называемых «наполненных» сорбционных материалов. Они представляют собой композиционный материал из нейтрального полимера, внутри которого прочно удерживается мелкодисперсный сорбент – наполнитель (трудно растворимый сульфид), что позволяет формовать из него гранулы любой формы.

Одним перспективных полимеров для построения подобных «наполненных» сорбционных материалов является агар. Агар – полисахарид, образованный длинными цепными молекулами, соединенными между собой ограниченным числом поперечных связей. В результате после внедрения наполнителя образуется большое количество кристаллических металлосульфидных блоков, способных к приему и фиксации молекул или ионов сорбируемого вещества. К тому же агар как микропористое вещество обладает весьма хорошо развитой поверхностью. Благодаря чему при контакте его с водным раствором какого – либо благородного металла обеспечивается проникновение в его массив как растворителя, так и в дальнейшем растворенного в нем вещества. Кроме этого агаровые глобулы обладают достаточной устойчивостью к физико – механическим воздействиям и температурам контактирующих с ними растворов до 100 0С, а также к действию щелочных и слабокислых растворов.

Цель работы заключается в отработке метода получения сорбента на основе агара, содержащего некоторые сульфиды металлов и выявлению возможностей данных сорбционных систем в качестве сорбентов ионов золота (III).

1. Литературный обзор

1.1. Распространенность золота в природе

В земной коре содержится золота в 20 раз меньше, чем серебра, и в 200 раз меньше, чем ртути. Неравномерное распределение золота в различных частях земной коры затрудняет изучение его геохимических особенностей. В морях и океанах содержится около 10 млрд. т золота. Примерно столько же содержится золота в речных и подземных водах.

Повышенное содержание золота обнаруживают в водах источников и рек, протекающих в золотоносных районах. В природе золото находится главным образом в самородном виде и представляет собой минерал, являющийся твердым раствором серебра в золоте, содержащим до 43% Ag, с примесями меди, железа, свинца, реже висмута, ртути, платины, марганца и других элементов. Кроме того золото встречается в виде природных амальгам, а также химических соединений – соленидов и теллуридов. По размеру частиц самородное золото делится на тонкодисперсное (1 – 5 мкм) , пылевидное (5 – 50 мкм) , мелкое (0,05 – 2 мм) и крупное (более 2 мм) . Частицы массой более 5 г относятся к самородкам. Крупнейшие самородки – Плита Холтермана (285 кг) и Желанный Незнакомец (71 кг) найдены в Австралии. Находки самородков известны во многих районах Урала, Сибири, Якутии и Колымы. Самородное золото концентрируется в гидротермальных месторождениях.

Месторождения золота делятся на коренные и рассыпные. Месторождения золота формировались в разные геологические эпохи на разных глубинах – от десятков метров до 4 – 5 км от поверхности земли. Коренные месторождения представлены жилами, системами жил, залежами и зонами прожилково - вкрапленных руд протяженностью от десятков до тысяч метров. В течение длительного периода истории земли горы разрушались и вода уносила все, что не растворялось в реках. Одновременно отделялись тяжелые минералы от легких и скапливались в местах, где скорость течения мала. Так образовались россыпные месторождения с концентрацией относительно крупного золота. Как правило, промышленные россыпи образуются относительно недалеко от коренных месторождений. Определенная часть микроскопических частиц золота остается в россыпях, однако вследствие невозможности его извлечения оно практического значения не имеет. Часть микроскопических и коллоидных частиц золота уносится водными истоками в моря, океаны и озера, где оно рассеянно в виде тончайших суспензий или находится в илистых осадках. Таким образом в результате действия эрозионных процессов большая часть золота безвозвратно утрачивается. [1]

1.2. Применение золота в науке и технике

Тысячелетиями золото использовалось для производства ювелирных украшений и монет, а применение золота для зубопротезирования известно еще древним египтянам. Применение золота в стекольной промышленности известно с конца XVII в. Золотую фольгу, а позднее гальванопокрытия золотом широко применяли для золочения куполов церковных храмов. Лишь последние 40 – 45 лет можно отнести к периоду чисто технического применения золота. Золото обладает уникальным комплексом свойств, которого не имеет, ни какой другой металл. Оно обладает самой высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред, по электро – и теплопроводности уступает лишь серебру и меди, ядро золота имеет большое сечение захвата нейтронов, способность золота к отражению инфракрасных лучей близка к 100%, в сплавах оно обладает каталитическими свойствами. Золото очень технологично, из него легко изготавливают сверхтонкую фольгу и микронную проволоку. Покрытия золотом легко наносят на металлы и керамику. Золото хорошо паяется и сваривается под давлением. Такая совокупность полезных свойств послужила причиной широкого использования золота в важнейших современных отраслях техники: электронике, технике связи, космической и авиационной технике, химии.

