Производство окиси хрома металлургической

Хромовые соединения имеют достаточно большое применение в различных отраслях народного хозяйства. Наибольшая доля в структуре потребления хромовых соединений приходится на химическую, металлургическую, легкую промышленность, машиностроение и приборостроение, а также на предприятия лакокрасочной и строительной промышленности. Широко используется оксид хрома (III) для получения металлического хрома в металлургии, в качестве катализатора при синтезе органических и неорганических веществ, а также является одним из наиболее используемых пигментных материалов, который находит применение в оптической, лакокрасочной, керамической, строительной и других отраслях промышленности. Как абразив используется при выполнении финишных операций полирования в прецизионном машиностроении и приборостроении.
Дальнейшее развитие производства хромовых соединений однозначно будет ориентировано на внедрение технологий, обеспечивающих не только получение конкурентоспособной продукции, то есть с более высокими показателями качества, но и комплексную переработку исходного технологического сырья с полным извлечением ценных компонентов, а также утилизацию отходов производства с целью сохранения экологического равновесия в природе.
Возможности соединений хрома и его оксидов как весьма универсального материала для различных отраслей промышленности используются в настоящее время в недостаточно полной мере. Кроме того, применяемая технология производства материалов данного класса представляет определенную экологическую опасность. В связи с этим изыскание и разработка новых более эффективный технологий производства оксида хрома (III) и его соединений в настоящее время является достаточно актуальной проблемой, требующей скорейшего решения.
Целью данной работы является рассмотрение технологии и основные направлений ее модернизации на предприятии ОАО «Русский Хром».
Основными задачами, решаемыми в данной работе, являются:
Рассмотрение технико-экономического обоснования производства хромсодержащих соединений;
Литературный обзор способов получения окиси хрома;
Рассмотрение и модернизация технологии получения оксида хрома (III) на предприятии ОАО «Русский Хром».
Технологический расчет и подбор оборудования для модернизации производства окиси хрома;
Рассмотрение вопросов контроля качества и экологической безопасности производства.
Расчет экономической эффективности предлагаемых мероприятий.

1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ОБЪЕКТА
1.1 Конъюнктура на рынке хромсодержащих соединений в России
Для наиболее полной оценки мирового и российского рынка хромосодержащих соединений, оценку начнем с анализа рынка сырья для их производства – хромсодержащих руд.
Хромовые руды (хромиты) представляют собой природные минеральные образования, в своем составе содержащие хром в концентрациях, достаточных для технически возможного и экономически рентабельного промышленного использования [1, c.8].
Среди хромсодержащих минералов только хромшпинелиды являются промышленным источником получения хрома. Главными минералами хромовых руд являются хромшпинелиды и силикаты – хлорит, серпентин, иногда пироксен, оливин, уваровит, плагиоклаз, тальк, хромактинолит, брусит, сульфиды, карбонаты и некоторые другие.
Различают вкрапленные и сплошные хромовые руды. Вкрапленные хромовые руды бывают густовкрапленными (50-80% хромшпинелидов), вкрапленными (30-50%) и редковкрапленными (10-30%). Наблюдается различное сочетание текстур массивных с полосчатовкрапленными, пятнистыми, нодулярными и др.
Содержание в руде важнейших компонентов колеблется (в весовых %): 10,5-62,0 Cr2O3; 4,0-34,0 Al2O3; 1,0-18,0 Fe2O3; 7,0-24,0 FeO; 10,5-33,0 MgO; 0,4-27,0 SiO2. В некоторых рудых содержится 0,1-0,2 г/т элементов группы платины и до 0,2 г/т Au. Лучшие сорта хромовых руд содержат 42-56% Cr2O3 и 10-26% FeO [1, 2].
Цвет хромита варьируется от коричневато-черного до смоляно-черного, в тонких срезах – от непрозрачного до прозрачного. Образцы с высоким содержанием хрома окрашены в красно-коричневый цвет, а образцы с высоким содержанием алюминия – кофейный.
Хромовые концентраты и руды делятся на химические, металлургические и огнеупорные. В металлургическом хромите должно содержаться не менее 48% Cr2О3 с соотношением хрома и железа 3:1. Обычно предпочитают твердую кусковатую руду, но для некоторых применений в металлургии можно использовать мягкую руду или хромитовый концентрат.
Большинство руд представляют собой достаточно высокие сорта, и их можно использовать без обогащения. Обогащение руд на практике производится редко, так как оно хотя и увеличивает содержание Сr2О3, но обычно не улучшает соотношения между хромом и железом. Мировые запасы хромовых руд оцениваются в 15 миллиардов тонн.
Хром (Chromium - Cr)является побочным элементом побочной подгруппы шестой группы четвертого периода периодической системы Д.И. Менделеева, имеющим атомный номер 24. Простое вещество хром представляет собой твёрдый металл голубовато-белого цвета.
