Федеральное агентство по образованию

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

Кафедра: Металлургия легких металлов

Оценка проекта_____________________

Члены комиссии____________________

__________________________________

УЧАСТОК КАРБОНИЗАЦИИ АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ В АППАРАТАХ С ВОЗДУШНЫМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ ГЛИНОЗЕМНОГО ЦЕХА.

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

080502 171123215 ПЗ

Руководитель

к.т.н. доц. ____________________________________ В. Н. Корюков

Студент

гр. ________________________________________ А. А. Вершинин

Каменск-Уральский

2008
Содержание.

Введение 3

Глава 1. Описание аппаратурно-технологической схемы. 5

Глава 2. Материальный баланс производства глинозема по

способу спекания боксита с содой и известняком. 13

Глава 3. Расчёт количества основного оборудования. 44

Заключение. 45

Список литературы. 47

Введение.

Металлургия легких металлов – отрасль металлургии, занимающаяся извлечением из руд металлов, которые характеризуются небольшой плотностью. К легким относятся одиннадцать следующих металлов, плотность которых в твердом состоянии лежит в пределах 0,534-3,6 г/см³: алюминий (2,7), магний (1,74), бериллий (1,85), щелочноземельные металлы

– кальций (1,55), стронций (2,6), барий (3,6) – и щелочные металлы – литий (0,534), натрий (0,93), калий (0,86), рубидий (1,52) и цезий (1,87).

Однако не все легкие металлы играют равноценную роль в технике. Важнейшие из них – алюминий, магний и бериллий, которые имеют весьма большое промышленное значение. Из щелочноземельных металлов наиболее важны кальций и барий, а из щелочных – литий и натрий.

Легкие металлы, помимо малой плотности, обладают общностью ряда физико-химических свойств, что объединяет их и в металлургии. Эти металлы характеризуются большой химической активностью; энергия образования их соединений с кислородом, галоидами, серой и углеродом весьма велика; в ряду напряжений они занимают места наиболее электроотрицательных элементов.

Требование высокой частоты к исходным материалам, необходимым для получения легких металлов, обусловливают применение весьма сложной и разнообразной технологии их производства. Поэтому современная металлургия легких металлов представляет собой комплекс химических и электрохимических процессов, каждый из которых нередко выделяется в самостоятельное производство. Металлургия алюминия, например, включает четыре основных вида производства: глинозема, фтористых солей, угольных электродов и собственно электролитическое производство алюминия.

Поскольку металлургия легких металлов в конечном итоге связана с электрометаллургическими процессами, важнейшим условием для организации производства этих металлов, является наличие мощных источников дешевой электроэнергии.

В истории металлургии легких металлов можно выделить три этапа, характеризующихся определенными способами получения этих металлов

Первый этап был связан с применением так называемых «химических» или, вернее, металлотермических способов.

Второй этап развития металлургии легких металлов характеризуется широким применением электролиза расплавленных солей.

Третий этап развития металлургии легких металлов, характеризуется все возрастающей ролью электротермических и металлотермических процессов, которые в ряде областей стали промышленными способами получения легких металлов.

Легкие металлы теперь нужны не только технически чистые, но и с минимальным содержанием металлических и неметаллических примесей. Это достигается способами тонкой очистки таких металлов.

Карбонизация – один из методов, применяемых в практике производства глинозема для разложения алюминатных растворов с целью выделения кристаллической гидроокиси алюминия. При карбонизации алюминатный раствор обрабатывают

Целью данной работы является рассмотрение участка карбонизации алюминатных растворов глиноземного цеха.

Исходя из поставленной цели, можно определить основные задачи курсовой работы – описание технологии процесса карбонизации алюминатных растворов, определение состава и составление материального баланса схемы карбонизации, расчет основного оборудования.

Глава 1. Описание аппаратурно-технологической схемы.

Основным этапом получения глинозема из бокситовой руды является извлечение из неё гидроокиси алюминия. Наиболее выгодным способом извлечения из боксита гидроокиси алюминия при определенных условиях является щелочной способ спекания. Этот способ применяется для переработки бокситов с повышенным содержанием кремнезема, кремневый модуль которых обычно не превышает пяти. В основе этого способа лежит спекание боксита с содой и известняком. При спекании в результате взаимодействия глинозема боксита с содой образуется алюминат натрия, а кремнезем связывается оксидом кальция в нерастворимый двухкальциевый силикат. Из полученного спека алюминат натрия выщелачивают водой. Примерная технологическая схема способа спекания показана на рис.1.

По способу спекания исходные материалы — боксит и известняк после дробления поступают в мельницы, где размалываются в среде маточного раствора, содержащего оборотную соду. В мельницы поступает также свежая сода для возмещения потерь се в процессе и белый шлам, остающийся после обескремнивания алюминатного раствора. Перед подачей в мельницы компоненты шихты дозируют в нужном соотношении; в случае необходимости окончательно корректируют шихту после помола, смешивая шихты различного состава

Рис 1 Схема производства глинозема из бокситов щелочным методом спекания

Откорректированную шихту (пульпу) спекают при 1150— 1250 °С, полученный спек дробят и выщелачивают. При выщелачивании алюминат натрия переходит в раствор; одновременно в раствор переходит некоторое количество кремнезема. Перастворившаяся часть спека (красный шлам) идет в отвал, а алюминатный раствор—на обескремнивание. При обескремннвании кремнезем выделяют в осадок. Этот осадок (белый шлам) наряду с кремнеземом содержит глинозем и щелочь, поэтому его возвращают на приготовление шихты для спекания.