Следует отметить, что в электронике на 90% золото используют в виде покрытий. Электроника и связанные с ней отрасли машиностроения являются основными потребителями золота в технике. В этой области золото широко используют для соединения интегральных схем сваркой давлением или ультразвуковой сваркой, контактов штепсельных разъемов, в качестве тонких проволочных проводников, для пайки элементов транзисторов и других целей. В последнем случае особенно важно то, что золото образует легкоплавкие эвтектики с индием, галлием, кремнием и другими элементами, которые обладают проводимостью определенного типа. Помимо технологических усовершенствований в электронике, для ряда деталей и узлов вместо золота стали использовать палладий, покрытия оловом, сплавами олова со свинцом и сплавом 65% Sn + 35% Ni с золотым подслоем. Сплав олова с никелем обладает высокой износостойкостью, коррозионной стойкостью, приемлемой величиной контактного сопротивления и электропроводностью. Несмотря на то что в настоящее время расход золота в электронике непрерывно возрастает, считается, что он мог быть на 30% выше, если бы не меры, направленные на экономию золота.

В микроэлектронике широко применяют пасты на основе золота с различным электросопротивлением. Широкое использование золота и его сплавов для контактов слаботочной аппаратуры обусловлено его высокими электрическими и коррозионными свойствами. Серебро, платина и их сплавы при использовании в качестве контактов, коммутирующих микротоки при микронапряжениях, дают гораздо худшие результаты. Серебро быстро тускнеет в атмосфере, загрязненной сероводородом, а платина полимеризует органические соединения. Золото свободно от этих недостатков, и контакты из его сплавов обеспечивают высокую надежность и длительный срок службы. Золотые припои с низким давлением пара используют для пайки вакуумноплотных швов деталей электронных ламп, а также для пайки узлов в аэрокосмической промышленности.

В измерительной технике для контроля температуры и особенно для измерений низких температур используют сплавы золота с кобальтом или хромом. В химической промышленности золото главным образом используют для плакирования стальных труб, предназначенных для транспортировки агрессивных веществ.

Золотые сплавы применяют в производстве часовых корпусов и перьев для авторучек. В медицине используют не только зубопротезные золотые сплавы, но и медицинские препараты, содержащие соли золота, для различных целей, например при лечении туберкулеза. Радиоактивное золото используют при лечении злокачественных опухолей. В научных исследованиях золото используют для захвата медленных нейтронов. С помощью радиоактивных изотопов золота изучают диффузионные процессы в металлах и сплавах.

Золото применяют для металлизации оконных стекол зданий. В жаркие летние месяцы через оконные стекла зданий проходит значительное количество инфракрасного излучения. В этих обстоятельствах тонкая пленка (0.13 мкм) отражает инфракрасное излучение и в помещении становится значительно прохладнее. Если через такое стекло пропустить ток, то оно обретет противотуманные свойства. Покрытые золотом смотровые стекла судов, электровозов и т.д. эффективны в любое время года. [2]

1.3. Физико-химические свойства золота

Золото — тягучий, ковкий металл специфического жёлтого цвета. Золото — химический элемент I группы, 2-й подгруппы периодической системы элементов Д.И.Менделеева с порядковым номером 79. Физические свойства золота таковы: атомная масса 196,967; плотность 1932 г/см3; температура плавления 1063°С; температура кипения 2947°С; удельная теплоемкость 130 Дж/(кг.°С) ; относительное удлинение 3050%.

Как видно из этих данных, золото - тяжелый металл, который имеет большое относительное удлинение при ковке. Золото может быть проката-но или проковано в листки толщиной около 0,00008 мм, которые просвечивают синевато-зеленым цветом. Большая плотность золота имеет важное значение для процессов гравитационного обогащения золотосодержащих руд и россыпей, так как все остальные рудные породы и минералы имеют значительно меньшую плотность.