Хром - довольно распространённый элемент (0,02 масс. долей, %). Основными соединениями хрома является хромистый железняк (хромит) FeO·Cr2O3. Второй по значимости минерал - крокоит PbCrO4.
Самые крупные месторождения хрома находятся в ЮАР (1 место в мире), России, Казахстане, Мадагаскаре и Зимбабве. Также существуют месторождения на территории Индии, Турции, Бразилии, Армении, на Филиппинах. В России главные месторождения хромовых руд находятся на Урале (Сарановское и Донские). В Казахстане разведанные запасы составляют свыше 350 миллионов тонн (2 место в мире).
В настоящее время Россия является крупным международным потребителем и импортером хромовых руд, а также крупным мировым экспортером продуктов их переработки. Хромовые руды в России являются остродефицитным сырьем: РФ практически не имеет собственной рудно-сырьевой базы хрома, поскольку на ее территории находится всего лишь около 2% от всех запасов бывшего СССР. Основная добыча хромовых руд на территории РФ осуществляется в Уральском федеральном округе (около 92%). Мировая же добыча хрома сосредоточена преимущественно в ЮАР (52%) и Казахстане (28%), а также в Индии и Зимбабве.
В России переработкой хромовой руды с последующим производством схожих хромовых соединений занимаются только 3 предприятия: ОАО «НЗХС», ЗАО «Русский Хром 1915» (аффилирован с Ключевским заводом ферросплавов, входит вместе с ним в холдинг «Midural Industrials», управляемый УК «Росспецсплав») и ФГУП «Уральский Научно-Исследовательский Химический Институт с Опытным заводом» [3

РЕФЕРАТ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ОБЪЕКТА 8
1.1 Конъюнктура на рынке хромсодержащих соединений в России 8
Таблица 1.1 Мировое потребление феррохрома, млн.тонн 13
1.2 Краткая историческая справка о предприятии 15
2 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 17
2.1 Способы получения окиси хрома 17
2.2 Общая характеристика процесса получения окиси хрома 18
2.2.1 Восстановление бихромата калия древесным углем 18
2.2.1 Хроматно-серный метод получения окиси хрома 19
2.2.3 Восстановление бихромата натрия или калия хлоридом аммония 21
2.2.4 Термическая диссоциация бихромата натрия 21
2.2.5 Получение окиси хрома из бихроматов калия или натрия и CrO3 24
2.2.6 Термическое разложение солей трехвалентного хрома 28
2.2.7 Взаимодействие хлоридов хрома с кислородом и водяным паром 29
2.2.8 Прочие методы получения окиси хрома 29
2.3 Характеристика исходного сырья и готовой продукции 30
3 ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК 35
4 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА 40
5 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 44
6 МАТЕРИАЛЬНЫЕ И ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ 49
6.1 Материальный баланс производства 49
6.2 Тепловой баланс стадии термического разложения 54
6.2.1 Исходные данные для тепловых расчетов 54
6.2.2 Тепловые расчеты процесса сжигания природного газа в топке 55
6.2.3 Тепловые расчеты процесса термического разложения 57
6.3 Расчет расходных коэффициентов 59
7 РАСЧЁТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ 61
7.1 Расчет и замена вакуум-выпарной установки 61
7.1.1 Оценка эффективности оборудования 61
7.1.2 Расчет и замена оборудования 62
7.2 Расчет и замена барабанного фильтра 67
7.2.3 Технологический расчет ленточного вакуум-фильтра 71
8 СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ 75
8.1 Генеральный план предприятия 75
8.2 Объемно-планировочное решение зданий 76
8.3 Конструктивное решение зданий 77
9 АНАЛИТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВА 79
9.1 Порядок пробоотбора 79
9.2 Порядок проведения контроля качества 79
9.2.1 Определение цвета и внешнего вида 79
9.2.2 Определение массовой доли общего хрома в пересчете на Cr2O3 в продукте марок «пигментная» и «абразивная» и «металлургическая» 80
9.2.3 Определение массовой доли влаги 81
9.2.4 Определение массовой доли веществ, растворимых в воде и рН 81
9.2.5 Определение массовой доли общей серы 82
9.2.6 Определение массовой доли общего железа в пересчете на FeO 83
9.2.7 Определение массовой доли углерода 84
10 КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ 86
10.1 Основные контролируемые параметры 86
10.2 Описание схемы автоматизации 86
11 ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 88
11.1 Вредные факторы производства 88
11.2 Мероприятия по охране труда и технике безопасности 89
11.3 Мероприятия по обеспечению безопасности работы и сохранности производственного оборудования 92
12 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ 93
12.1 Расчет капитальных вложений в основные фонды 93
12.1.2 Расчет сметной стоимости здания цеха 93
12.1.2 Расчет сметной стоимости оборудования 94
12.1.3 Расчет годовой потребности оборудования в электроэнергии 94
12.2 Расчет фонда рабочего времени и заработной платы 97
12.3 Расчет экономической эффективности проектных решений 98
ВЫВОДЫ ПО ПРОЕКТУ 102
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 104

ВЫВОДЫ ПО ПРОЕКТУ
В представленном к защите дипломном проекте рассмотрено производство окиси хрома металлургической на предприятии «Русский Хром». В проекте использовано оборудование, аналогичное оборудованию подобного работающего предприятия и проведена его модернизация. Кроме того, в ряде случаев установлены новые аппараты взамен существующего на данный момент изношенного оборудования.
