Виробництво глинозему. Методичні вказівки до практичних занять, самостійної роботи і модульно - рейтингового контролю для студентів ЗДІА спеціальності 7.090402 «Металургія кольорових металів» денної і заочної форм навчання /Укл.: Ю.П.Насекан, В.М.Очинський – Запоріжжя, 2006. – 44 с.

Методичні вказівки призначені для студентів спеціальності «Металургія кольорових металів», які виконують практичні завдання з дисципліни «Виробництво глинозему». Вказівки містять теоретичні відомості та приклади технологічних розрахунків щодо виробництва глинозему, довідкові матеріали та індивідуальні завдання до виконання розрахунків.

Укладач: Ю.П.Насекан, кандидат техн. наук, доцент

В.М.Очинський, асистент

Відповідальний

за випуск : І.Ф.Червоний, доктор технічних наук, професор

ЗМІСТ

ЗМІСТ 3

1 ВИРОБНИЦТВО ГЛИНОЗЕМУ 4

1.1 Характеристики розчинів і пульп. Загальні розрахункові формули 4

1.2 Розрахунок технологічних потоків 10

2 РОЗВ’ЯЗАННЯ ТИПОВИХ ЗАДАЧ 13

Задача 1 13

Задача 2 14

Задача 3 15

Задача 4 15

Задача 5 16

Задача 6 18

Задача 7 18

Задача 8 20

Задача 9 21

Задача 10 22

3 РОЗРАХУНКИ УСТАТКУВАННЯ ГЛИНОЗЕМНОГО ВИРОБНИЦТВА 24

3.1 Дроблення і помел бокситу 24

3.2 Вилуговування бокситів 25

3.3 Згущення і промивка червоного шламу 27

3.4 Контрольна фільтрація 28

3.5 Ділянка декомпозиції 29

3.6 Згущування і фільтрація гідроокису алюмінію 29

3.7 Випарка маточного розчину 31

3.8 Каустифікація оборотної соди 31

3.9 Кальцинація 32

4 ПИТАННЯ ДО САМОПЕРЕВІРКИ 33

4.1 Стан світового виробництва алюмінію і глинозему 33

4.2 Основні мінерали алюмінію 33

4.3 Класифікація способів одержання глинозему 33

4.4 Збагачення бокситів 34

4.5 Алюмінатні розчини 34

4.6 Вимоги до вилуговування бокситів 35

4.7 Поводження складових бокситів при вилуговуванні 35

4.8 Технологія вилуговування 36

4.9 Згущення й промивання червоних шламів 36

4.10 Декомпозиція алюмінатних розчинів 37

4.11 Кальцинація гідроксиду алюмінію 37

4.12 Випарювання маточних розчинів 38

5 Питання рейтингового контролю 39

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 42

Додаток А 43

1 Виробництво глинозему

1.1 Характеристики розчинів і пульп. Загальні розрахункові формули

Концентрацію окремих компонентів в алюмінатних розчинах звичайно виражають у грамах на дм³ розчину (г/дм³), рідше  у відсотках:

; (1.1)

де  концентрація алюмінатного розчину, г/дм³;

 концентрація алюмінатного розчину, %;

 густина алюмінатного розчину, г/см³.

Суміші алюмінатних розчинів із твердою фазою (пульпи) поряд з хімічним складом характеризуються відношенням мас рідкої і твердої фаз р:т або вмістом твердої фази в 1 л пульпи (г/дм³).

При відомому р:т вміст твердої фази (г/дм³) у 1 л пульпи знаходять за формулами:

• якщо відома густина пульпи (г/см³):

; (1.2)

• якщо відомі густина рідкої і щільність твердої фаз :

. (1.3)

При відомих густинах пульпи , рідкої і твердої фаз вміст твердого в пульпі (г/дм³) і співвідношення р:т у пульпі знаходять за формулами відповідно:

; (1.4)

. (1.5)

Густину алюмінатного розчину обчислюють за формулою:

- якщо концентрації речовин задані в г/дм³

; (1.6)

де  густина розчину їдкого натру, у якому вміст (г/дм³) дорівнює вмістові (г/дм³) в алюмінатному розчині (додаток А), г/см³;

Al₂O₃  концентрація Al₂O₃ в розчині, г/дм³;

 концентрація карбонатного (вуглекислого) лугу в розчині, г/дм³.

- якщо концентрації речовин задані у відсотках:

; (1.7)

де  густина розчину їдкого натру з концентрацією (%), рівної концентрації (%) в алюмінатному розчині (додаток А), г/см³.