Несмотря на то, что золото в периодической системе Д. И. Менделеева находится в одной группе с серебром и медью, его химические свойства гораздо ближе к химическим свойствам металлов платиновой группы. Электродный потенциал пары Au – Au (111) равен – 1,5 В. Вследствие такого высокого значения на золото не действуют разбавленные и концентрированные HCI, HNO, HSO. Однако в HCI оно растворяется в присутствии таких окислителей, как двуокись магния, хлористое железо и медь, а также под большим давлением и при высокой температуре в присутствии кислорода. Золото легко растворяется также в смеси HCI и HNO (царская водка). В химическом отношении золото - малоактивный металл. На воздухе оно не изменяется, даже при сильном нагревании. Золото легко растворяется в хлорной воде и в аэрируемых растворах цианидов щелочных металлов. Ртуть также растворяет золото, образуя амальгаму, которая при содержании более 15% золота становится твердой. Известны два ряда соединений золота, отвечающие степеням окисления +1 и +3. Так, золото образует два оксида – оксид золота (I) , или закись золота, AuO и оксид золота (III) , или окись золота, AuO. Более устойчивы соединения, в которых золото имеет степень окисления +3. Соединения золота легко восстанавливаются до металла. Восстановителями могут быть водород под большим давлением, многие металлы, стоящие в ряду напряжений до золота, перекись водорода, двух хлористое олово, сернокислое железо, треххлористый титан, окись свинца, двуокись марганца, перекиси щелочных и щелочноземельных металлов. Для восстановления золота используют также различные органические вещества: муравьиную и щавелевую кислоты, гидрохинон, гидразин, метол, ацетилен и др. Для золота характерна способность к образованию комплексов с кислородом и серосодержащими лигандами, аммиаком и аминами, вследствие высокой энергии образования соответствующих ионов. Чаще всего встречаются соединения одновалентного и трехвалентного золота. Часто их рассматривают как сложные молекулы, состоящие из равного числа атомов Au (I) и Au (III). Трехвалентное золото – очень сильный окислитель, оно образует много устойчивых соединений. Золото соединяется с хлором, фтором, йодом, кислородом, серой, теллуром и селеном. [3]

1.4. Общие сведения о сорбции

Под сорбцией мы понимаем процесс поглощения одного или нескольких компонентов из раствора твердым веществом – сорбентом. Поглощаемое вещество носит название сорбата, или сорбтива.

Процессы сорбции (как и другие процессы массопередачи) избирательны и обычно обратимы. Благодаря их обратимости становится возможным выделение поглощенных веществ из сорбента, или проведение процесса десорбции.

Сорбция применяется главным образом при небольших концентрациях поглощаемого вещества в исходной смеси, когда требуется достичь практически полного извлечения сорбтива. В тех случаях, когда концентрация поглощаемого вещества в исходной смеси велика, обычно выгоднее использовать абсорбцию.

Значение сорбционных процессов сильно возросло за последнее время вследствие расширения потребности в веществах высокой чистоты.

Различают физическую и химическую сорбцию. Физическая сорбция обусловлена взаимным притяжением молекул сорбата и сорбента под действием сил ВандерВаальса и не сопровождается химическим взаимодействием сорбированного вещества с поглотителем. При химической сорбции, или хемосорбции в результате химической реакции между молекулами поглощенного вещества и поверхностными молекулами поглотителя возникает химическая связь.

В качестве сорбентов применяются пористые твердые вещества с большой удельной поверхностью, обычно относимой к единице массы вещества.

В промышленности в качестве поглотителя применяют главным образом активированные угли и минеральные сорбенты (силикагель, цеолиты и др.), а для извлечения и концентрирования благородных металлов в основном применяются синтетические ионообменные смолы (иониты).

Иониты. Эти сорбенты представляют собой как природные, так и синтетические неорганические и органические вещества. К природным ионитам относятся цеолиты, глинистые минералы, ископаемые угли и др. Синтетическими ионитами являются плавленые цеолиты и молекулярные сита (цеолиты правильной кристаллической структурой), ионообменные смолы, активированные минералы и органические вещества и др.

Ионообменная технология извлечения и концентрирования благородных металлов из руд и концентратов основана на применении ионообменных смол.

Иониты практически нерастворимы в воде, а также в обычных растворителях и обладают подвижными ионами, способными обмениваться на эквивалентное количество ионов (с зарядом того же знака) из раствора электролита, с которым поглотитель контактирует.