Из обескремненного раствора выделяют гидроксид алюминия. Для этого осуществляют карбонизацию (обработку раствора газами, содержащими CO2), в результате которой в осадок выпадает гидроксид алюминия и получается маточный содовый раствор. Выпавший в осадок гидроксид алюминия отделяют от солового раствора, промывают и кальцинируют. Маточный содовый раствор с промывными водами от промывки гидроксида возвращают на приготовление шихты. Для повышения концентрации его обычно упаривают.

Сущность карбонизации.

При производстве глинозема по способу Байера разложение алюминатных растворов, достигается выкручиванием, в результате которого, наряду гидроокисью алюминия, получается раствор едкой щелочи, употребляемый в качестве оборотного раствора. При получении глинозема способом спекания целесообразное применение карбонизации, наряду с гидроокисью алюминия получается раствор соды, который используется как оборотный раствор.

На рис.35 представлены кривые изменения содержания отдельных компонентов алюминатного раствора в процессе его карбонизации. Характер изменения кривых вполне подтверждает сказанное о сущности процесса карбонизации. По окончании нейтрализации наступает разложение пересыщенного по отношению к Al(OH)3 алюминатного раствора, и с этого момента начинается быстрое снижение концентрации Al2O3 в растворе благодаря выпадению в осадок гидрата окиси алюминия. Этот процесс соответствует 2 периоду карбонизации, и на графике изменение содержания Аl2O3 в растворе представлено наклонной кривой. Содержание каусти4еской щело4и в силу нейтрализации ее углекислотой в те4ении всего времени карбонизации непрерывно понижается, и на графике это представлено так-же наклонной кривой.

Это может быть объяснено след. Образом. На карбонизацию поступает обескремненный алюминатный раствор, равновесный по отношению к растворенному в нем алюмосиликату натрия. Это равновесие в первое время карбонизации из-за малого изменения концентрации алюминатного раствора нарушается лишь в небольшой степени. К концу же карбонизации вследствие сильного изменения состава алюминатного раствора скорость выделения в осадок алюмосиликата резко возрастает. Поэтому гидроокись алюминия, выделившая в конце карбонизации, будет всегда загрязнена зна4ительным кол-во кремнезема.

Влияние различных факторов на карбонизацию

На карбонизацию алюминатного раствора, т.е. на течение самого процесса и главным образом – на качество получаемого гидрата окиси алюминия, существенное влияние оказывают след. Факторы:

1) Температурные условия;

2) Перемешивание;

3) Продолжительность (скорость карбонизации);

4) Степень (глу6ина) разложение раствора

Температурные условия карбонизации оказывают чрезвычайно большое влияние на физические свойства выделяемой гидроокиси. Вели4ина кристаллов гидроокиси и их агрегатов уменьшается с понижением температуры карбонизации. В одних и тех же температурных условиях из более концентрированных растворов алюмината гидрат осаждается более мелкокристаллический, чем из разбавленных растворов.

Изменение температуры карбонизации относительно мало влияет на содержание щелочи в получаемом гидрате. Для температур, лежащих в пределах 85-65C, кол-во общей щелочи в среднем составляет 0.4%; содержание же отмываемой щелочи колеблется от 0 до 0.05%. Однако при снижении температуры карбонизации ниже 65С наблюдается повышение содержание общей щелочи в результате увеличения содержание щелочи отмываемой, т.к. с уменьшением размеров кристаллов гидроокиси увеличивается их адсорбционная способность.

Применение перемешивания растворов при карбонизации существенно влияет на рост кристаллов. Полученный без механического перемешивания гидрат имеет повышенное содержание отмываемой щелочи (0.2-0.3%) и плохо промывается, потому что гидрат в этих условиях в некоторой части выделяется в дисперсной форме.

Механической перемешивание во время карбонизации благоприятствует росту кристаллов гидрата и увеличивает скорость разложение алюминатных растворов, выравнивая концентрацию во всей массе раствора.

Продолжительность карбонизации зависит главным образом от интенсивности пропускания углекислоты и ее содержания в применяемых газах. При большой интенсивности пропускания газа высоком содержании в нем углекислоты алюминатные растворы разлагаются скорее. Однако при этом в осадок выделяется гидрат с повышенным содержанием щелочи, так как выделяющийся дисперсный гидрат не успевает превратится в кристаллы достаточной величины.

Степень разложения алюминатного раствора (глубина карбонизации) влияет как на физические свойства осадка гидроокиси алюминия так и на содержание в нем примесей щелочи кремнезема. По мере углубления карбонизации качество гидроокиси снижается, причем особенно резко к концу операции. Поэтому в зависимости от полноты карбонизации алюминатного раствора можно получать гидрат того или иного качества. Этим полюзуются на практике.