Важливим показником, що характеризує алюмінатний розчин, є його модуль – молярне відношення концентрацій і Al₂O₃ в розчині. Модуль показує, скільки молів лугу в розчині приходиться на кожен моль оксиду алюмінію. Розрізняють загальний і каустичний модулі розчину.

Загальний модуль  молярне відношення концентрацій загального лугу і глинозему в розчині, каустичний модуль  молярне відношення концентрацій каустичного лугу і глинозему в розчині:

; (1.8)

α_к = , (1.9)

Кількість інертного ( ) і активного ( ) лугу обігового розчину, г/дм³:

; (1.10)

. (1.11)

Забруднення алюмінатних розчинів кремнеземом і якість бокситів характеризується силіційним модулем  відношенням концентрацій і в розчині (бокситі) по масі:

; (1.12)

де (Al₂O₃),  концентрація Al₂O₃ й у розчині (бокситі) відповідно, г/дм³ або %.

Чим вище силіційний модуль, тим чистіше алюмінатний розчин і вище якість бокситу.

Об'єм дозування обігового розчину на (V_об) на вилуговування в м³ на 1 т бокситу відомого складу:

V_об = ; (1.13)

де W - волога бокситу в долях одиниці;

Аl₂O_{3 об} – вміст Аl₂O₃ в обіговому розчині, г/дм³;

_об, _ал – каустичний модуль обігового розчину и розрахунковий каустичний модуль алюмінатного розчину;

N – лужне число, кг/т.

Лужне число бокситу  це маса лугу Na₂O, що потрібна для видобування теоретичної кількості оксиду алюмінію з 1 кг бокситу й одержання алюмінатного розчину з заданим каустичним відношенням (для гідроалюмосилікату натру складу Na₂OAl₂O₃×1,7SiO₂×2H₂O)

N = 0,608 (Аl₂O₃ – SiO₂) _ал + 0,608 SiO₂ + 0,387 ТіО₂; (1.14)

де 0,608 – молярне відношення Na₂O / Al₂O₃;

_ал – каустичний модуль алюмінатного розчину;

Аl₂O₃, SiO₂, ТіО₂  вміст оксиду алюмінію, оксиду кремнію і оксиду титану в 1 т бокситу відповідно, кг.

Для визначення N може бути використана формула в якої склад гідроалюмосилікату натру дорівнює Na₂OAl₂O₃×2SiO₂×2H₂O.

N = 0,608 ( Аl₂O₃ – 0,85 SiO₂) _ал + 0,517 SiO₂ + 0,387 ТіО₂ (1.15)

Витрати бокситу на 1 т обігового розчину (Р), т/м³

Р = ; (1.16)

Хімічний вихід глинозему (видобування, %) характеризує ступінь видобування з бокситу в розчин і знаходиться як відношення кількості оксиду алюмінію, що перейшов з бокситу в розчин, до його кількості у вихідному бокситі.

Теоретичний вихід оксиду алюмінію (%) при вилуговуванні бокситу  хімічний вихід, що був би досягнутий, якби втрати з червоним шламом точно відповідали утворенню гідроалюмосилікату натрію (ГАСН) Na₂OAl₂O₃×2SiO₂×2H₂O:

; (1.17)

де ,  вміст Al₂O₃ і в бокситі відповідно, %.

При утворенні ГАСН з формулою Na₂OAl₂O₃×1,7SiO₂×2H₂O:

; (1.18)

Затравочне відношення  кількість Al₂O₃ у затравці до його кількості в алюмінатному розчині при декомпозиції:

; (1.19)

де  кількість Al₂O₃ у затравочному гідраті алюмінію, що надійшла на розкладання м³ алюмінатного розчину, кг;

(Al₂O₃)_ал  концентрація Al₂O₃ в алюмінатному розчині, г/дм³.

Вихід при декомпозиції визначається за формулою:

= 100%; (1.20)

де _п і _к  каустичні відношення в початковому і кінцевому розчинах відповідно.

Товарний вихід глинозему з бокситу  відношення кількості оксиду алюмінію, видобутого в глинозем, до його кількості в бокситі (% або частки):

_Т = 100%; (1.21)

де  кількість Al₂O₃, видобута в глинозем, кг;

 кількість Al₂O₃, в бокситі, кг.