Модернизация предприятия экономически обоснована, так как, ожидается, что положительные тенденции поддержат спрос на нержавеющую сталь и окись хромв металлургическую, и он будет расти в ближайшие годы с более высокой скоростью, чем в 2011-2012 годах. Рост спроса на нержавеющую сталь приведет к увеличению ее производства, и, в результате, увеличится спрос на феррохром и окись хромв металлургическую.
Методов производства Cr2O3 описано достаточно много. Наибольшее значение имеют термическое разложение CrO3 и восстановление Na2CrO4 в растворе элементарной серой (хроматно-серный метод).
Запатентованный способ получения окиси хрома (III) предприятии «Русский Хром», включает в себя разложение бихромата натрия и сульфата аммония с последующим вымыванием полученной окиси хрома, характерен тем, что первоначально осуществляется обменное разложение бихромата натрия и сульфата аммония, ведущееся в растворе с концентрацией 400-450 г/л по CrO3 при температуре 100-105С в течение 45-60 мин при постоянном перемешивании с получением бихромата аммония и сульфата натрия, причем последний отделяют от раствора, а раствор, содержащий бихромат аммония, охлаждают до температуры его кристаллизации, после чего осуществляют термическое разложение кристаллов бихромата аммония при температуре 440-1400С до образования окиси хрома.
В рамках дипломного проекта рассчитаны материальный и тепловой балансы. Окись хрома получают с выходом 92 – 93%.
В соответствии с проведенными в технологической части расчетами, были рассчитаны подобраны вакуум-выпарная установка по ГОСТ 11987-81 с площадью теплообмена 125 м2 и рабочим объемом 16 м3, вакуум-насосы, ВВНЭ 2-0,75, создающие разряжение 5 – 10 кПа (3 шт.) и ленточные вакуум-фильтр ЛОН-12 (2 шт.).
Производство размещено в одноэтажном корпусе, что позволило снизить затраты на строительство и, кроме того, ускорить монтаж здания и оборудования, а также улучшить взрыво-пожаробезопасность здания.
Прибыль от эксплуатации оборудования составляет 8751450 руб, а срок окупаемости инвестиций составил 3,6 лет при сроке эксплуатации оборудования, составляющем 10 лет.
Из расчетов видно, что установка новой вакуум-выпарной установки и замена барабанного вакуум-фильтра на вакуумный вакуум-фильтр эффективна не только по производительности, увеличившейся в 1,5 раза, но и экономически оправдана.

1. Авербух Т.Д., Павлов П.Г. Технология соединений хрома. Л.: Химия, 1973. – 216 с.
2. Позин М.Е. Технология минеральных солей.Т.2.-Л.: Химия, 1971. – 768 с.
3. Новотроицкий завод хромовых соединений. Обзор компании и отрасли [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.icquadro.ru/
4. Мировой рынок хрома [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.cmmarket.ru/
5. История предприятия «Русский хром 1915» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.miduralgroup.ru/
6. Эльдаров В.А. Лекции по технологии неорганических веществ и минеральных удобрений. – Великий Новгород: Издательство НГУ имени Ярослава Мудрого, 2007. - 237 с.
7. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. - Л.: Химия, 1977. - 392 с.
8. Авторское свидетельство СССР №1701635, МПК C 01 G 37/02, приоритет от 15.11.89, опубликованное 30.12.1991 г. «Способ получения оксида хрома для полирования».
9. Авторское свидетельство СССР №1570996, МПК C 01 G 37/027, приоритет от 20.07.87., опубликованное 15.06.1990 г. «Способ получения порошка двуокиси хрома для носителей магнитной записи».
10. Авторское свидетельство СССР №226573, МПК C 01 G 37/02, приоритет от 28.04.1966 г., опубликованное 03.06.1970 г. «Способ получения окиси хрома».
11. Авторское свидетельство СССР №236447, МПК C 01 G 37/02, приоритет от 20.07.1964 г., опубликованное 05.08.1969 г. «Способ получения окиси хрома для полирования».
12. Авторское свидетельство СССР №343567, МПК C 01 G 37/02, приоритет от 06.04.1970 г., опубликованное 03.11.1972 г. «Способ получения окиси хрома».