Технология карбонизации

Карбонизация алюминатных растворов на глиноземных заводах осуществляют в карбонизаторах (рис. 36,а) – железных цилиндрических чанах, снабженных механическими (цепными) мешалками. Цепная мешалка вращается со скоростью примерно 8 об/мин.

Диаметр карбонизаторов 4,7 – 6,0 м, высота 8.0 м. Для уменьшения тепловых потерь они снаружи покрыты слоем тепловой изоляции толщиной 10 см. В боковой стенке сверху в карбонизаторах имеются отверстия, через которые их заполняют алюминатным раствором. В днище карбонизатора предусмотрено отверстие для удаления гидратной пульпы, а на высоте 1,3 м от днища – для слива содового раствора. По окружности карбонизатора у днища расположены отверстия, к которым подсоединены трубы для подвода печных газов (6ар6отеры).

Карбонизация, если ее ведут периодически (циклами), состоит из следующих операций: наполнение карбонизатора алюминатного раствором, продувания через раствор топочных газов, содержащих СО2, перемешивания раствора с осадком (выкручивания), отстаивания осадка гидроокиси алюминия, сливания маточного содового раствора и, наконец, выгрузки гидратной пульпы.

Оборудование для карбонизации алюминатных растворов

Печные газы, содержащие 10-14% СО2, перед карбонизацией охлаждают и очищают от взвешенных пылевидных частиц в скрубберах, орошаемых водой. Очищенные газы при температуре 30 – 37С и содержании пыли 0.02 - 0.04 г/м3 поступают в турбогазодувки, которые нагнетают газы в карбонизаторы под давлением 0.6-0.7 ат (температура газов 100 – 150С). Подавать печные газы в карбонизатор под меньшим давлением, а следовательно, заменить турбогазодувки вентиляторами (рис.36 б).

Практика карбонизации алюминатных растворов

Карбонизатор через верхнее отверстие до высоты 5 м от днища заполняют алюминатным раствором, поступающим из отделения выщелачивания и имеющим температуру 73 – 75С; во время карбонизации температура его повышается до 80С от тепла, вносимого с газами.

После заполнения карбонизатора через толщу раствора продувают печной газ в течении 6 – 8 ч. Продолжительность подачи газа в карбонизатор зависит от содержания в нем СО2; для обеспечения нормального режима работы карбонизатора концентрации СО2 ы печном газе должна быть не ниже 12 – 13%.

По окончании подачи газа маточный ратсвор в течении примерно 1 ч. Перемешивают с гидратом для укрупнения его кристаллов, затем пульпу отстаивают, раствор декантируют или откачивают центробежными насосами. Маточный содовый раствор осветляют и часть его направляют на приготовление шихты, а часть – на выщелачивание спека.

Глава 2. Материальный баланс производства глинозема по способу спекания боксита с содой и известняком.

Исходные данные

1. Химический состав боксита и известняка (в пересчете на сухое вещество), %:

Боксита Известняка

состав	содержание
Al2O3	48,7
Fe2O3	26,2
SiO2
TiO2	2,6
CaO	2,8
CO2	2,2
прочие	1,46
п.п.п.	1,46
H2O	4,04

состав	содержание
CaO	54,2
CO2	42,6
SiO2	1,3
Прочие (всего 100,0%)	1,9
H2O	6,0

2. Удельный расход кальцинированной соды в пересчете на 100 % Na₂ CO₃ , 150,0 кг ( Na₂O 87,74 кг);

состав кальцинированной соды:

Na2 CO3	86,6 %
прочие	0,9 %
H2O	0,5 %

3. α _к алюминатного раствора 1,5.

4. Влажность шихты, поступающей на спекание, 35,0 %; дозировка компонентов в шихте, мол.:

Na₂O CaO

= 1,0 = 2,0

Al ₂ O ₃ + Fe₂O₃ SiO₂ + TiO₂

5. Влажность белого шлама 34,0 %, количество белого шлама 120 кг

состав сухого белого шлама, %:

состав	содержание
Al2O3	31,1
Na2O	19,4
Fe2O3	3,1
SiO2	29,4
CaO	2,9
CO2	2,1
п.п.п.	11,8

6. Товарный выход глинозема 84,6 %; извлечение AI₂O₃ при выщелачивании спека 87,1 %.

7. Влажность отвального шлама 33 %.

8 Влажность гидроксида алюминия 10,4 %,

9 I стадия обескремнивания проводится в автоклавах в течение 2 ч при 130°С; кремниевый модуль алюминатного раствора при этом возрастает до 350-400; обескремнивание идет с добавками белого шлама.

I стадия обескремнивания проводится в мешалках при 95°С в те­чение 2 ч; на обескремнивание подается часть шлама, выделяющегося на II стадии обескремнивания, после его обработки содовым раствором для извлечения AI₂O₂ (другая часть шлама поступает в отделение подготовки шихты), а также известковое молоко концентрацией СаО 300 г/л из расчета 3 г СаО на 1 л раствора. Состав шлама, образующегося на II стадии обескремнивания, отвечает формуле ЗСаО* AI₂O₃ *0,18 SiO₂ * 5,6 Н₂О, влажность шлама 30,0%.