Иониты, содержащие кислые активные группы и обменивающиеся с раствором электролита подвижными анионами, называются анионитами, а иониты, содержащие основные активные группы и обменивающиеся подвижными катионами, - катионитами. Существуют также амфотерные иониты, способные к катионному и анионному обмену одновременно.

Ионообменными свойствами обладают очень многие природные соединения и химические вещества, получаемые искусственным путем. Однако по практическому значению первое место среди них занимают иониты, получаемые на основе синтетических полимеров - ионообменные смолы. Они представляют собой твердые нерастворимые трехмерные полимеры.

Нерастворимость и химическая стойкость синтетических ионитов обеспечивается выбором исходных нерастворимых материалов для синтеза, при использовании ионитов в пульповых процессах они должны иметь высокую

механическую прочность против истирания и ударных нагрузок. Повышение механической прочности ионитов достигается введением в матрицу смолы повышенного количества связующего вещества - дивинилбензола (ДВБ). Процентное содержание ДВБ называют "процентом сшивки". Применяемые в производственных процессах аниониты содержат 812% ДВБ.

Иониты выпускают в виде зерен правильной сферической формы. В зависимости от условий синтеза, типа и назначения зерна ионита могут иметь различные размеры в поперечнике — от 0,2 до 1,2 мм.

Ионообменные смолы обладают большой обменной ёмкостью, избирательностью к отдельным нонам, химической стойкостью и механической прочностью. Поэтому сейчас они являются наиболее распространенными ионитами, практически вытеснившими в промышленных условиях иониты других типов.

Иониты, содержащие только один тип активных групп, называются монофункциональными, с несколькими видами активных групп — полифункциональными. Монофункциональным ионитом служит сильноосновный анионит марки "AM", который содержит только один вид функциональных групп — сильноосновное четвертичное аммониевое основание - S[N]*-

Изменением состава активных групп при синтезе ионообменных смол можно получить иониты с весьма разнообразными свойствами.

Полифункциональным анионитом является анионит АМ2Б применяемый в сорбционной технологии золота. [4]

1.5. Механизм ионного обмена

Если обозначить обменивающиеся ион буквами А и B, то ионообменную реакцию в обшей форме можно записать так:

R-[A+B] ↔ R-[B+A]

Самая упрощенная модель ионнообменной смолы - ионит в виде губки, в порах которой плавают противоионы. Когда такая губка погружается в раствор, то противоионы могут покидать ее поры и переходить в раствор. Чтобы сохранить электронейтральность в губке, эквивалентное количество других ионов из раствора должно войти в ионит.

Существует большое количество теорий и гипотез, объясняющих механизм протекания ионного обмена, но ни одна из них в настоящее время не может удовлетворительно описать всё многообразие явлений, происходящих в ионообменных процессах. Однако основные положения ионного обмена уже разработаны достаточно хорошо.

По современным представлениям, реакции ионного обмена протекают благодаря разности химических потенциалов обменивающихся ионов в фазе ионита и в растворе электролита. Поскольку противоион А имеет в фазе ионита высокую концентрацию, при контактировании ионита с раствором электролита он старается диффундировать в раствор, где его концентрация незначительна. Этим электронейтральность ионита нарушается, и ионит получает дополнительный заряд. Чтобы возвратиться к первоначальному положению электронейтральности и скомпенсировать полученный заряд, ионит вынужден поглощать из раствора эквивалентное количество ионов того же знака, которые должны занять активные группы, освобожденные вышедшими из ионита противоионами. Вследствие поглощения ионов из раствора ионит снова становится электронейтральным.

Таким образом, диффузия противоионов из смолы в раствор и обратно ограничена условием сохранения ионитом электронейтральности; компенсация электрического заряда фиксированных ионов при переходе ионов А из ионита в раствор осуществляется заменой ионов А в ионите эквивалентным количеством ионов в из раствора. Иными словами, на ионы в системе ионит — раствор действуют, с одной стороны - градиент концентраций, вызывающий диффузию, а с другой стороны - электростатические силы, противодействующие диффузии ионов.

Процесс перераспределения ионов протекает до установления динамического равновесия, при котором для каждого подвижного иона воздействие электрического поля уравновешивается диффузионным потоком. В случае наступления ионообменного равновесия, количество противоионов, переходящих из фазы смолы в раствор, эквивалентно количеству ионов того же знака, но другого сорта, переходящих из раствора в фазу смолы. [5]