13. Патент Германии №728233, НПК 22 f 7, приоритет от 03.04.1940 г., опубликованный 23.11.1942 г. «Способ получения пигментной окиси хрома».
14. Пиввуев В.Я. Вилкинсон М.Д. (Закрытое акционерное общество «Русский Хром 1915»). Авторское свидетельство РФ № 2258039 C01G37/02 от 24.08.2006 г. «Способ получения окиси хрома».
15. Багров И. В., Шаханов В. Д., Чулкова Э. Н. Процессы и аппараты химической технологии. Тепловые и массообменные процессы. Под ред. проф. Л. Я. Терещенко. – СПб.: С.-Петерб. государственный университет технологии и дизайна, 1998. – 103 с.
16. Соколов Р.С. Химическая технология. Том 1. Химическая технология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб, заведений: В 2 т. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2000.
17. Вассерман И.М. Производство минеральных солей - Л.: Госхимиздат, 1962. – 467 с.
18. Технологический регламент на производство окиси хрома металлургической ГОСТ 2912-79. – Первоуральск: ЗАО «Русский хром 1915», 2007. – 109 с.
19. Грошева Л.П. Основы материального баланса. Методическое пособие. - Великий Новгород, НГУ, 2006. - 14 с.
20. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Под ред. П. Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и дополненное - Ленинград: Химия, 1987 год. - 572 с.
21. Бочкарев В.В. Теория химико-технологических процессов. Учеб. пособие. - Томск: ТПУ, 2005. - 118 с.
22. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – 9-е изд. – М.: Химия, 1973. – 750 с.
23. Вагафчик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М., 1963. – 708 с.
24. Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. – М.: Госэнергоиздат, 1962. – 98 с.
25. Краткий справочник физико-химических величин под редакцией К.П. Мищенко и А.А. Равделя, СПб.: Химия, 2008. – 200 с.
26. Попилов Л.Я. Советы заводскому технологу. – Л.: Лениздат, 1975– 264с.
27. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Ч.1. Теоретические основы процессов химической технологии. Учебник для вузов. Изд. 2-е. М.: Химия, 1995. – 400 с.
28. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. – Л.: Машгиз, 1970. – 753 с.
29. ГОСТ 11987-81 «Аппараты выпарные трубчатые стальные. Типы, основные параметры и размеры». – М.: Госстанарт СССР, 1981. – 24 с.
30. Насосы АВЗ, ВВН, НВЗ, НВМ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.tptreyd.ru/
31. Сутягин В.М., Бочкарев В.В. Основы проектирования и оборудование химических производств. – 2-еизд. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009.–188 с.
32. Поникаров И.И. и др. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки. - М.: Альфа-М, 2008. - 720 с.
33. Каталог оборудования ОАО «Бердичевский машиностроительный завод «ПРОГРЕСС»». – Бердичев.: ОАО «Прогресс», 2012. – 76 с.
34. Косинцев В. И., Миронов В. М., Сутягин В. М. Основы проектирования химических производств. 2-е изд. М.: Академкнига, 2010. – 371 с.
35. Ксензенко В.И. Общая химическая технология и основы промышленной экологии. – М.:Колосс, 1988. – 328 с.
36. ГОСТ 2912-79 @Хрома окись техническая». – М.: Госстанарт СССР, 1979. – 28 с.
37. Харазов В. Г. Аналоговые и цифровые регуляторы и исполнительные механизмы в системах автоматизации технологических процессов. – СПб.: Издательство СПбТГУ, 1992. – 241с.
38. Ящура А.И. Система технического обслуживания и ремонта общепромышленного оборудования. – М.: Энас, 2006. – 504 с.
39. Вредные вещества в промышленности. Т. 1,2,3. Под ред. Н. В. Лазарева. М.: - Химия, 1976,1977.
40. Основные принципы обеспечения безопасности труда. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://s.compcentr.ru/04/otitr/ot-012.html
41. Косниская Л.В. Кочеров Н.П. Технико-экономические расчеты в дипломном проекте. Методическое пособие. – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2002. – 33 с.
42. Пояснительная запискак годовой бухгалтерской отчетности за 2008 год ЗАО «Русский Хром 1915». – Первоуральск: ЗАО «Русский хром 1915», 2009. – 21 с.
43. ОАО «КЗФ» Решения общих собраний участников (акционеров) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.e-disclosure.ru/
44. «Русский хром 1915» и КЗФ отчитались по итогам производства в 2013 году [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.metaltorg.ru/
45. Расчет количества Гкал в 1 тонне пара [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.afportal.ru/
46. Запрос цен (объявление о покупке) № 152942. Барабан вакуум-фильтра БОН10-1,8-1К, ст 12x18Н10Т [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.b2b-bashneft.ru/