10.После регенерации АI ₂0₃ из шлама II стадии обескремнивания образующийся содо-щелочной раствор поступает на выщелачивание спека, а карбонатный шлам влажностью 33,0 % —на приготовление шихты. Принимаем, что AI₂O₃ и SiO₂ при регенерации полностью переходят в раствор, а шлам по составу отвечает СаСО₃ (практически 95 % Аl₂О₃ переходит в раствор); а_к содощелочного раствора ~3,4.

11. Потери AI₂O₃ и Na₂O по переделам принимаем по данным практики (табл. 1).

12 Расход воды на промывку, м³:

Отвального шлама	6,93818
Белого шлам	0,06
Карбонатного шлама	0,03990
Гидроксида алюминия	0,80

Приготовление шихты

При товарном выходе А1₂О₃ 84,6 % для получения 1 т глинозема необходимо переработать сухого боксита (990,0 * 100): (48,7*0,846) = 2402,9 кг,

Таблица 2. Потери AI₂O₃, и Na₂O по переделам производства

Переделы
	AI2 O3,кг	Na2O,кг
	% от содержания в боксите	кг
Дробление	0,30	3,51	-
Размол	0,30	3,51	0,5
Спекание	0,30	3,51	2,0
Дробление спека	0,20	2,34	1,0
Выщелачивание спека: химические потери	12,90	150,98	77,24
недоотмывка, разложение раствора	0,50	5,85	1,0
Обескремнивание	0,10	1,17	0,5
Карбонизация	0,20	2,34	0,5
Выпарка			1,0
Кальцинация (потери с глиноземом)	0,60	7,02	4,0
Всего потерь	15,40	180,21	87,74

где 990,0 —количество AI₂O₃ в 1 т глинозема, кг. В этом боксите содержится AI₂O₃ 2402,9*0,487=1170,21 кг. Тогда потери AI₂O₃ составят 1170,21-990,00= 180,21 кг

Потери AI₂O₃ при дроблении и размоле составляют 7,02 кг (см. табл. 2), что соответствует потере сухого боксита, 7,02*100: 48.7 = 14,4кг. Отсюда, в шихте, поступающей на спекание, содержится сухого боксита 2402.9-14,4=2388.5 кг или влажного боксита 2388,5: 0,93= 2568,2 кг. В сухом боксите содержится, кг:

AI2O3	2388.5*0,487=1163,19
Fe2O3	2388.5*0,262=685,7
SiO2	2388.5*0,12=286,6
TiO2	2388.5*0,026=62,1
СаО	2388.5*0,028=66,8
СО2	2388.5*0,022=52,5
Прочие	2388.5*0,0146=34,8
П.п.п.	2388.5*0,0404 =96,4
Н2О	2568,2-2388.5=179,7

На приготовление шихты поступает также 120,0 кг белого шлама (см. исходные данные). В нем содержится, кг:

AI2O3	120*0,313=37,56
Na2O	120*0,194=23,28
Fe2O3	120 *0,031 = 3,72
SiO2	120 *0,294=35,28
CaO	120 *0,029 =3,48
СО2	120 *0,021 = 2,52
П.п.п	120* 0,118= 14,16

При влажности 34,0 % с отмытым белым шламом поступает промводы 120*34:66= 61,82 кг, состав которой берут по данным практики и в которой содержится, кг:

AI₂O₃, 0,30; Na₂O _общ 0,32; С0₂ 0,04; Н₂О 61,16.

На приготовление шихты поступает также половина шлама после II стадии обескремнивания, предварительно обработанного содовым расвором. Кремниевый модуль алюминатного раствора до обескремнивания

µ_si= 30 после I стадии обескремнивания µ_si=350-400 на II стадии обескремнивания выпадает в осадок практически весь оставшийся кремнезем.

В алюминатном растворе после выщелачивания содержится AI₂O₃

1163,08 + 57.86[1] - (3,51 +2,34+150,95+5,85) [2]=1058,29 кг.

Тогда валюминатном растворе после выщелачивания содержится SiO₂ 1058,29: 30= 35,28 кг, а в растворе после I стадии обескремнивания содержится AI₂O₃ 1058,29- 37,56= 1020,73 кг, SiO, 1020,73:400= 2,55 кг.

Считаем, что со шламом выделится SiO₂ 35,28 кг; с SiO₂ связаны в алюмосиликате натрия 37,56 кг AI₂O₃. На I стадии обескремнивания выделится SiO₂ кг, а на II стадии 2,55 кг. Эти 2,55 кг SiO₂ связаны в соединении З СаО* AI₂O₃ 0,18SiO₂ * 5,6 H₂О с 39,67 кг СаО, 24,08 кг AI₂O₃ и 23,80 кг Н₂О.

Рассчитываем состав шихты. В известняке содержится СаО_акт 54,2 — 2,43= 51.77 %[3].