Чим менше втрати оксиду алюмінію тим вище товарний вихід і тим повніше використовується вихідна сировина. Товарний вихід і втрати глинозему зв’язані формулою:

_Т = (1- )100; (1.22)

де Q - кількість Аl₂O₃ в бокситі

П = П₁ + П₂;

де П - втрати Аl₂O₃ з відвальним шламом;

П₁ - втрати Аl₂O₃ у нерозчинній форм;

П₂ - втрати Аl₂O₃ у розчинній формі.

П₁ = ; (1.23)

де Р_ш – кількість відвального шламу, т;

(Аl₂O₃)_ш - вміст Аl₂O₃ у шламі %.

П₂ = К ; (1.24)

де Р_ш - кількість відвального шламу, т;

Р/Т - відношення рідкого до твердого;

К - коефіцієнт, що враховує повернення Аl₂O₃ з підшламової водою (0,4-0,5);

(Аl₂O₃)_р - концентрація оксиду алюмінію в рідкій фазі відвального шламу, г/дм³.

Розподіл втрат лугу:

Т = Т₁ + Т₂ + Т₃; (1.25)

де Т - втрати лугу з відвальним шламом;

Т₁ - втрати лугу в нерозчинній формі;

Т₂ - втрати лугу з рідкою фазою відвального шламу;

Т₃ - втрати лугу з продукцією.

Т = + + ; (1.26)

де 1000 - кількість см³ в 1 дм³;

Р_ш - кількість відвального шламу, т;

(Na₂O)_ш - вміст Na₂O у шламі, %;

К=(0,3-0,6) - коефіцієнт, що враховує повернення Na₂O з підшламовою водою;

_р - щільність рідкої фази, г/см³;

Р_г - кількість виробленого глинозему, т;

(Na₂O)_г - вміст Na₂O у глиноземі %;

100 - 100%.

Добуток відвального шламу:

П_р = ; (1.27)

де П_р – добуток відвального шламу;

(Na₂O)_р - концентрація Na₂O у рідкій фазі відвального шламу, г/дм³;

Р/Т - відношення рідкого до твердого.

Хімічний вихід при вилуговуванні:

_хим = 100; (1.28)

де (Аl₂O₃)_б і (Fe₂O₃)_б - вміст відповідно Аl₂O₃ і Fe₂O₃ в бокситі, %;

(Аl₂O₃)_ш і (Fe₂O₃)_ш - вміст відповідно Аl₂O₃ і Fe₂O₃ в шламі %.

Ступінь розкладання алюмінатного розчину:

_м = (1 - )100; (1.29)

де _м - ступінь розкладання алюмінатного розчину (по маточному розчину), %;

- каустичний модуль алюмінатного розчину;

- каустичний модуль маточного розчину.

Тривалість розкладання алюмінатного розчину:

 = ; (1.30)

де  - тривалість розкладання алюмінатного розчину, годин;

n - число декомпозерів;

V_d - корисний об'єм декомпозерів, м³;

V_ал - годинний потік алюмінатного розчину, м³;

V_з - годинний потік затравочного гідроксиду алюмінію, м³;

V_м - годинний потік маточного розчину, що захоплюється затравкою, м³.

Питомий вихід при декомпозиції:

q_d = ; (1.31)

де q_d - питомий вихід Аl₂O₃ при декомпозиції, кг/м³добу з кожного м³ алюмінатного розчину на добу;

24 - 24 години за добу;

(Аl₂O₃)_ал - концентрація Аl₂O₃ в алюмінатному розчині, г/дм³;

_м - ступінь розкладання алюмінатного розчину;

 - тривалість розкладання алюмінатного розчину, годин;

100 - 100%.

Ступінь відмивання червоного шламу:

_в = ; (1.33)

де _в - ступінь відмивання %;

V_в - об'єм води на відмивання 1 т шламу, м³;

С_п - концентрація Na₂O у рідкій фазі шламової пульпи відповідного промивача, г/дм³;

V_п - об'єм рідкої фази в шламовій пульпі згущувача, м³/т шламу;

С_о - концентрація Na₂O у шламовій пульпі згущувача (в алюмінатному розчині), г/дм³;

С_в - концентрація Na₂O у воді на відмивання 1 т шламу, г/дм³;

100 - 100%.

Питома витрата бокситу:

Q = ; (1.34)

де Q - питома витрата бокситу на 1 т глинозему, кг/т;

(Аl₂O₃)_г і (Аl₂O₃)_б - вміст Аl₂O₃, відповідно, в глиноземі і бокситі %;

_т - товарний вихід глинозему з бокситу, частки одиниці;

W - вміст вологи в бокситі, долі одиниці;

1000 - кількість кг в 1 тонні;