Следовательно, на II стадии обескремнивания выделится шлама 39,67+ 24,08+2,55 +23,80 = 90,10 кг. После регенерации AI₂O₃ из этого шлама образуется карбонатный шлам, в котором содержится 39,67 кг СаО в виде СаСО₃. С 39,67 кг СаО связано 31,17 кг СО₂. При влажности шлама 30% он содержит Н₂О (39,67 + 31,17)*30: 70= 30,36 кг. Итого карбонатного шлама 101,20 кг. Принимаем, что карбонатный шлам, поступающий на приготовление шихты, полностью отмывается от содощелочного раствора. При СаО: (SiO₂+TiO₂) =2,0 для связывания SiO₂ и TiO₂ в боксите и белом шламе потребуется

2.0(286.6+34.8/60 + 62.1/80) = 12.1 моля,

или 56*12,1= 677, 6 кг, где (286,6 + 34, 8): 60-число молей SiO₂ в боксите и белом шламе; 62,1:80 — число молей ТiО₂ в боксите.

С бокситом поступает 66,8 кг СаО, с карбонатным шламом 19,83 кг СаО, с белым шламом 3,48 кг СаО. Следовательно, с известняком должно поступать:

677,6- (66,8 + 19,83 + 3,48) =586,89кг СаО_акт.

Это количество содержится в 586,89 * 100: 51,77 = 1133,64 сухого известняка, или в 1133,64:0,94= 1206кг влажного. Здесь 51,77 % - содержание СаО _акт в известняке.

С этим известняком в шихту вводится, кг:

СаО	1133,64*0,548=614,4
СO2	1133,64*0,426 = 482,9
SiO2	1133,64*0,013= 14, 73
Прочие	1133,64*0,019= 21,54
Н2О	1206—1133,64= 72,36

При Na₂O: (AI₂O₃+Fe₂O₃) = 1,0 для связывания AI₂O₃ и Fe₂O₃ в боксите и белом шламе потребуется Na₂O

(2.0 + 1163.19 + 37.54 + 0.3)/102 + (625.02+3.72)/160 = 15.02

моля, или 973, 4 кг,

где (1163,19 + 37,54 + 0,3 + 20,0):102-число молей AI₂O₃ в боксите, белом шламе (твердая и жидкая фазы) и оборотном растворе; (625,02+3,72): 160 — число молей Fe₂O₃ в боксите и белом шламе.

Это количество Na₂O (973,4 кг) вносится: с белым шламом 23,28+0,32 = 23,60кг (твердая и жидкая фаза); с кальцинированной содой 87,74 кг'; с содовым раствором 973.4- (23,60 + 87,74) =862,06 кг.

Пусть карбонизация идет до а_к = 2,7. Тогда, если в оборотном растворе осталось 20,0 кг AI₂O₃, в нем будет Na₂O_K

62*20,0*2,7:102 = 20,0 *2,7:1,645 =32,83 кг, а Na₂O_y 862,06 - 32,83 = 829,23 кг.

Этому содержанию щёлочи соответствует 829,23 • 44: 62 = 558,56 кг СО₂.

Если и концентрация Na₂O_y 310,1 г/л, а плотность 1440 кг/м³, то объем раствора 829,23:310,1 =2,67 м³, а масса' его 2,67 • 1440 = = 3844,8 кг. В этом растворе содержится Н₂О 3844,8 —(20,0+862,06+558,5)= 2404,24кг. По результатам расчетов составляем баланс приготовления шихты (табл. 3)

Na₂O_y 862,06 - 32,83 = 829,23 кг.

Этому содержанию щёлочи соответствует 829,23 • 44: 62 = 588,48 кг СО₂.

Если и концентрация Na₂O_y 310,1 г/л, а плотность 1440 кг/м³, то объем раствора 829,23:310,1 =2,67 м³, а масса' его 2,67 • 1440 = = 3850,66 кг. В этом растворе содержится Н₂О 3850,66 — (20,0 + 862.06+ ⁺ 558,5)= 2410,1кг.

По результатам расчетов составляем баланс приготовления шихты (табл. 3).Влажность шихты (2580,46:7679,46)100 = 34,77 %.

Таблица 3. Баланс приготовления шихты.
Введено, кг.	Получено, кг.
Боксит:	Пульпа:
AI2O3	1163,19	AI2O3	1220,75
Fe2O3	685,7	Fe2O3	629,42
SiO2	286,6	SiO2	336,61
TiО2	62,1	TiО2	62,1
СаО	66,8	СаО	720,99
СО2	52, 5	СО2	1204,27
Прочие	34,8	Na2Ообщ	963,17
П.п.п.	96,4	Прочие	57,71
Н2О	179,7	П.п.п.
Итого	2567,79	Н2О	2602, 6
Известняк	Итого	7901,77
SiO2	14,73	Потери Na2Ообщ	0,5
СаО	614,4	Всего	7902,27
СО2	482,9
Прочие	21,54
Н2О	72,36
Итого	1205,93
Белый шлам (фазы Т + ж):
AI2O3	37.56
Fe2O3	3,72

SiO2

35.28

СаО	3,48
СО2	2,52
Na2Ообщ	23,60
П.п.п.	14,6
Н2О	61,16
Итого	181,82
Карбонатный шлам
СаО	19,83
СО2	15,58
Н2О	15,18
Итого	50,59
Кальцинированная сода:
СО2	62,27
Na2Ообщ	87,74
Прочие	1,37
Н2О	0.76
Итого	152,14
Оборотный раствор:
AI2O3	20,00
СО2	588,56
Na2Ообщ	862,06
Итого	2273,44
Всего	7902,27

Спекание и дробление спека.

При спекании происходит обезвоживание шихты, разложение карбона­тов и алюмосиликата натрия, удаление СО₂, а также взаимодействие ксидов с образованием соединений Na₂O*AI₂O₃, Na₂O*Fe₂O₃, 2СаО *Si0₂2CaО*TiО₂ и др.

Пыль, уносимая газами, улавливается в системе газоочистки (пылевые камеры, циклоны, электрофильтры) и возвращается в печь с горячего конца. При составлении баланса спекания (табл. 4) эту пыль учитывать не будем, так,так определенное количество ее все время находится в обороте и называется оборотной.

Потери AI₂O₃ с газами, выбрасываемыми в атмосферу, и другие потери AI₂O₃ и всех компонентов при спекании составляют 0,3 %; около 0,20 % А1₂Оз спека теряется при его дроблении (см. табл. 2)

Таблица 4. Баланс спекания шихты и дробления спека
Введено, кг.	Получено, кг.
Пульпа:	Дробленый спек:(no разности):
AI2O3	1220,75	AI2O3	1214, 9
Fe2O3	629,42	Na2Ообщ	966,17
SiO2	336,61	Fe2O3	626,5
TiО2	62,1	SiO2	335,4
СаО	720,09	TiО2	61,79
СО2	1204,27	СаО	717,38
Na2Ообщ	973,17	Прочие	57,45
Прочие	57,71	Итого	3979,59
П.п.п.		Потери при спекании:
Н2О	2602, 6	AI2O3	3,51
Итого	7918,22	Na2Ообщ	7,00
	Fe2O3	1,75
	SiO2	0,73
	TiО2	0,19
	СаО	1.63
	СО2	1074,52
	Прочие	0,16
	П.п.п.	275,86
	Н2О	2580,01
	Итого	4040,36
	Потери при дроблении (см. табл. 2):
	AI2O3	2.34
	Na2Ообщ	1.00
	Fe2O3	1.17
	SiO2	0,48
	TiО2	0,12
	СаО	1,08
	Прочие	0,10
	Итого	6,29
	Всего	7918,22

Выщелачивание спека

После дробления спека до крупности 6 — 8 мм он поступает на выщелачивание в перколяционный выщелачиватель. Спек выщелачивают содощелочным раствором, полученным при регенерации шлама (в случае необходимости можно добавлять и содовый раствор). Шлам противоточно промывают водой, которая также поступает на выщелачивание спека.

Определим количество содощелочного раствора, поступающего на выщелачивание спека.

Регенерация шлама производится содовым раствором, полученным после карбонизации алюминатного раствора. Концентрацию раствора определяем, считая, что оборотный раствор, поступающий на приготовление шихты, получается при упаривании маточного содового раствора в 2 раза. Тогда концентрация компонентов содового (маточного) раствора, г/л:

А1₂О₃ 20:2*2,67=3,74

Na₂ О_к 2,7*3,74:1,645 =6,13 (α_к = 2,7).

.Если в оборотном растворе Na₂O_у 310,1 г/л, то в маточном растворе Na₂O_у 155,05 г/л; этому количеству Na₂О_y соответствует СО₂ 155,05*44: 62 = 110,04 кг.

При плотности раствора ρ= 1228 кг/м³ получим Н₂О 1220- (3,74+6,13+155,05+110,04)=944,68 кг; ρ= 944.68 кг/м³ плотность раствора,

0,009 А + 0,00425 N,

где р—плотность раствора NaOH, концентрация которого эквивалентна концентрации Nа₂О_общ; А- концентрация А1₂О₃ в растворе, г/л; N_y - концентрация Na₂ О_у в растворе, г/л.

По данным работы глиноземных заводов, на регенерацию шлама, после которой должен образоваться раствор α _к = 3,4, необходимо подать на 1 моль А1₂О₃ в шламе более 10 молей Na₂O _у. Так как реак­ция при высоких концентрациях раствора протекает очень медленно, то шлам обрабатывают содовым раствором 2 раза. Количество раствора берут с избытком против стехиометрического.

Принимаем, что на 90,10 кг шлама, в котором 24,08-кг А1₂О₃ посту­пает на регенерацию 1,5 м³ содового раствора, в котором содержится, кг:

А12О3	1,5*3,74=5,61
Na2Oк.	1,5*6,13 = 9,23
Na2Oу	1.5*155,05=232,58
СО2	1.5 *110,04= 165,06
Н2О	1,5 *944,68= 1417,02
Итого	1829.47 кг

При влажности шлама 30,0 % с ним увлекается обескремненного алюминатного раствора 90,10*30:70=38,61 кг, или при ρ= 1215 кг/м³ 38,61::1215= 0,0318 м³. Если а_к = 1,5; α_общ = 2,0, то при концентрации AI₂O₃ в растворе 120 г/л в нем будет содержаться, кг:

А12О3	0,0318*120=3,82
Na2OK	1,5*3,82:1,645=3,48
Na2Oобщ	2*3,82: 1,645= 4,64
Na2Oу	4,64-3,48=1,16
СО2	1,16*44:62=0,82
Н2О	38.61 (3,82 + 4,64 + 0,82) = 29,33

На основании полученных результатов составляем предварительный баланс регенерации AI₂ O₃ из шлама (табл. 5).

При влажности карбонатного шлама 33,0 % с ним увлекается 70,84* *33:67 = 34,89кг содощелочного раствора. Общая масса содощелочного раствора 1929,90 кг (см. табл. 15). В нем содержится 33,81 кг AI₂O₃. Тогда в растворе, увлеченном карбонатным шламом, содержится, кг:

А12О3	33,81 *34,89:1942=0,61
Na2OK	3,4 *0,61:1,645=1,26
Na2Oy	0,017386*177,43=3,08
СО2	3,08 * 44: 62 = 2,19
SiO2	0,017386*2,55 = 0,04
Н20	34,89-(0,61+1,26 + 3,08 + 2,19+0,04)=27,71

Таблица 5. Баланс регенерации А12О3 из шлама (предварительный вариант)
Введено, кг	Получено, кг
Шлам после ΙΙ стадии обескремнивания	Карбонатный шлам:
А12О3	24,08	СаО	39,67
СаО	39,67	СО2	31,17
SiO2	2,55	Итого	70,84
Н2О	23,8	Содощелочной раствор
Итого	90,10	А12О3	33,54
Содовый раствор	SiO2	2,55
А12О3	5,61	Na2Ок	69,88[4]
Na2Ок	9,23	Na2Оу	177,03
Na2Оу	232,58	СО2	125,63
СО2	165,06	Н2О	1481,90
Н2О	1417,02	Итого	1890,8
Итого	1829,5	Потери (по разности) СО2	9,07
Алюминатный раствор	Всего	1958,63
А12О3	3.82	Конденсат	50,00[5]
Na2Ок	3.48
Na2Оу	1.16
СО2	0.82
Н2О	29.33
Итого	38.61
Всего	1958,63

Таблица 6. Баланс промывки карбонатного шлама.
Введено, кг	Получено, кг
Карбонатный шлам (см. табл. 5):	Карбонатный шлам на ΙΙ стадию обескремнивания (первая половина):
СО2	31,17	СО2	15,59
СаО	39,67	СаО	19,84
Итого	70,84	Итого	35,43
Содощелочной раствор, увлеченный шламом	Карбонатный шлам на приготовление шихты (вторая половина)
А12О3	0,61	СО2	15,58
Na2Ок	1,26	СаО	19,83
Na2Оу	3,08	Итого	35,41
СО2	2,19	Содощелочной раствор, увлеченный шламом (влажность33%)
SiO2	0,04	А12О3	0,30[6]
Н2О	27,71	Na2Ок	0,63
Итого	34,89	Na2Оу	1,54
Вода на промывку:	СО2	1,10
Н2О	39,82	SiO2	0,02
Всего	145,55	Н2О	13,86

Итого	17,45
Промвода на регенерацию шлама (половина)
А12О3	0,31
Na2Ок	0,63
Na2Оу	1,54
СО2	1,09
SiO2	0,02
Н2О	53,67
Итого	57,26
Всего	145,55

Составим баланс промывки карбонатного шлама (табл. 6), а затем окончательный баланс регенерации А1₂О₃ из шлама ΙΙ стадии обескремнивания (табл. 7).

Принимаем, что концентрация А1₂О₃ в алюминатном растворе 140,0 г/л. Тогда объем раствора, полученного после выщелачивания, будет 1091,89: 140= 7,8 м³, масса его при ρ= 1270 кг/ м³ составит 7,8*1270=9902,64 кг. В этом растворе содержится воды (по разности) 7537,12 кг. Тогда на промывку шлама подается воды 7553,79+884,61+50,90-1551,12=6938,18 кг.

При влажности отвального шлама 33,0% с ним увлекается 1810,34* 33:67=891,66 кг промводы в которой содержится А1₂О₃ 5,85 кг и Na₂О 1,0 кг.

Составляем балансы выщелачивания спека (табл. 8)

Таблица 7. Баланс регенерации Al2O3 из шлама II стадии обескремнивания (окончательный вариант)
Введено, кг	Получено, кг
Шлам после II стадии обескремнивания	Карбонатный шлам:
Al2O3.	24,08	CaO	39,67
CaO	39,67	CO2	31,17
SiO2	2,55	Итого	70,84
H2O	23,80	Содощелочной раствор, увлеченный шламом:
Итого	90,10	Al2O3	0,61
Алюминатный раствор,увлеченный шламом:		SiO2
А12О3	3,82	Na2Oк	1,26
Na2Oк	3,48	Na2Oу	3,08
Na2Oу	1,16	CO2	2,19
CO2	0,82	H2O	27,71
H2O	29,33	Итого	34,89
Итого	38,61	Содощелочной раствор на выщелачивание:
Содовый раствор:	Al2O3	33,51
Al2O3	5,91	SiO2	2,53
Na2Oк	9,69	Na2Oк	69,26[7]
Na2Oу	232,58	Na2Oу	175,48
CO2	165,06	CO2	124,53
H2O	1417,02	H2O	1507,85
Итого	1829.47	Итого	1903,16
Промвода от промывки карбонатного шлама:	Всего	2018,89
Al2O3	0,31	Потери:
SiO2	0,02	CO2	9,08
Na2Oк	0,63	Всего	2015,44
Na2Oу	1,54
CO2	1,09
H2O	53,67
Итого	57,26
Всего	2015,44

Таблица 8. Баланс выщелачивания спека.
Введено, кг	Получено, кг
Спек дробленный (см. табл. 14):	Отвальный шлам (см. табл. 12):
Al2O3	1214, 9	Al2O3	150,95
Fe2O3	966,17	Fe2O3	482,29
SiO2	626,5	SiO2	247,99
TiO2	335,4	TiO2	72,04
CaO	61,79	CaO	604,19
Na2Oк	717,38	Na2Oк	77,24
Прочие	57,45	CO2	27,97
Итого	3979,59	Прочие	72,83
Содощелочной раствор:	П.п.п.	50,90
Al2O3	33,51	Итого	1786,40
SiO2	2,53	Промывная вода с отвальным шламом:
Na2Oк	69,26[8]	Al2O3	5,85
Na2Oу	175,48	Na2Oк	1,00
CO2	124,53	CO2	0,20
H2O	1507,85	H2O	852,14
Итого	1956,43	Итого	859,19

Вода на промывку шлама:	Алюминатный раствор на обескремнивание (по разности):
H2O	6938,18	Al2O3	1091,80
Всего	12874,20	Fe2O3	3,72
	SiO2	37,87
CaO	3,48
Na2Oк	992,43
Na2Oу	126,55
CO2	96,36
H2O	7553,79
Итого
Всего	12874,20

Обескремнивание алюминатного раствора.

При обескремнивании в присутствии затравки белого шлама из алюминатного раствора выделяется 120,0 кг белого шлама, в котором содержится 37,56 кг Al₂O₃, 3,72 кг Fe₂O₃, 35,28 SiO₂ и др. (см. исходные данные). Следовательно, масса алюминатного раствора[9] составит 9906 – 120,0=9786 кг в нем содержится Al₂O₃ 1091,80 – 37,56 – 1,17=1053,07 кг (37,56 – Al₂O₃ в белом шламе; 1,17 кг – потери Al₂O₃ при обескремнивании). При ж: т белого шлама 1: 1 с ним увлекается 120 кг алюминатного раствора, который поступает на обескремнивание в качестве затравки белого шлама. В этом растворе содержится Al₂O₃: 1053,07 кг Al₂O₃ – в 9786 кг раствор x кг Al₂O₃ – в 120 кг раствора x = 1053,07* 120: 9786=0,012262*1053,07 = 12,91 кг.

SiO₂ подсчитываем так: 35,28 кг SiO₂ выпадает в составе алюмосиликата; в растворе остается SiO₂ 37,87 – 35,28 = 2,59 кг. Тогда в 120 кг SiO₂ содержится 0,012262*2,59 = 0,03 кг.

Na₂O_к........... 0,012262* (992,43 – 19,73) = 11,92 кг

Na₂O_у........... 0,012262* (126,55– 3,55) = 1,50 кг

CO₂............. 1,50*(44: 62) = 1,06 кг

H₂O.............120 – (12,91 +0,03 + 11,92 + 1,50 + 1,06) = 92,58 кг

По имеющимся данным составляем баланс I стадии обескремнивания (табл. 9).

Таблица 9. Баланс I стадии обескремнивания
Введено, кг	Получено, кг
Алюминатный раствор после выщелачивания спека (см. табл. 8):	Белый шлам (твердая фаза):
Al2O3	1091,80	Al2O3	75,12
Fe2O3	3,72	Fe2O3	7,44
SiO2	37,87	SiO2	70,56
CaO	3,48	CaO	6,96
Na2Oк	992,43	Na2Oк	39,46
Na2Oу	126,55	Na2Oу	7,10
CO2	96,36	CO2	5,04
H2O+ п.п.п.	7553,79	H2O+ п.п.п.	28,32
Итого		Итого	240,00
Затравка для белого шлама	Раствор, увлеченный белым шламом:
Al2O3	37,56	Al2O3	25,82
Fe2O3	3,72	SiO2	0,06
SiO2	35,28	Na2Oк	23,84
CaO	3,48	Na2Oу	3,0
Na2Oк	19,73	CO2	2,12
Na2Oу	3,55	H2O+ п.п.п.	185,16
CO2	2,52	Итого	240,00
H2O+ п.п.п.	14,16	Потери (см. табл. 12):
Итого		Al2O3	1,17
Алюминатный раствор с затравкой:	Na2Oк	0,50
Al2O3	12,91	Итого	1,67
SiO2	0,03	Алюминатный раствор на II стадию обескремнивания (по разности):
Na2Oк	11,92	Al2O3	1040,16
Na2Oу	1,50	SiO2	2,56
CO2	1,06	Na2Oк	958,30
H2O+ п.п.п.	92,54	Na2Oу	121,5
Итого		CO2	92,78
Всего	10145.7	H2O+ п.п.п.	7447,05
	Итого	9662,25
	Всего	10145.7

Дата добавления: 2015-08-28